5G系统观 从R15到R18的演进之路

张晨璐
维沃移动通信有限公司（vivo）通信研究院（深圳）总监、团队负责人，广东省“特支计划”专 家，重庆邮电大学硕士研究生导师，香港中文大学（深圳）校外导师。美国培训认证协会（AACTP）认证培训师。毕业于俄罗斯圣彼得堡国立技术大学，从事3GPP 4G、5G移动通信标准化工作14年，对4G、5G物理层技术、L2和核心网技术有较深入的理解。曾牵头或参与10余个国家、省市级的科技专项。个人申请4G、5G技术发明专利220余项，曾获“中国专利奖”。

适读人群 ：本书适合于移动通信行业从业人员、学术研究人员、移动互联网从业人员、技术规划人员阅读，也适合高校信息通信相关专业师生阅读。

1.本书系统地讲解5G R15到R18的重点技术特征,深入浅出地解读移动通信从0G到6G的发展历史、协议细节和未来方向;以“系统观”“驱动力”为思路进行技术间、系统间和协议层间的“贯通性”介绍
2.3GPP标准协议文字描述比较晦涩，技术参数多，本书引入了大量的实际案例、流程串讲，将协议参数含义与实际配置联系在一起，通过大量跨协议层的流程串讲，提升读者对协议细节和整体流程的贯通性理解。
3.全书共包含了 200 多幅图片和 100 多个表格，这些图片和表格绝大部分由笔者根据技术原理绘制而成，对读者更透彻地理解技术原理有很大帮助。此外，书中还包含 60 余个 RRC ASN.1 代码片段，能够帮助读者更加直观地理解协议实现、产品实现、各协议参数含义和取值。

预备篇：“旧”时代—从历史到现在

第 1章　历史的滚滚车轮—移动通信演进史 002
1．1　从0到1的蜕变—电话的发明 002
1．2　“自由”是人类始终的追求—从有线到无线 004
1．3　无线电触发的百花齐放—从广播到对讲机 004
1．4　一个划时代的开始—从0G到1G 006
1．5　一次技术的革命—从1G到2G 009
1．5．1　从模拟通信到数字通信 012
1．5．2　GSM的横空出世 014
1．5．3　CDMA的由来 015
1．6　一次“需求”引发的变革—从2G到3G 018
1．6．1　2G的演进和互联网的兴起 018
1．6．2　两个重要事件 020
1．6．3　3G标准—为移动互联网而生 021
1．7　一次“速度”引发的变革—从3G到4G 024
1．7．1　3G主要技术特征 024
1．7．2　“姐妹”间的战争—3GPP和3GPP2的标准博弈 028
1．7．3　吹响4G的号角 029
1．7．4　4G的底层创新 031

第 2章　历史车轮留下的印记—移动通信的推动力 037
系统观 1　移动通信编年演进史 037
系统观 2　“旧动力”和约束力 039
A． 技术“发动机”—理论的推动力和实现的约束力 039
B． “生理”需求—对容量和覆盖的追求 041
C． 从“高层次”需求回落到“生理”需求—速度 043
D． 商业“指挥棒”—上层应用的推动和约束 044
E． 思想统一和利益平衡—标准组织的价值 045
F． “青春永驻”的秘密—竞争与创新融合 046

启航篇：“新”开始—5G R15
第3章　“优雅”的R15 050
3．1　从需求到技术—5G时代的到来 050
3．2　“没有创新”的R15？ 053
3．2．1　“一力降十会”—NR的速度指标 053
3．2．2　“时间就是金钱”—NR的时延指标 060
3．2．3　“老树新花”—连接密度和流量密度 075
3．2．4　绿色通信—能源效率 078
3．2．5　“多面手”—业务多样性 082
系统观 3　5G在“缺乏创新”条件下的历史使命 086

