最新版5G規格Release 16多了什麼?

作者 : John Walko,EE Times特約記者

5G更新版本Release 16的重要之處在於能為終端消費者帶來更高資料速率、覆蓋率與可靠度,同時能為營運商開啟5G通訊的潛力新市場。

蜂巢式行動通訊標準組織3GPP已經在上個月拍板定案最新一版的5G規格,Release 16。此更新版本的重要之處在於能為終端消費者帶來更高資料速率、覆蓋率與可靠度,同時為營運商提供開啟5G通訊潛力新市場的機會。新版本規格的出爐時間比預計晚了幾個月,主要原因是受到新冠病毒肺炎(Covid-19)疫情大流行的衝擊。

5G NR-U

Release 16為5G技術領域帶來最重要的一個新概念是5G NR-U──其中的U代表免授權/執照頻譜(unlicensed spectrum)。

 


(圖片來源:Qualcomm)

 

2020年4月,美國聯邦通訊委員會(FCC)藉由採用6GHz頻段更新規則,分配了1,200MHz (免執照)給Wi-Fi使用而備受該領域廠商讚譽。現在5G NR-U恢復了平衡,讓蜂巢式網路營運商也能利用免執照頻段擴展包括公有與私有網路的覆蓋率。

Release 16定義了兩種運作模式:獨立(standalone)與授權輔助接取(Licensed Assisted Access,LAA),並為此目的預留了免執照的5GHz與6GHz頻段。這是3GPP第一次為「獨立」使用定義蜂巢式技術。

這種組合將大幅擴展5G覆蓋範圍,超越包括無線ISP、服務供應商與私有5G網路營運商在內的傳統營運商。因此,在像是美國等一些已經適用的地區,NR-U也將被應用於在6GHz頻段佈署服務。

蜂巢式車用通訊

Release 16規格包含了400MHz的免執照頻段供下行(downlink)使用,以及100MHz頻段供上行(upward)使用。

 

(圖片來源:Qualcomm)

 

雖然較早期版本已經支援了某些方面的蜂巢式車用通訊(C-V2X)供基本安全應用,Release 16中以NR為基礎的Sidelink傳輸大幅擴展了C-V2X的功能,支援的先進應用包括協調駕駛(coordinated driving)與感測器共享,某輛車上的感測器資料能輕鬆與附近的另一輛車通訊。

這些強化功能帶來的進展包括更高的資料處理量、更低的延遲與可靠的群播通訊(multicast communications)──在實體層使用距離做為新的維度,實現以距離與應用為基礎的即時群播小組(on-the-fly multicast groups)──此外還有分散式同步(distributed synchronization)和統一QoS控制。

綜合以上,新版規格預期能強化並加速全自動或半自動駕駛系統在安全與效率上的發展,也應該能激勵世界各國的政府主管機關認證車用通訊技術與標準。

省電效能

5G裝置預期會比前幾代通訊裝置更耗電,因此省電效能會是一個關鍵的改善重點。Release 16包括數個新穎的省電功能,包括新的喚醒訊號(wake-up signal,WUS)格式,能讓裝置知道是否以及何時讓傳輸先暫停、進入低功耗模式,或是跳過下一個low-DRX (discontinuous reception,非連續接收)模式與更省電的功率控制機制。

同時相關的功能強化還包括改善移動性的規格──為實現更具效益的移動性能,現在實現降低換手中斷時間的重要技術,還包括裝置導向的有條件換手(conditional handover)、早期量測報告,以及雙連結MCG (master cell group)故障復原。

強化可靠性

為支援廣泛的垂直應用案例,例如工廠自動化,以及超高可靠度、低延遲通訊(URLLC),Release 16納入了支援99.9999%可靠度的升級規格,同時維持毫秒(millisecond)級的延遲。

 

(圖片來源:Qualcomm)

 

更新的e-URLLC已經透過改善的重傳請求功能、協作多點(coordinated multi-point,CoMP)通訊──利用多傳輸與接收點來建立擁有備援通訊路徑的空間分集(spatial diversity)──以及支援相同裝置的多個使用案例之頻道極化(channel polarization)等創新技術實現。

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高精確度監測

Release 16透過了一種定位參考訊號(Positioning Reference Signal,PRS)新技術,強化了補充全球導航衛星系統(GNSS)之蜂巢式通訊的功能。

 

