5G的三大场景关键业务指标和标准化进展.docx

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5G的三大场景关键业务指标和标准化进展

5G的三大场景、关键业务指标和标准化进展

前言：

虽然5G已来，但即使是通信从业者，对于5G的场景、业务指标和标准化进展仍然不清晰，虽然5G哥翻译了300万字的5G标准免费在公众号上共享，但真正能仔细阅读的仍然不多。

本文选摘自5G哥的书《深入浅出：

5G移动通信标准与架构》第三版章节，全文4576字，阅读需要12分钟左右，希望对大家有帮助。

3GPP和5G通信标准

在移动通信领域，有许多的组织进行标准化的制定和推进，大体分为三类：

标准化组织、监管机构和产业论坛。

而3GPP就属于标准化组织（StandardsDevelopingOrganization,SDO），为移动通信系统开发和制定技术标准，以便于业界可以据此生产和部署标准化的产品，从而使各厂商生产的产品更具有互操作性。

我们常说的5G标准，就是3GPP制定出来了的，但3GPP是个什么机构呢？

3GPP的全名，叫做3rdGenerationPartnershipProject，也就是第三代合作伙伴计划。

读者可能会有疑问，它为什么叫“第三代合作伙伴计划”，而不是第二代，也不是第四代呢。

我们知道在第一代移动通信是各自为战，大家相互不兼容，第二代移动通信，终于在欧洲诞生了GSM标准，事实上占领了大部分的移动通信市场，但仍没有形成全球性的标准。

第三代移动通信，终于全球达成一直要统一标准，3GPP顺应而生，它成立目的，就是团结全球通信“伙伴”，合作研究和制定3G（第三代移动通信技术）标准，用来替代2G。

这是一个目的性很强、项目驱动的组织，所以就叫作“第三代合作伙伴计划”。

几乎全球较大的通信企业、组织都加入了3GPP。

在3G时代，3GPP制定了几大3G标准，顺承下来，4G的LTE也由3GPP来制定，同理5G标准理所当然由3GPP来完成。

这当中，其实也有其它组织，尝试另立标准，但最终都失败了，因此，目前的5G标准，就是指3GPP制定的，而一切的5G移动通信设备或技术，必须依据5G标准进行。

5G标准的制定过程

5G标准的制定，主要分成以下步骤：

1、 早期研发

由各成员和组织，进行愿景、概念等的研发和探讨过程。

成员为了在5G标准中有更大的话语权，必定会提出自己的主张，并将自己的技术研发投入其中。

2、 项目提案

将自己的技术主张，汇集成可行性项目，向3GPP提案，提案必须得到至少4个成员的支持，才能进入3GPP会议议程，由对应的TSG进行讨论，审核通过或不通过，如果达成共识通过，则作为技术贡献。

3、 形成技术规范。

TSG审核通过的方案，将形成技术规范，进行细节的规范和迭代，每次更新迭代同样需要经过TSG的讨论和达成共识，才对外发布。

4、 商用部署

最终形成的技术规范，阶段性的发布，例如R15NSA版本，SA版本等，发布后，成员即可按规范进行商用。

对发布的技术规范，仍然保留变更的可能性，只是冻结后不会对框架性的内容进行变更，只是进行补充和调整，TSG会进行严格审核和充分讨论。

5G标准化进展

5G涉及的标准版本为R15/R16/R17，分别对应三大场景。

R15：

主要针对eMBB场景，已全部完成和冻结，其中phrase1主要针对NSA（非独立组网）于2017.12月发布；phrase2主要针对SA（独立组网）于2018.6月发布；最后一个later版本也于2019.3月发布。

R16：

增强对低时延高可靠也就是面向工业互联网常用场景以及车联网的应用，目前正在制定，预计在2019年底至2020年初发布。

R17：

会把海量机器类通信作为5G场景一个新的增强方向，将于2020年底完成。

5G后续增强技术的发展既面向行业也面向更大的空域，像无人机和卫星的结合等方面也都会提上议事日程，包括5G在定位、网络架构和切片能力等方面的进一步增强，都会为各行各业的发展并实现5G的商业愿景提供一个支撑。

