芯片商设计出5G新无线电，3GPP成功完成了首个5G NR规范

目前已看到无线技术领域许多变化和令人赞叹的创新，但没有什么能和5G行动网络出现的根本性转变相提并论。 过去数年来，芯片商持续致力于设计出一个统一的5G新无线电，它将极大化拓展行动网络与设备的能力和效率。

早在2016年3月，3GPP就已经着手5G新无线电（5G NR）的标准化工作。 此一主要目的在于，开发一个统一的、更强大的无线空中接口。 而2017年12月中时，在葡萄牙里斯本的3GPP全体会议上，3GPP成功完成了首个5G NR规范，这可以说是在2019年实现5G NR商用布建之路上，一个重要的业界里程碑。

首个5G NR规范不仅支持开始于2019年的增强型行动宽带的布建，同时也为扩展5G网络至几乎所有产业、所有物体，以及所有连接打下了基础。 那么，哪些无线技术定义了首个5G NR规范呢？

5G NR规范释出 芯片商积极布局

5G NR必须满足不断扩展以及极端多变的连接和布建类型的要求。 5G NR还需要充分利用每一段频谱，这些频谱具有不同的频谱使用监管方式，分布在不同的频段，不论是从1GHz以下低频段，或是到1GHz至10GHz中频段，以及称为毫米波的24GHz以上的高频段。 因此，没有一种技术可以单独定义5G；相反地，5G将从诸多截然不同的技术创新中被构建。

在5G NR规范释出之后，芯片商和电信营运商也开始积极布局此一市场。 以高通（Qualcomm）为例，该公司多年来持续开发5G基础技术，并且发明全新的5G技术以推动，甚至是重塑无线的边界；致力推动其先进系统设计和无线技术从理论到设计、标准化、实现，以及最终商用的进程，以实现5G愿景（图1）。

图1 5个定义5G NR的无线发明

运用可扩展OFDM参数配置增进子载波间隔

5G NR设计中最重要的决定之一，是选择无线波形和多址接入技术。 在已经评估并且将继续评估多种方式的同时，高通透过广泛研究（在2015年11月所发布的高通研究部报告中）发现，正交分频多任务（OFDM）体系，具体来说包括循环前缀正交分频多任务（CP-OFDM）和离散傅立叶变换扩频正交分频多任务 （DFT-S OFDM），是针对5G增强型行动宽带（eMBB）和更多其他场景的正确选择。

由于现在OFDM已被使用，或许产业界会问“下一步的创新之路在哪里？ ”5G NR的一个关键创新之处就是可扩展的OFDM复频参数配置（图2）。 现今，LTE支持最多20MHz的载波带宽，其中OFDMtone（通常称为子载波）之间的间隔几乎是固定的15kHz。

图2 可扩展OFDM多载波参数

因此，在5G NR中，高通导入了可扩展的OFDM参数配置，从而支持多种频谱频段/类型和布建模式。 例如，5G NR必须能够在有更大频道宽度（例如数百MHz）的毫米波频段上工作。

此外，3GPP 5G NR Rel-15规范中将利用可扩展OFDM参数配置，实现子载波间隔能随频道宽度以2的n次方扩展。 如此一来，在更大带宽的系统当中，FFT点数大小也随之扩展，而不会增加处理的复杂性。

自包含时隙结构实现弹性框架

5G NR设计的另一个关键技术是弹性的基于时隙的框架，以支持电信营运商在相同频率上高效复用已构想的（和无法预料的）5G业务。 实现该灵活、弹性框架的关键技术发明就是5G NR自包含时隙结构。

在新的自包含时隙结构中（以图3中的TDD为例），每个5G NR传输都是模块化处理，具备独立译码的能力，避免了跨时隙的静态时序关系。 透过在时域和频域内对传输进行限定，该弹性设计简化了在未来增加新的5G NR特性/服务，这比之前几代行动通讯具有更好的向下兼容性。

图3 5G NR TDD自包含时隙结构的优势

得益于上传/下载（UL/DL）快速转换和可扩展时隙长度，例如子载波间隔为30kHz隔时时隙长度为500μs，而子载波间隔为120kHz时时隙长度则为125μs，和LTE相比，5G NR自包含时隙结构还带来显著更低的时延。