(圖片來源:Qualcomm)

 

PRS基於多/單細胞(multi-/single-cell)與裝置為基礎的定位,仰賴包括封包來回時間(round-trip time,RTT)、訊號到達/離開角度(angle of arrival/departure)以及抵達時間差(time difference of arrival,TDOA)等5G定位技術。高通(Qualcomm)非常積極推動將此技術納入Release 16,而且此規格有大部分是以該公司技術為基礎。

以RTT為基礎的定位擺脫了對於非常嚴苛之跨節點網路時序同步(network timing synchronization)──這在TODA等舊有技術不可或缺──的需要,為網路佈署與維護提供了額外的彈性。

當然,針對一些新興使用案例──如工業物聯網(IIoT)中的工廠或倉儲機器人──對更精確定位的需求,新版本規格也能滿足室內3公尺、室外10公尺的定位精確度。更進一步改善精確度的規格訂定工作已經在進行中,預計Release 17將會針對眾多IIoT應用案例納入次公尺(sub-meter)等級的定位精確度標準。

整合式接取與骨幹網路

擴展5G NR毫米波網路覆蓋範圍的一個主要挑戰,是佈署額外毫米波基地台所帶來的成本,這需要佈署新的光纖以及骨幹網路。

Release 16定義了整合式接取與骨幹網路(Integrated Access and Backhaul,IAB)規格,能讓單一基地台同時提供裝置的無線接取以及無線骨幹網路連結。這種密集化方法消除了對有線骨幹網路的需求,並能讓營運商以快速、具成本效益的方式動態添加新基地台,不必承擔為了提升骨幹網路容量所帶來的光纖佈署成本。

新的佈署模型

Release 16的眾多強化規格都是為了擴展5G網路的覆蓋範圍以及使用案例,其中一個重點是對非公共網路的擴大支援;這對於快速擴展私有網路以及物聯網(IoT)佈署會是一大助力。

 

(圖片來源:Qualcomm)

 

時間敏感網路(TSN)已經被廣泛應用於有線網路領域,Release 16將開啟更多可能性,特別是在工業應用領域。Release 16的另一個重點是改善延遲,其概念是在「頂部」整合TSN,因此能最小化對無線接取網路(RAN)的影響;關鍵在於實現整合的方式能確保時間確定性(time-deterministic)的封包傳遞。

Release 16指明了新的干擾量測技術,以實現穩健的佈署,這替未來具備基地台對基地台以及手機對手機干擾緩和(interference mitigation)的動態TDD運作奠定基礎。

MIMO進展

不令人意外的,Release 16建立於先前進展上的關鍵成份是強化版的Massive MIMO,能提供經改善的性能與效益。重要的元素是對多傳送/接收點(multi-TRP)的額外支援,並改善多波束管理;這兩個進展都能實現更加的鏈路可靠性,這對毫米波頻段尤其重要。

Release 16還要求改善參考訊號,因此能降低峰均功率比(peak-to-average power ratios)。此外支援全功率上行(full-power uplink),以改善在細胞邊緣的覆蓋率。

下一步?

雖然Release 16已經拍板定案,但通常的程序是讓各個工作小組進入校正階段,這個程序通常會持續幾個星期。如果此程序如預期按照往例,我們將會看到符合標準的晶片與子系統在接下來的12到18個月問世;預期一些早期開發者幾個月內就會宣佈產品。

供應商內部若有專家團隊調整現有設計,將會是市場領先者。而積極參與GPP工作小組,在不同領域貢獻技術進展的那些公司,顯然將佔據優勢。

像是NR-U與IAB等功能──預期將會對5G服務的推出、功能性與採用影響最大──可能會最快進入商業化;其他的強化功能例如TSN與Sidelink,則會需要較長的醞釀期。此外如前面所提,3GPP的工作小組已經著手修訂Release 17,然而因為疫情影響限制了工程師們的差旅以及面對面會議,可能會使得進展緩慢。

產業界正尋求更有趣的一些強化功能,包括支援更廣泛裝置(不只是汽車)的新方法,以及全新的工作項目例如虛擬與擴增實境(VR/AR)。其他的可能性包括所謂的NR-Lite,這是NR可利用20MHz頻段的新版本,可望填補在IoT覆蓋方面的空白。

 

編譯:Judith Cheng

(參考原文 :5G’s Release 16: The Essentials,By John Walko)

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