第4章　R15“未完成的任务” 088
4．1　5G产业的“阵痛期” 088
4．2　R15“未完成的任务” 090
系统观 4　5G涌现的“新”趋势 092
A． 新趋势之“物的连接” 094
B． 新趋势之“业务的定制化、弹性和智能化” 095
C． 新趋势之“低能耗和节能” 096
D． 新趋势之“技术与市场的渗透和融合” 097
E． 新趋势之“网络拓扑异构和接入方式的多样性” 098

演进篇：“再”出发—从“打补丁”到“筑基础”
第5章　“打补丁”—增强型技术（R16） 102
5．1　随机接入技术增强 103
5．1．1　2-Step RACH项目背景 103
5．1．2　从“四小步”到“两大步” 103
5．1．3　随机接入模式选择和整体流程 105
5．1．4　2-Step RACH的实现细节 107
5．2　移动性增强 111
5．2．1　移动性增强项目背景 111
5．2．2　双激活协议栈切换技术 112
5．2．3　基于T312计时器的快速切换失败恢复技术 112
5．2．4　CHO技术和CPC技术 113
5．3　UE节能 117
5．3．1　UE节能项目背景 117
5．3．2　用一切可用的手段 118
5．3．3　“该休息就休息”—DRX自适应、辅小区休眠技术和快速脱离CONNECTED态技术 119
5．3．4　“降低调度的确定性”—跨时隙调度技术 123
5．3．5　“BWP的深度利用”—最大MIMO层自适应技术 125
5．3．6　“让睡眠更安稳”—RRM测量放松技术 126
5．3．7　“信令支撑”—UE辅助信息上报 129
5．4　交叉链路干扰和远距离干扰管理 133
5．4．1　交叉链路干扰和远距离干扰管理项目背景 133
5．4．2　“老问题”—交叉链路干扰协调技术 134
5．4．3　“新问题”—远距离干扰管理技术 138
系统观 5　接入网系统的演变 140
A． 分布式部署和CU/DU分离 140
B． 核心网和接入网解耦 143
5．5　集成接入和回传技术 145
5．5．1　集成接入和回传项目背景 145
5．5．2　IAB技术的“前辈”—LTE R10中继技术 146
5．5．3　R16 IAB技术网络和协议架构 147
5．5．4　“大手笔”—新增的BAP子层结构与功能 150
5．5．5　IAB-node“集成”流程 152
5．5．6　数据流回传过程介绍 157
系统观 6　IAB数据回传过程串讲 163
5．5．7　IAB拓扑的灵活性和鲁棒性 165
5．6　多天线技术增强 170
系统观 7　核心网系统的演变 171
A． 核心网和接入网的角色定位 171
B． 核心网系统从0到1的过程 172
C． 核心网系统从2G到5G的演变 173
5．7　5G网络SMF和UPF拓扑增强技术 177
5．7．1　5G网络SMF和UPF拓扑增强技术背景 177
5．7．2　归属地路由和跨区域业务连续性 178
5．8　服务化架构增强 181
5．8．1　服务化架构增强项目背景 181
5．8．2　服务通信代理 182
5．8．3　NF集和NF服务集机制 184

