[分享] 5G R16 标准垂直行业扩展介绍

  那 R16 究竟讲了些什么？

向垂直行业扩展介绍。

为了扩大潜在的工业互联网用例，比如工厂自动化、电网配电自动化等，R16 支持 5G 与 TSN（Time Sensitive Networking，时间敏感网络）集成。

什么是 TSN？

传统以太网技术只能实现“尽力而为”的通信，无法满足工业制造应用的高可靠、低时延需求，因此，面向工业自动化需将传统“尽力而为”的以太网升级为可提供“确定性”服务。

同时，现有的工业协议众多，彼此孤立，各种协议使用不同的“语言”，一方面给实时通信带来了难度，另一方面难以实现统一集成，增加了维护和运营成本。

在这样的背景下，TSN 应运而生，它由 IEEE 定义标准，可基于标准以太网技术提供确定性服务，并提供标准化统一的、经济的解决方案。

5G + TSN，即 5G 系统与 TSN 网络集成，基于 5G uRLLC 的低时延高可靠能力，满足 TSN 架构的四大严苛的功能需求：时间同步、低时延传输、高可靠性和资源管理。5G 与 TSN 融合后，可通过 5G NR 无线替代工厂内的有线网络，让工业生产更加柔性化。

uRLLC 增强

为了支持工业领域的低时延、高可靠通信需求，在 3GPP R15 版本中，主要通过更大的子载波间隔（numerology）、Mini-slots、快速 HARQ-ACK、Pre-scheduling 等技术来降低空口时延，并通过 PDCP 复制传输、增强数据与控制信道的传输系统参数等技术来提升传输可靠性。

R16 版本将通过 PDCCH 监视功能、支持多个 HARQ-ACK、无序 PUSCH 调度、UE 优先级和多路复用等多个功能来进一步增强 uRLLC。

比如在可靠性增强方面，R15 支持两条支路的 PDCP 层分集传输，即数据包在 PDCP 层复制，再通过在两条无线链路上传输相同的数据的方式，来抵御无线环境恶化带来的影响，保障通信链路的可靠性。为了进一步增强可靠性，R16 对 PDCP 复制机制进行了增强，最高可支持 4 路复制数据传输，同时增强了对激活/去激活 PDCP 复制的控制。

非公共网络（NPN）

NPN，Non-Public Network，就是基于 3GPP 5G 系统架构的专用网络，它将 5G 扩展到传统的公共移动网络之外，对于使能垂直行业数字化转型至关重要。

NPN 包括两种部署方式：独立部署和非独立部署，即 SNPN（独立的非公共网络）和 PNI-NPN（公共网络集成 NPN）。

在非独立部署模式下，垂直行业可基于 5G 网络切片技术与运营商共享 RAN、共享核心网控制面，或共享整个端到端 5G 公网（即端到端网络切片）等来建设 5G 专网。

在独立部署模式下，垂直行业独立部署从基站到核心网到云平台的整个 5G 网络，可以与运营商的 5G 公网隔离。这意味着，工厂或园区内的设备信息、控制面信令流量、用户面数据流量等都不会出园区，可满足工业领域严苛的数据安全、低时延和高可靠需求。当然，对于园区内的语音、上网等非生产型业务，也可以通过防火墙与运营商公网互连。

那在独立部署模式下，垂直行业的频谱资源从哪里来呢？可以向运营商租用，也可以从监管机构申请，比如德国和日本就专门为垂直行业分配了专网频段，工业巨头们向政府申请并支付相应的费用就可以使用了。

NR-U

运营商的 5G 公网工作于授权频谱，它是提供广覆盖、高质量 5G 无线服务的基石，但 5G 公网也需要非授权频谱来补充容量，就像今天的 LTE 与 Wi-Fi 共存互补一样。

于是 5G NR-U 来了。

5G NR-U，全称 5G NR in Unlicensed Spectrum，即工作于非授权频谱的 5G NR。它将 5G NR 工作于 5GHz 和 6GHz 的非授权频段。

5G NR-U 包括两种模式：LAA NR-U（授权频谱辅助接入 NR-U）和Stand-alone NR-U（独立 NR-U）。

LAA NR-U 依托于运营商的授权频谱，将运营商的 NR 授权频谱作为锚点来“聚合”非授权频段，以利用未授权频谱资源增强运营商网络容量和性能，尤其适用于一些人群集中的室内场所，比如体育馆和购物中心等。

Stand-alone NR-U 不需要授权频谱做锚点，可完全独立地在非授权频谱上部署单个 5G 接入点或 5G 专网。这和今天企业自建 Wi-Fi 网络的模式一样，只不过使用的是 5G NR 技术。

5G LAN

5G 局域网支持在一组接入终端间构建二层转发网络，并通过 5G SMF 与 UPF 的交互实现终端组内数据交换和用户面路径选择。5G LAN 提供了组管理服务，使第三方（AF）可以创建、更新和删除组，以及处理网络中的 5G 虚拟网络（VN）配置数据和组成员 UE 的配置。

5G V2X

众所周知，蜂窝车联网（C-V2X）旨在把车连到网，以及把车与车、车与人、车与道路基础设施连成网，以实现车与外界的信息交换，包括了 V2N（车辆与网络/云）、V2V（车辆与车辆）、V2I（车辆与道路基础设施）和 V2P（车辆与行人）之间的连接性。

V2X 消息可以通过 Uu 接口在基站和 UE 之间传输，也可通过 Sidelink 接口（也称为 PC5）在 UE 之间的直接传输，即设备与设备之间直接通信。

为了将蜂窝网络扩展到汽车行业，3GPP 在 R14 引入了 LTE V2X，随后在 R15 对 LTE V2X 进行了功能增强，包括可在 Sidelink 接口上进行载波聚合、支持 64QAM 调制方式，进一步降低时延等。

进入 5G 时代，3GPP R16 版本正式开始对基于 5G NR 的 V2X 技术进行研究，以通过 5G NR 更低的时延、更高的可靠性、更高的容量来提供更高级的 V2X 服务。

R16 版本的 NR V2X 与 LTE V2X 互补和互通，定义支持 25 个 V2X 高级用例，其中主要包括四大领域：

NR定位

5G 时代大量的应用需要精准定位，比如工业 AGV、资产追踪等，尤其是室内精准定位，可卫星定位在室内无法使用，LTE 和 WiFi 定位技术又不精准，为此，5G 在 R16 版本中增加了定位功能，其利用 MIMO 多波束特性，定义了基于蜂窝小区的信号往返时间（RTT）、信号到达时间差（TDOA）、到达角测量法（AoA）、离开角测量法（AoD）等室内定位技术。

通过这些定位技术，对于对定位精度要求更为严格的一些商业用例，至少需达到以下要求：

• 对于 80％ 的 UE，水平定位精度优于 3 米（室内）和 10 米（室外）。

• 对于 80％ 的 UE，垂直定位精度优于 3 米（室内和室外）。

以上内容摘录自“5G R16 标准冻结，究竟讲了些什么？”