《5G終端技術(shù)演進與增強》

OPPO研究院 組編 左志松 徐偉杰

賀傳峰 崔勝江 李海濤 胡奕 胡榮貽 編著

清華大學出版社/2024.1/99.00元

左志松

OPPO研究院標準研究部蜂窩技術(shù)專家，長期深度參與3GPP國際標準化活動，全程參與4G/5G物理層標準化制定。目前重點研究領(lǐng)域為物聯(lián)網(wǎng)通信、終端節(jié)能和性能增強等。

徐偉杰

OPPO研究院標準研究部蜂窩技術(shù)專家，長期從事包括LTE/NR/6G新技術(shù)在內(nèi)的研究與標準化工作，申請專利200余項。

這是一本關(guān)于3GPP NR（New Radio）標準的終端方面增強技術(shù)的書籍，包含終端節(jié)能增強、終端覆蓋增強、緊湊型終端及終端未來演進幾個方向的內(nèi)容，從5G終端增強的需求、方案的評估到候選技術(shù)的篩選取舍和標準的制訂，整個過程在書中都有詳細的介紹。

移動通信經(jīng)歷了四個時代并已經(jīng)邁進了第五代，每一代移動通信系統(tǒng)都基于新的技術(shù)發(fā)展和應用需求得以推動。隨著技術(shù)的進步，移動通信制式通過換代的方式更新演進。無線移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展使其融入社會生活的方方面面，新型移動智能終端深刻地改變了人們的溝通、交流和生活方式，但通信的新需求仍然不斷涌現(xiàn)，通信技術(shù)還在不斷創(chuàng)新和持續(xù)演進，這種演進的形式也包括一代技術(shù)內(nèi)的增強。

第五代移動通信系統(tǒng)（5G）在2018年發(fā)布標準，標志著移動通信技術(shù)正式進入5G時代。2020年，全球迎來了第五代移動通信（5G）第一個版本NR（New Radio）R15（第15版本）的大規(guī)模商用網(wǎng)絡的部署。5G給人的總體印象是大帶寬、低時延、廣連接，可實現(xiàn)萬物互聯(lián)。5G的終端似乎無所不能，包羅萬象。在5G終端的更快、更高、更強的能力下，終端這個體系還要做哪些改進，下面給出一個整體的介紹。

5G終端現(xiàn)狀與增強動機

4G技術(shù)的演進主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，而5G技術(shù)面向更廣泛的場景需求，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是兩大主要驅(qū)動力。5G技術(shù)標準的設計主要考慮了三大應用場景，分別是增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、高可靠低時延（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，URLLC）和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（massive Machine Type Communications，mMTC）。為了支持這些多樣化的性能指標，5G終端實現(xiàn)了全面的設計。下面分別針對這些場景，描述5G的應用和終端的增強需要。

1.eMBB場景

在eMBB場景中，5G終端主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)、超高清視頻、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、遠程教育、遠程辦公、遠程醫(yī)療、無線家庭娛樂等類型的個人通信場景。這類的終端主要有智能手機、虛擬現(xiàn)實眼鏡等高度智能化的終端。5G技術(shù)為這些終端提供了良好的無線移動通信支持。

然而，5G終端追求多方面的性能上的極致，導致終端在一些方面的用戶體驗不夠完美。以5G智能手機為例，最大的用戶體驗盲點在終端的功耗上。從部署中的第一代5G網(wǎng)絡中的終端統(tǒng)計來看，普遍出現(xiàn)了5G終端平均功耗較高的問題。在產(chǎn)品通信模塊的實測中發(fā)現(xiàn)，5G終端的通信模塊在日常普通使用的過程中比4G終端的通信模塊耗電高出近30%。一個簡單的現(xiàn)象就是同一款智能手機5G版本比4G版本的待機時間短，盡管5G手機的高速數(shù)據(jù)業(yè)務體驗更好。再以虛擬現(xiàn)實眼鏡為例，采用5G通信模塊的眼鏡也面臨電池續(xù)航壓力。終端的設計不得不在電池質(zhì)量和通信性能上做取舍。

5G終端的覆蓋體驗也是一個值得關(guān)注的點。早期的5G網(wǎng)絡部署覆蓋率不高，用戶在使用智能手機的時候，5G連接時斷時續(xù)，用戶難以一直體驗極速的數(shù)據(jù)服務。當用戶經(jīng)常性地在5G信號和4G信號之間切換時，整體的體驗就會下降，實際上這一點也是終端耗電增加的部分原因。當然，5G網(wǎng)絡的整體覆蓋增強，反過來還可以解決運營商的部署成本問題，運營商可以以更低的運營成本，讓5G網(wǎng)絡更快地達到全面覆蓋。覆蓋的增強在終端和網(wǎng)絡方面是雙贏的改進。

2.URLLC和mMTC場景

這兩個場景在廣義上都是面向移動物聯(lián)網(wǎng)的。移動物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、智慧城市等，主要用在不同于個人通信的垂直行業(yè)。應用場景中的終端形態(tài)包括智能手表、智能手環(huán)、攝像頭、無人機、機器人、車載船載等終端形態(tài)。面向物聯(lián)網(wǎng)的移動終端的形態(tài)更加豐富多樣，這些場景的終端發(fā)展前景也更加廣闊。

物聯(lián)網(wǎng)終端對功耗更加敏感。一部分的物聯(lián)網(wǎng)終端要求很長的待機時間，如智能電網(wǎng)的電表類終端往往要求能夠支撐數(shù)年的時間，普通的可穿戴設備也要求有一周以上的待機時間。而在5G的早期部署標準版本中，通信模塊的功耗難以達到這個水平。實際上只有部分功耗不太敏感的場景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心控制器，比較適合采用基礎(chǔ)版的5G技術(shù)，而功耗敏感的部分則難以應用。終端功耗問題對5G在物聯(lián)網(wǎng)中的普遍使用造成了一定局限。

多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)的終端在能力的需求上并不高，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的攝像頭，其要求的上行平均數(shù)據(jù)速率在2Mbps左右，而下行平均數(shù)據(jù)速率甚至低于1Mbps，5G早期版本的數(shù)據(jù)吞吐量等性能對于這些類型的終端來說實際上是過剩的。降低終端的能力可以優(yōu)化終端的成本，也可以簡化終端的體積，這些都利于數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)終端的部署。終端的能力指標過高也會影響到功耗，所以適當?shù)乜s減性能還可以幫助終端節(jié)能。

物聯(lián)網(wǎng)的部署場景限制條件很多。以智能電網(wǎng)場景為例，智能電表需要部署在建筑物的角落。在這些情況下要支持深度覆蓋，因而對覆蓋的增強也有著比較迫切的要求。