What is 5G and why do we need it?

什麼是 5G，我們為什麼需要它？

行動數據流量正在迅速上升，主要是由於影像串流。
有了多個設備，每個用戶的連接數量就會增加。
物聯網將需要必須處理數十億台設備的網路。
隨著行動設備數量的增加和數據流量的增加，行動設備和網路都需要提高能效。
網路營運商面臨著減少營運支出的壓力，因為用戶已經習慣了統一費率並且不想支付更多費用。
行動通信技術可以為行業帶來新的用例（例如超低延遲或高可靠性的情況）和新的應用，也為營運商開闢新的收入來源。

因此，5G 應該提供顯著提高的營運性能（例如提高頻譜效率、更高的數據速率、低延遲），以及卓越的用戶體驗（接近固定網路，但提供完整的移動性和覆蓋範圍）。5G 需要滿足物聯網的大規模佈署，同時仍然提供可接受的能耗、設備成本以及網路佈署和營運成本。它需要支持各種各樣的應用和服務。

根據 ITU-R M.2083，IMT-Advanced（第 4 代）與 IMT-2020（第 5 代）的關鍵能力比較：

誰有興趣使用 5G？

5G 為網路營運商提供了為新的用戶類別提供新服務的潛力。

5G 的主要使用場景有哪些？

ITU-R 在其 ITU-R M.2083 建議書中，為 2020 年及以後的 IMT 定義了以下主要使用場景：

增強型行動寬頻(eMBB)以應對熱點場景中，大幅增加的數據速率、高用戶密度和非常高的流量容量以及無縫覆蓋和高移動性場景，同時使用的數據速率仍得到改善
用於物聯網的大規模機器類型通信(mMTC)，需要為大量連接設備提供低功耗和低數據速率
超可靠和低延遲通信 (URLLC)，可滿足安全關鍵型和任務關鍵型應用的需求

根據 ITU-R M.2083 需要不同的關鍵能力：

5G 標準是如何制定的？

ITU-R 設立了一個名為 IMT-2020 的項目，以定義 2020 年及以後的下一代行動通信網路，時間計劃如下：

另請參閱 IMT-2020 時間表和 IMT-2020 流程。

在 2015 年 3 月的 TSG #67 上，3GPP 與 SP-150149 制訂了關於如何為第五代行動網路做出貢獻的 3GPP 時間表。

與 2015 年 9 月的 RAN #69 相關，3GPP 在美國鳳凰城舉辦了一個研討會，以向 3GPP 通報 ITU-R IMT-2020 計劃，並分享相關公司關於下一代無線電技術的願景和優先事項/ 是。
主席總結 ( RWS-150073 ) 制定了 3 個後續步驟：

準備高頻信道建模工作
為下一代無線電技術開發場景和要求的研究
一項針對 RAN WG 的研究，用於評估下一代無線電技術的技術解決方案

在 2015 年 9 月 15 日的 RAN #69 上，3GPP 啟動了 Rel-14 研究項目（FS_6GHz_CH_model，RP-160210）“ 6 GHz 以上頻譜的信道模型研究”。這項研究於 2016 年 6 月在 RAN #72 上使用 3GPP TR 38.900 完成。

注 1：LTE-Advanced 迄今為止聚合了高達 100MHz 的頻譜，並且目前在低於 6GHz 的頻段中運行。本研究著眼於 6-100GHz 的頻率範圍和 2GHz 以下的帶寬。

注2：該TR的全部內容後來轉入3GPP TR 38.901 「 0.5 至 100GHz 頻率信道模型研究」，涵蓋整個頻率範圍。

在 2015 年 12 月的 RAN #70 上，3GPP 已經開始了 Rel-14 研究項目（FS_NG_SReq，RP-160811）「下一代接入技術的場景和要求研究」，目的是確定典型的佈署場景（與屬性相關）例如載頻、站點間距離、用戶密度、最大行動速度等），並為它們制定下一代接入技術的具體要求（考慮到 IMT-2020 的要求）。
這項研究於 2016 年 12 月在 RAN #74 上完成，3GPP TR 38.913描述了場景、關鍵性能要求以及架構、遷移、補充服務、操作和測試的要求。

2016 年 3 月，ITU-R 在通函中邀請了 IMT-2020 的候選無線電接口技術。IMT-2020的總目標是透過設置ITU-R M.2083和在被提供的要求ITU-R M.2410如例如：

最低要求：

峰值數據速率：下行：20 Gbit/s，上行：10 Gbit/s
對於峰值頻譜效率：下行鏈路：30 比特/秒/赫茲，上行鏈路：15 比特/秒/赫茲
用戶面延遲（單用戶，小包）：eMBB 4 ms，URLLC 1 ms
控制平面延遲（空閒 => 活動）：10-20 毫秒