5G的三大场景

一、eMBB场景

1．eMBB场景主要应用领域

eMBB（EnhancedMobileBroadband），增强移动宽带。

更通俗一点来说，就是要在现有的基础上，继续增强用户体验，特别是对移动带宽，体现在用户身上就是网速的提升。

eMBB对应的是大流量移动宽带业务,主要还是追求人与人之间极致的通信体验。

场景包括随时随地的3D/超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存取、高速移动上网等大流量移动宽带业务，在大带宽、低时延需求上具有一定优势，是三大场景最先实现商用的部分。

在eMBB场景下，最受人关注则是编码方案之争，曾在国内引起极大影响，即是华为主导的Polar码与高通主导的LDPC编码，最终，在5GeMBB（增强移动宽带）场景上，Polar为信令信道编码方案，LDPC码为数据信道编码方案。

其它两个5G场景的编码方案，目前还没确定。

eMBB场景理想的峰值速率将达到20Gbps，实际上，在我们未商用前的5G试验测试，各厂商均实现了对此峰值速率的超越，但这仅仅是理想状况下，实际上，根据不同的情况，还有不同的要求，我们将在下面业务指标中提到。

2．eMBB的关键业务指标

主要在不同情景下，对峰值速率、用户体验数率、能量效益、频谱效率、流量密度等业务指标进行要求。

高数据速率和流量密度场景的性能要求如表2-1所示。

有几种情况需要支持5G系统的极高数据速率或流量密度。

这些方案涉及不同的服务领域：

城市和农村地区，城市密集区域以及特殊部署（例如，大型集会，广播，住宅和高速车辆）。

∙

城市宏站：

城市地区的一般广域情景

∙

∙农村宏站：

农村普遍的广域情景

∙室内热点：

办公室和住宅以及住宅部署的场景。

∙密集人群中的宽带接入：

例如在体育馆或音乐会上非常密集的人群的场景。

除了非常高的连接密度之外，用户还希望共享他们所看到和听到的内容，对上行链路的要求高于下行链路。

∙城市密集区域：

行人用户和城市车辆用户的场景，例如办公室，市中心，购物中心和住宅区。

车辆中的用户可以直接连接或通过车载基站连接到网络。

∙类似广播电视的服务：

固定用户，行人用户和车辆用户的场景，随时随地获得广播电视。

∙高速列车：

高速列车用户的场景。

用户可以直接连接或通过列车基站连接到网络。

∙高速车辆：

高速公路车辆用户的场景。

用户可以直接连接或通过车载基站连接到网络。

∙飞机连接：

飞机用户的场景。

用户可以直接连接或通过机载基站连接到网络。

表1高数据速率和流量密度场景的性能要求

可以看出，3GPP对于eMBB场景并非采用一刀切的方式来要求业务指标，而是根据不同的场景使用不同的关键指标。

这样也给网络管理带来了挑战，自动化运维将是未来5G的重要方向。

整体而言，eMBB场景对关键性指标如下：

峰值速率：

下行20Gbps 上行10Gbps

用户体验速率：

下行100Mbps上行50Mbps

频谱效率：

下行30bit/s/Hz上行：

10bit/s/Hz

控制面时延：

20ms

用户面时延：

4ms

带宽：

低频100MHz高频1GHz

二、 mMTC场景

1．mMTC场景主要应用领域

mMTC（MassiveMachineTypeCommunication，大规模机器通信）：

侧重于人与物之间的信息交互，主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等，要求提供多连接的承载通道，实现万物互联。

mMTC应用则主要指的是车联网、工业物联网等细分、少量、门槛较高的行业引用，也可以统称为物联网应用。

与eMBB不同，mMTC追求的不是高速率，而是低功耗和低成本。

需要满足每平方公里内100万个终端设备之间的通讯需求，发送较低的数据且对传输资料延迟有较低需求。

通过mMTC技术，未来所有家庭中的白色家电、门禁、烟感、各种电子器件都会上网，城市管理中的井盖、垃圾桶、交通灯，智能农业中的农业机械，环境监测的水文、气候，所有通过传感器搜集的数据都会联网。