第6章　“筑基础”—赋能型技术（R16） 186
6．1　超可靠低时延（URLLC） 186
6．1．1　URLLC项目背景 186
6．1．2　物理下行链路控制信道（PDCCH）增强 188
系统观 8　CORESET和Search Space Set 190
6．1．3　PUSCH重复传输 196
6．1．4　反馈增强和UE内优先级处理 199
6．1．5　“为URLLC让路”—UE间传输冲突处理 203
6．1．6　“用资源换时间”—增强可配置调度和SPS 207
6．2　工业物联网（IIoT） 209
6．2．1　项目信息总览 209
系统观 9　R16核心网侧的URLLC能力增强 210
A． 5G与TSN系统的集成 210
B． 5G核心网对URLLC的增强支持 214
6．2．2　NR_IIoT中TSN相关增强 216
6．2．3　“用效率换可靠性”—PDCP复制增强 222
6．2．4　UE内优先级和传输冲突机制 224
系统观 10　车联网技术背景与LTE C-V2X 226
A． 聊聊自动驾驶那些事儿 226
B． 3GPP的竞争者—IEEE 802．11p 229
C． DSRC的强劲对手C-V2X 230
D． LTE阶段的C-V2X 232
6．3　5G车联网技术—上层需求和网络架构的演进 237
6．3．1　V2X上层需求的演进 238
6．3．2　V2X网络架构的演进 242
6．4　5G车联网技术—接入网设计 248
6．4．1　5G V2X物理层结构 249
6．4．2　5G V2X物理层信道 256
6．4．3　5G V2X同步过程 263
6．4．4　5G V2X资源分配 266
6．4．5　Sidelink HARQ重传 275
6．4．6　5G V2X高层协议和流程 279
系统观 11　Sidelink V2X通信跨层串讲 291
A． V2X应用服务器与V2X应用 293
B． 参考点PC5 294
C． V2X通信流程串联 295

第7章　“收官之作”—5G第 一阶段（R17） 299
7．1　动态频谱共享 300
7．1．1　LTE和NR共存的尴尬 300
7．1．2　动态频谱共享实现 301
7．2　多卡设备 303
7．2．1　双卡UE的尴尬 303
7．2．2　R17多卡项目介绍 304
7．3　终端节能增强 305
7．4　覆盖增强项目 307
7．4．1　覆盖需求的变迁和发展 307
7．4．2　解决方案和基本原理 308
7．5　5G多播广播 310
7．5．1　从无线到有线，再从有线到无线 310
7．5．2　5G多播广播业务 311
7．6　卫星/非地面网络（NTN）通信 313
7．6．1　卫星/非地面通信场景与需求 313
7．6．2　R17 NTN相关项目 314
7．7　5G定位增强 317
7．7．1　LTE和R15、R16定位技术发展 317
7．7．2　R17定位增强 319
7．8　5G轻量级（NR RedCap）UE 320
7．8．1　为什么有了NB-IoT和eMTC还需要5G RedCap 320
7．8．2　R17 RedCap UE项目增强 321
7．9　Sidelink中继 323
7．9．1　Sidelink中继技术背景 323
7．9．2　Sidelink Relay网络架构与协议结构 325
7．9．3　Sidelink Relay发现过程 326
7．10　非激活态小数据发送 328
7．10．1　物联网场景下数据传输技术的探索 328
7．10．2　LTE和5G小数据传输技术演进 329
7．11　Sidelink增强 331
7．12　网络切片增强 333
7．12．1　R16的网络切片增强 333
7．12．2　R17的网络切片增强 335

探索篇：“探”未来—从“探索”到“畅想”
第8章　第二阶段的“探索”：5G Advanced（R18） 338
8．1　R18整体情况介绍 338
8．2　R18重点技术概况 339
8．2．1　“卫星和非地面网络”技术族 339
8．2．2　“测距、定位服务”技术族 342
8．2．3　“Sidelink和近场通信”技术族 344
8．2．4　“人工智能和机器学习”技术族 346
8．2．5　“网络切片”技术族 349
8．2．6　“节能和降低复杂度”技术族 351
8．2．7　其他技术增强 353
系统观 12　数据中隐含的“变化” 354
A． 中国企业走上3GPP舞台 354
B． “勤奋的”3GPP 355
C． 新场景和新需求 356

第9章　对“未来”的畅想—6G 357
9．1　6G研究不是只有“研究” 357
9．2　谁才应该是提需求的人？ 358
9．3　“需要的”的技术即合适的技术 362
系统观 13　新、旧动力和约束力影响下的移动通信技术演进 364
A． 在动力和约束力的推动下的技术演进 364
B． 推动力和约束力的演变 366
C． 是趋势，更是挑战—Flexibility 369
后记 375
参考文献 376