其他需求：

最大聚合系統帶寬：至少 100 MHz，在更高頻段（6GHz 以上）高達 1GHz
移動性：在農村 eMBB 中最高可達 500 公里/小時

在 2016 年 3 月的 RAN #71 上，3GPP 啟動了 Rel-14 研究項目 (FS_NR_newRAT, RP-170379)「新無線電 (NR) 接入技術研究」，目的是確定和開發技術組件以滿足廣泛的用例（包括增強型行動寬頻、大規模 MTC、關鍵 MTC）和 3GPP TR 38.913 中定義的附加要求。這項研究於 3 月 17 日在 RAN #75 上完成，Rel-14 3GPP TR 38.912是新無線電接入技術的功能集合，以及對其可行性和功能的研究。

注意：本研究項目中還包括一些 RAN 工作組 (WG) 特定的 3GPP 內部 TR：38.802 (RAN1)、38.804 (RAN4)、38.801 (RAN3)、38.803 (RAN4)。

在 3 月 17 日的 RAN #75 上，3GPP 啟動了關於「新無線電接入技術」的 Rel-15 工作項目（NR_newRAT，RP-181726）。隨著時間的推移，該 WI 分為 3 個階段，以滿足不同網路營運商的需求：

「早期 Rel-15 降級」：關注架構選項 3，也稱為非獨立 NR (NSA NR)，可將其視為將 NR 基地台（稱為 gNB）添加到 LTE-Advanced LTE 系統的第一個遷移步驟基地台 (eNB) 和演進分組核心網 (EPC)，即在此選項中不涉及 5G 核心網 (5GC)；功能凍結：12 月 17 日，ASN.1 凍結在 3 月 18 日
「定期 Rel-15 凍結」：專注於獨立 NR架構選項 2，這將是連接到 5G 核心網路 (5GC) 的 NR 基地台 (gNB) 網路，無需任何 LTE 參與；功能凍結：6 月 18 日；ASN.1 於 9 月 18 日凍結；

注意：最初所有其他架構選項也應該在這個常規凍結階段完成。然而，由於除了選項 2 之外的時間計劃極具挑戰性，僅在此階段完成了架構選項 5（LTE 基地台可以連接到 5GC）。

「 late Rel-15 drop」：架構選項 4（這就像將 LTE 基地台添加到 SA NR 網路，其中控制平面鈄ˋ過 NR 基地台處理）和架構選項 7（這就像添加 LTE基地台到 SA NR 網路，其中控制平面透過 LTE 基地台處理）加上 NR-NR 雙連接；功能凍結：12月18日；3 月 19 日凍結 ASN.1；

注 1：可以在 3GPP TR 38.801 中找到不同架構選項的說明（需要注意的是，該術語在本研究階段還不穩定）。

注 2：Rel-15 區分 2 個頻率範圍：FR1：450 MHz – 6000 MHz 和 FR2：24250 MHz – 52600 MHz；LTE僅在 FR1 中運行，而 NR 可以在 FR1 和 FR2 中運行；這就是為什麼 FR1 被考慮用於 NSA NR 而 FR2 被考慮用於 SA NR。

由於 LTE-Advanced 可以滿足某些用例的部分 IMT-2020 要求，因此 3GPP 對 IMT-2020 的輸入（稱為「5G」）有 2 個提交：

SRIT（無線電接口技術集）：組件 RIT NR + 組件 RIT E-UTRA/LTE（包括獨立 LTE、NB-IoT、eMTC 和 LTE-NR 雙連接）
RIT（無線電接口技術）NR

注意：術語 RIT 和 SRIT 在RP-171584中討論和解釋。

5G 標準什麼時候準備好？

將 Rel-15 拆分為多個 drop 非常具有挑戰性，例如

NSA NR 在 9 月 18 日仍有不向後香容的變更請求
將 ASN.1 插入已經凍結的規範需要非常高質量的變更請求，這在高時間壓力下是困難的
需要其他工作組穩定前期工作的工作組（如用於 RF/RRM 的 RAN4 和用於測試的 RAN5）正在不穩定的基礎上工作，並且更加努力地保持時間計劃

儘管如此，3GPP 及時為 IMT-2020 時間表做出了貢獻，如下所示：

2018 年 1 月透過 PCG40_11，具有 NR RIT 和 NR+LTE SRIT 的初始特性
2018 年 9 月/ 2018年 10 月透過 PCG41_08，結合 NR RIT 和 NR + LTE SRIT 的特性，初步自我評估和鏈路預算結果以及合規模板
2019 年 6 月透過PCG43_07與 3GPP 5G 候選提交的 NR RIT 和 NR + LTE SRIT 包括特性、合規性和鏈路預算模板，以及 3GPP 自我評估TR 37.910（此提交包括進一步的 Rel-16 增強）到 IMT 的第 3 步-2020 流程
注意：特性模板很好地概述了所考慮的技術。
2020 年 6 月，透過 PCG45_07為 NR+LTE SRIT 和 PCG45_08 為 NR RIT 提供3GPP 規範的最終概述，2020 年 7 月，2020-06 的最終規範集（第 15 版和第 16 版）用於 3GPP OP 的轉換