这个场景将诞生大量的联网设备，真正实现万物互联，据预测到2030年，一个人会对应15个物联网连接，实际上可能还远不止，这将给运营商带来海量的“用户”，同时也会诞生全新的商业模式。

mMTC场景的标准规范，将在5G标准R17版本中实现，预计2020年底发布。

2．mMTC的关键业务指标

mMTC场景为物联网而生，虽然具体的业务指标还没有出来，但期望值，设备连接密度相比4G提升10-100倍，支持每平方公里100万台设备的连接，支持的设备连接数量至少为1000亿台。

mMTC应用于海量低功耗、低带宽、低成本和时延要求不高的场景，如智慧路灯、可穿戴设备等。

基于此情景，目前运营商积极布局的有两大标准：

NB-IoT和eMTC，在智能门锁、共享单车上已开始应用。

这两项已授权标准是5GmMTC的基础，5G的到来并不会替代这两项标准，相反5G的实现还依赖于这两项标准的演进，mMTC的固定标准也会以这两项标准进行平滑升级。

其主要几项指标：

连接密度：

100万/平方公里

功耗：

广阔地区分布的设备，要求续航10年，电表气表等一般设备2-5年续航能力。

低成本：

暂无明确规定。

三、URLLC场景

1．URLLC场景主要应用领域

URLLC（超高可靠超低时延通信）：

有几种情况需要支持非常低的延迟和非常高的通信服务可用性。

这意味着非常高的可靠性。

整体服务延迟取决于无线接口的延迟，5G系统内的传输，传输到可能在5G系统之外的服务器以及数据处理。

这些因素中的一些直接取决于5G系统本身，而对于其他因素，可以通过5G系统与5G系统之外的服务或服务器之间的适当互连来减少影响，例如，允许本地托管服务。

URLLC能力的不同部署将取决于3GPP系统能够满足具有适用于每个属性的不同值和范围的特定KPI集合。

URLLC的一种通用但灵活的5G方法将使5G系统能够满足给定实现中所需的特定KPI集。

下面描述了一些需要非常低延迟和非常高的通信服务可用性的场景：

运动控制

传统运动控制的特点是通信系统对延迟，可靠性和可用性有很高的要求。

支持运动控制的系统通常部署在地理上有限的区域，但也可以部署在更广泛的区域（例如，城市或全国范围的网络），接入可能仅限于授权用户，并且它们可能与网络或网络隔离其他蜂窝客户使用的资源。

分离自动化

分离自动化的特点是通信系统对可靠性和可用性的高要求。

支持分离自动化的系统通常部署在地理上有限的区域，接入可能仅限于授权用户，并且它们可能与其他蜂窝客户使用的网络或网络资源隔离。

过程自动化

（反应）流动的自动化，例如炼油厂和配水网络。

过程自动化的特征在于对通信系统有关通信服务可用性的高要求。

支持过程自动化的系统通常部署在地理上有限的区域，接入通常仅限于授权用户，并且通常由非公共网络提供服务。

配电自动化（主要是中高压）

电力分配的特点是对通信服务可用性的高要求。

与上述示例相反，电力分配深深地沉浸在公共空间中。

由于配电是必不可少的基础设施，因此通常由非公共网络提供服务。

智能交通系统

支持基于街道的交通的基础设施的自动化解决方案。

该示例解决了路边基础设施（例如，路边单元）与其他基础设施（例如，交通引导系统）的连接。

与自动化电力的情况一样，节点深深地沉浸在公共空间中。

远程控制

远程控制的特点是UE可由人或计算机远程操作。

例如，远程驾驶使远程驾驶员或V2X应用程序能够操作远程车辆而没有位于危险环境中的驾驶员或远程车辆。

铁路通信

已经使用基于3GPP的移动通信（例如GSM-R）已经有一段时间以允许自动列车控制以允许更高的列车速度达到500km/h，同时列车上仍然需要驾驶员。

演变的下一步将是使用自动列车运行的无人驾驶列车的全自动操作。

这些操作模式需要高度可靠的通信，具有适度的延迟，但速度非常高，最高可达500km/h。

2．URLLC的关键业务指标

uRLLC（UltraReliable&LowLatencyCommunication，高可靠低时延通信）：

主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等，要求极低时延和高可靠性。

用户时延：

1ms

可靠性：

用户面时延1ms内，传送32字节包的可靠性为1~10^（-5）。