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2021年8月25日 星期三
‧ 為什麼我們需要 5G？
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。
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| 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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‧ 系統幫助自動駕駛汽車，在霧中能「自己」看到
Seeing through fog
ASME
自動駕駛汽車已經在美國街道上，以測試模式自動駕駛。但是他們的機載導航系統，仍然無法幫助他們在濃霧甚至輕霧中安全操作。事實證明，光粒子在水滴到達引導車輛的攝影機之前，會在水滴周圍反彈。光的散射給濃霧中的導航，帶來了重大挑戰。
麻省理工學院的研究人員，正在努力尋找解決該問題的方法。他們開發了一個系統，可以感應深度並測量隱藏物體的距離，從而在霧中安全地駕駛無人駕駛車輛。
研究人員在 3 月 18 日兩天後宣布了他們的里程碑，當時一輛由 Uber 營運的自動駕駛汽車，在方向盤後面有緊急備用司機，在亞利桑那州坦佩的一條街道上撞上了一名婦女。事故發生在晚上 10 點，但天氣晴朗乾燥。雖然霧不是自動駕駛汽車導航的唯一問題，但它絕對是一個問題。
為什麼你看不到霧？因為它會折射光線並混淆到達人眼的資訊，因此無法提供清晰的圖片。Guy Satat，麻省理工學院媒體實驗室研究生
Guy Satat 檢查返回到他的小組系統的圖像，該系統使用飛行時間相機。圖片：梅蘭妮·戈尼克/麻省理工學院
部分問題，在於並非所有雷達系統都是相同的。例如，那些引導飛機沿著跑道行駛的設備，使用無線電波，無線電波具有長波長和低頻，並且不能為自動駕駛車輛導航返回足夠高的解析度。與電磁波譜中其他更長的波長（例如 X 射線）一樣，它們無法很好地區分不同類型的材料。麻省理工學院媒體實驗室相機文化小組的研究生蓋伊·薩塔特（Guy Satat）說，他需要這種特徵來區分樹和路緣之類的東西，他在小組負責人拉梅什·拉斯卡的領導下領導了這項研究。
也適合你：為自動駕駛汽車添加深度感知
相反，當今的自主導航系統，主要依賴於光探測和測距 (LiDAR) 技術，該技術每秒發出數百萬條紅外雷射光束，並測量它們反彈所需的時間，以確定與物體的距離。但是，在目前的狀態下，雷射雷達無法「看穿霧，就好像沒有霧一樣，」薩塔特說。
「我們正在處理逼真的霧，它是密集的、動態的和異質的，」他說，「它不斷地移動和變化，帶有更濃或更不濃的霧。」薩特說。
Satat 和他的團隊尋求一種方法，該方法可以使用人類和動物依賴的更短、更精確的近可見光線。
「為什麼你看不到霧？」 薩特問道。「因為它會折射光線並混淆到達人眼的資訊，因此無法提供清晰的圖片。」
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| 賣個關子，這個產品將降低濃霧車禍的發生…… |
麻省理工學院研究人員的新系統，建立在現有的 LiDAR 技術之上。它使用一個飛行時間攝影機，它透過一個被形式覆蓋的場景，發射短時間的雷射。形式 —— 在這種情況下，霧 —— 散射光子。然後板載軟體測量光子，返回攝影機感測器所需的時間。
直接穿過霧的光子最快到達系統，因為它們不會被密集的雲狀物質散射。
「直線光子先到達，有些會晚一些，但大多數會在到達感測器之前，散射成百上千次，」薩塔特說，「當然，它們會晚得多到達。」
相機每 56 萬億分之一秒計算到達它的光子，機載算法計算光傳播到感測器 1,024 個像素中的每一個的距離。這使其能夠處理阻礙早期系統的霧密度變化。Satat 說，換句話說，它可以處理每個像素看到不同類型霧的情況。
透過這樣做，系統會創建隱藏在散射光的材料之中，或之後的物體的 3D 圖像。
「我們不需要任何關於霧及其密度的先驗知識，這有助於它在廣泛的霧條件下工作，」薩塔特說。
麻省理工學院實驗室，還使用其可見光範圍的攝影機，透過其他散射材料（例如人體皮膚）觀察物體。他說，該應用最終可以用作 X 射線的替代品。
在惡劣天氣條件下駕駛，是自動駕駛技術的剩餘障礙之一。Satat 說，這項新技術可以透過讓自動駕駛汽車，成為「超級駕駛員」來解決這個問題。
「自動駕駛汽車需要超級視力，」他說。「我們希望它們比我們駕駛得更好、更安全，但它們也應該能夠在我們無法駕駛的條件下駕駛，例如霧、雨或雪。」
