《5G终端技术演进与增强》

《5G终端技术演进与增强》

OPPO研究院 组编 左志松 徐伟杰

贺传峰 崔胜江 李海涛 胡奕 胡荣贻 编著

清华大学出版社/2024.1/99.00元

左志松

OPPO研究院标准研究部蜂窝技术专家，长期深度参与3GPP国际标准化活动，全程参与4G/5G物理层标准化制定。目前重点研究领域为物联网通信、终端节能和性能增强等。

徐伟杰

OPPO研究院标准研究部蜂窝技术专家，长期从事包括LTE/NR/6G新技术在内的研究与标准化工作，申请专利200余项。

这是一本关于3GPP NR（New Radio）标准的终端方面增强技术的书籍，包含终端节能增强、终端覆盖增强、紧凑型终端及终端未来演进几个方向的内容，从5G终端增强的需求、方案的评估到候选技术的筛选取舍和标准的制订，整个过程在书中都有详细的介绍。

移动通信经历了四个时代并已经迈进了第五代，每一代移动通信系统都基于新的技术发展和应用需求得以推动。随着技术的进步，移动通信制式通过换代的方式更新演进。无线移动通信技术的飞速发展使其融入社会生活的方方面面，新型移动智能终端深刻地改变了人们的沟通、交流和生活方式，但通信的新需求仍然不断涌现，通信技术还在不断创新和持续演进，这种演进的形式也包括一代技术内的增强。

第五代移动通信系统（5G）在2018年发布标准，标志着移动通信技术正式进入5G时代。2020年，全球迎来了第五代移动通信（5G）第一个版本NR（New Radio）R15（第15版本）的大规模商用网络的部署。5G给人的总体印象是大带宽、低时延、广连接，可实现万物互联。5G的终端似乎无所不能，包罗万象。在5G终端的更快、更高、更强的能力下，终端这个体系还要做哪些改进，下面给出一个整体的介绍。

5G终端现状与增强动机

4G技术的演进主要面向移动互联网的需求，而5G技术面向更广泛的场景需求，移动互联网和物联网是两大主要驱动力。5G技术标准的设计主要考虑了三大应用场景，分别是增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、高可靠低时延（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，URLLC）和大规模物联网（massive Machine Type Communications，mMTC）。为了支持这些多样化的性能指标，5G终端实现了全面的设计。下面分别针对这些场景，描述5G的应用和终端的增强需要。

1.eMBB场景

在eMBB场景中，5G终端主要面向移动互联网、超高清视频、虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、远程教育、远程办公、远程医疗、无线家庭娱乐等类型的个人通信场景。这类的终端主要有智能手机、虚拟现实眼镜等高度智能化的终端。5G技术为这些终端提供了良好的无线移动通信支持。

然而，5G终端追求多方面的性能上的极致，导致终端在一些方面的用户体验不够完美。以5G智能手机为例，最大的用户体验盲点在终端的功耗上。从部署中的第一代5G网络中的终端统计来看，普遍出现了5G终端平均功耗较高的问题。在产品通信模块的实测中发现，5G终端的通信模块在日常普通使用的过程中比4G终端的通信模块耗电高出近30%。一个简单的现象就是同一款智能手机5G版本比4G版本的待机时间短，尽管5G手机的高速数据业务体验更好。再以虚拟现实眼镜为例，采用5G通信模块的眼镜也面临电池续航压力。终端的设计不得不在电池质量和通信性能上做取舍。

5G终端的覆盖体验也是一个值得关注的点。早期的5G网络部署覆盖率不高，用户在使用智能手机的时候，5G连接时断时续，用户难以一直体验极速的数据服务。当用户经常性地在5G信号和4G信号之间切换时，整体的体验就会下降，实际上这一点也是终端耗电增加的部分原因。当然，5G网络的整体覆盖增强，反过来还可以解决运营商的部署成本问题，运营商可以以更低的运营成本，让5G网络更快地达到全面覆盖。覆盖的增强在终端和网络方面是双赢的改进。

2.URLLC和mMTC场景

这两个场景在广义上都是面向移动物联网的。移动物联网的形态包括工业互联网、车联网、智能电网、智慧城市等，主要用在不同于个人通信的垂直行业。应用场景中的终端形态包括智能手表、智能手环、摄像头、无人机、机器人、车载船载等终端形态。面向物联网的移动终端的形态更加丰富多样，这些场景的终端发展前景也更加广阔。

物联网终端对功耗更加敏感。一部分的物联网终端要求很长的待机时间，如智能电网的电表类终端往往要求能够支撑数年的时间，普通的可穿戴设备也要求有一周以上的待机时间。而在5G的早期部署标准版本中，通信模块的功耗难以达到这个水平。实际上只有部分功耗不太敏感的场景，如工业互联网的核心控制器，比较适合采用基础版的5G技术，而功耗敏感的部分则难以应用。终端功耗问题对5G在物联网中的普遍使用造成了一定局限。

多数物联网的终端在能力的需求上并不高，如工业物联网的摄像头，其要求的上行平均数据速率在2Mbps左右，而下行平均数据速率甚至低于1Mbps，5G早期版本的数据吞吐量等性能对于这些类型的终端来说实际上是过剩的。降低终端的能力可以优化终端的成本，也可以简化终端的体积，这些都利于数量庞大的物联网终端的部署。终端的能力指标过高也会影响到功耗，所以适当地缩减性能还可以帮助终端节能。

物联网的部署场景限制条件很多。以智能电网场景为例，智能电表需要部署在建筑物的角落。在这些情况下要支持深度覆盖，因而对覆盖的增强也有着比较迫切的要求。