5G新标准发布：扩展兼容性，实现超可靠通信

工程7（2021）275新闻亮点新标准发布为5G未来奠定基础艾丽卡·K 卡尔森高级技术作家在过去的一年左右，无线公司已经开始推出第五代（5G），最新一代无线网络[1]。对于今天的消费者来说，转向5G意味着订阅提供5G服务的网络提供商并购买支持5G的手机。然而，在这个简单的升级背后，是一个更为复杂的技术和基础设施实施过程，所有这些都旨在提供比更快的智能手机更多的东西。指导这一过程的是第三代合作伙伴计划（3GPP）正在批量发布的行业规范，3GPP是一个位于法国瓦尔邦的联盟，由亚洲、欧洲和北美的七个电信标准开发组织组成，包括中国通信标准化协会、欧洲电信标准研究所和美国电信行业解决方案联盟[2]。最新一批3GPP规范Release 16于2020年7月完成，大大扩展了5G标准与之前版本的兼容性，并开始涵盖将5G超越蜂窝网络的技术[35G不是对前几代无线网络的直接改造，加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程副教授张新宇说。“这需要许多部署阶段，”他说。来自3GPP的先前5G相关版本是2017年完成的版本14和2019年完成的版本15。总部位于瑞士日内瓦的国际电信联盟（ITU）是联合国的一个机构，负责制定5G技术功能的全球标准这些标准是通用指南，确保全球运营商在将其产品推广为5G时提供一些基本服务。有了这些通用标准，3GPP随后设想了由工程师开发的更详细的技术规范，概述了实现ITU标准的应用程序必须如何工作[7]。第15版主要集中于定义增强型移动宽带服务的规范，例如蜂窝网络的更高容量和更高连接速度[8]。但是，除了增强的移动宽带，5G还有望提供超可靠的低延迟通信，这是实现实用自动驾驶汽车的关键组成部分，以及大规模机器类型通信，这将连接高密度物联网设备[1]。为了使5G充分发挥其潜力，需要为无线网络的这些新用途定义规范。Release 16将3GPP的规范转移释放16被许多人认为是真正的5G系统，他是核心网络和终端的3GPP技术规范组（TSG）的主席，3GPP内的三个TSG之一，还包括无线电接入网络和服务以及系统方面[7，8]。第16版包括提高5G网络和设备效率的规范，自动驾驶汽车所需的车辆到一切（V2X）通信，以及可以实现更密集网络的方案。后者被称为集成接入和回程（IAB），解决了创建足够密集的网络基础设施以提供计划的覆盖水平和对5G无线服务的访问的挑战。5G的许多应用，例如物联网设备的广泛使用，将需要更多的基站来中继用户和中央网络之间的信息，这需要这些基站和中央网络之间的更多连接。位于沙特阿拉伯图瓦尔的阿卜杜拉国王科技大学（KingAbdullah University of Science and Technology）的电气和计算机工程教授艾哈迈德·埃尔塔维尔（Ahmed Eltawil）说，网络提供商可以通过电缆和光纤安装更多的有线连接，也可以通过无线方式传输更多的信息。Eltawil说，在基站和中央网络之间无线传输信息的困难在于，它占用了原本可以将基站连接到无线用户的频率，从而为每个基站提供更多的客户服务。IAB使基站能够使用相同的频率来接收来自用户的信号并将信号发送回用户。通过隔离两条信号路径，有效地将每个基站的传输容量加倍。Eltawil说，隔离这两条信号路径的技术目前已经存在，但如何有效地保持这种隔离仍有待解决。IAB是Release 16中涵盖的另一项技术是网络切片[3]，这是一种称为软件定义网络（SDN）的技术的迭代。SDN使运营商能够重新配置网络，https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.01.0032095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engE.K. 卡尔森工程7（2021）275通过编程软件，在不改变网络物理布局的 你不能轻易地改变你的硬件，网络切片提供了一种将单个网络划分为多个独立网络以用于不同用途的方法（图1）[9]。张说，它还允许运营商为某些用途预留带宽，因此不会发生服务中断或中断，例如，这可能导致冻结视频或掉线。轻松操纵网络以实现多种用途的能力将是实现5G愿景的关键，即同时支持自动驾驶汽车和高密度互联设备等各种应用。虽然Release 16将5G规范扩展到新的领域，但许多技术细节仍有待解决。例如，第16版在定义V2X通信规范方面取得了重大进展，车辆与各种其他设备（包括网络基站和其他车辆）之间的信号交换（图2）[3]。然而，胡说，定义V2X还需要更多的东西，包括如何使用SDN来管理这种车辆通信。尽管疫情可能导致进一步延迟，但下一个3GPP 5G版本Release 17目前计划于2021年12月完成。除了剩下的技术问题之外，Fig. 1.该架构显示了5G网络切片架构的最相关元素。网络切片是3GPP最新的5G标准Release 16中描述的技术之一来源：Wikimedia Commons（公共领域）。图二、在V2X通信中，车辆能够与其他车辆、行人、网络和基础设施无线传输和接收数据V2 V：车辆到车辆; V2 P：车辆到行人; V2 N：车辆到网络; V2 I：车辆到基础设施。车辆通信（CC BY-SA 4.0）。然而，在政策、社会和后勤领域还需要克服一些非技术性的挑战。所有这一切都意味着，5G的全部潜力可能要在未来许多年 他说，5G引入了设备和连接的大量增加，这需要重新设计我们使用无线网络的‘‘5G is coming in with a completely fresh slate, looking at thingsin a completely different引用[1] 卡尔森5G将带来什么？工程2020;6（7）：725-7。[2] 合作伙伴[互联网]。Valbonne：第三代合作伙伴计划; c2021 [引用2020年11月16日]。可从https://www.3gpp.org/about-3gpp/partners获取。[3] 第16集[互联网] Valbonne：第三代合作伙伴计划; c2021 [引用2020年11月16日]。可从以下网址获得：https://www.3gpp.org/release-16[4] 科济奥尔湾5G刚刚变得奇怪[互联网]。纽约：IEEE Spectrum; 2020年8月7日[引用 于 2020 年 11 月 16 日 ] 。 可 查 阅 ： https://spectrum.ieee.org/tech-talk/telecom/standards/5g-release-16。[5] 3GPP亮点[互联网]。Valbonne：第三代合作伙伴计划; 2020年9月[引用2020年11月26日]。可查阅：https://www.3gpp.org/ftp/Information/Highlights/2020_Issue01/Flip_v01/mobile/index.html。[6] 5G-第五代移动技术[互联网]。日内瓦：国际电信联盟; 2019年12月[引用于2020年11月16日]。可查阅：https：www.itu.int/en/mediacentre/backgrounders/Pages/5G-fifth-generation-of-mobile-technologies. aspx。[7] 卡萨夏湖了解3GPP-从基础知识开始[互联网]。 圣地亚哥：OnQ博客; 2017年8月2日[ 引 用 2020 年 11 月 27 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ： https ： //www.qualcomm.com/news/onq/2017/08/02/understanding-3gpp-starting-basics 的 网站。[8] 从引擎室看[互联网]。Valbonne：第三代合作伙伴计划; 2020年8月6日[引用2020年11月16日]。可从以下网址获得：https://vimeo.com/ 445215415。[9] FoukasX，Patounas G，Elmokashfi A，Marina MK. 5G中的网络切片：调查和挑战。IEEE Comm Mag2017;55（5）：94-100.[10] 第17集[互联网] Valbonne：第三代合作伙伴计划; c2021 [引用2020年11月16日]。可从以下网址获得：https://www.3gpp.org/release-17276