Rel-16 考慮了例如以下 NR 增強：

E-UTRAN 和 NG-RAN 的 eNB(s) 架構演進
NR 的 MIMO 增強
NR定位支持
具有 NR 側鏈的 5G V2X
NR 的交叉鏈路干擾處理和遠端干擾管理
基於 NR 的非授權頻譜接入
NR 的 2 步 RACH
NR 超可靠和低延遲通信 (URLLC) 的 L1 增強
NR 中的 UE 省電
NR 行動性增強
多 RAT 雙連接和載波聚合增強（LTE、NR）
NR 的整合接入和回程
從 5G 到 3G 的單無線電語音通話連續性
UE 無線電能力信令的優化 – NR/E-UTRA 方面
支持NR工業物聯網（IoT）
NG-RAN 的專用網路支持
無線有線融合的NG接口使用
NR 頻率範圍 1 (FR1) 的射頻要求
為頻率範圍 2 (FR2) 添加對 NR DL 256QAM 的支持
頻率範圍 2 (FR2) 的 NR RF 要求增強
自組織網路和最小化路測支持 NR
NR 支持高速列車場景
NR 中基於 CSI-RS 的 L3 測量的 RRM 要求
NR RRM 增強
Iuant 接口規格從 25 系列轉移到 37 系列
用於系統間移動性的 NG-RAN 和 E-UTRAN 節點之間的直接數據轉發
將能力集引入多標準無線電規範

Rel-16 第 3 階段和 ASN.1 凍結於 2020 年 6 月進行（注意：某些工作項目在 9 月 20 日之前完成了一些剩餘的未決問題，並且在執行第 3 階段凍結時仍可以預期一些更正並且同時凍結 ASN.1 是一個挑戰）。

REL-17 正在致力於以下 NR 增強：

- 對 NR 的 MIMO 的進一步增強
- NR Sidelink 增強
- NR 動態頻譜共享 (DSS)
- 增強型工業物聯網 (IoT) 和對 NR 的超可靠和低延遲通信 (URLLC) 支持
- NR 支持非地面網路 (NTN) 的解決方案
- NR 的 UE 節能增強
- NR 組播和廣播服務
- NR 集成接入和回程 (IAB) 的增強功能
- NR 處於非活動狀態的小數據傳輸
- NR UE 的多輸入多輸出 (MIMO) 空中 (OTA) 要求
- 增強對 NG-RAN 的專用網路支持
- 為 NR FR1 引入 DL 1024QAM
- 增強了對頻率範圍 1 (FR1) 高速列車場景的 NR 支持
- NR 支持頻率範圍 2 (FR2) 中的高速列車場景
- 進一步增強了頻率範圍 2 (FR2) 的 NR RF 要求
- NR 頻率範圍 1 (FR1) 的射頻要求增強
- NR 定位增強
- NR 覆蓋增強
- 支持能力降低的 NR 設備
- NR中繼器
- 為 NR 引入頻寬組合集 4 (BCS4)
- NR 側鏈中繼
- NR 上行鏈路數據壓縮 (UDC)
- 增強 NR 的 RAN 切片
- 針對不同服務的 NR QoE 管理和優化
- FR1（NR SA 和 EN-DC）的 UE TRP（總輻射功率）和 TRS（總輻射靈敏度）要求和測試方法的介紹
- 為各種頻段和載波聚合組合引入 UE 高功率等級（1.5 和 2）
- 引入各種新頻段和載波聚合/雙連接頻段組合
第一個 Rel-18 研究項目和工作項目將於 2021 年 12 月開始。
與過去的 GERAN、UMTS 和 LTE 一樣，未來 5G 將進一步演進，以滿足行業和客戶的需求。

一個革命性的物聯網+即時影像的雲平台即將出現

哪裡可以找到對應的 5G 規格？

3GPP TR 21.205 中提供了所有 5G 相關規範（包括核心網絡和系統方面）的列表，或使用 3GPP 網站上的此 URL。

無線電相關規範僅針對 NR： 38 系列規範。

僅針對 LTE 的無線電相關規範： 36 系列規範。

解決影響 LTE 和 NR 方面的無線電相關規範： 37 系列規範。

下一代新服務和市場的服務要求： 3GPP TS 22.261。

5G 系統的系統架構（第 2 階段）： 3GPP TS 23.501。

5G 系統程序（第 2 階段）： 3GPP TS 23.502。

NR; NR 和 NG-RAN 總體描述（第 2 階段）： 3GPP TS 38.300。

NR; 多連接；總體描述（階段 2）： 3GPP TS 37.340。

NG-RAN; 架構描述： 3GPP TS 38.401。

ETSI 的 5G 構建模組

ETSI 有許多組件技術，將整合到未來的 5G 系統中：網路功能虛擬化(NFV)、多接入邊緣計算(MEC)、毫米波傳輸(mWT) 和非 IP 網路 (NIN)。

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‧ 為什麼我們需要 5G？