一代移動(dòng)通信技術(shù)（ 5G）作為新基建的核心， 正在逐步滲透到人們社會(huì)生活的方方面面，為科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步注入新活力，帶來新機(jī)遇。 在 5G 端到端產(chǎn)業(yè)鏈中，成熟的 5G 終端芯片是其中重要一環(huán)。面向 5G 商用，從 2017 年至今， 5G 終端芯片研發(fā)先后經(jīng)歷了終端原型機(jī)、基帶芯片、 SoC芯片三個(gè)發(fā)展階段，產(chǎn)品成熟度不斷提升，滿足 5G 商用過程中對于系統(tǒng)驗(yàn)證、網(wǎng)絡(luò)部署、產(chǎn)品研發(fā)等的需求。
本期的智能內(nèi)參，我們推薦中國移動(dòng)研究院的報(bào)告《 2021 年終端芯片新需求報(bào)告》， 報(bào)告旨在從運(yùn)營商角度， 著眼于未來 1-2 年面向消費(fèi)類（ ToC）和行業(yè)類（ ToB） 場景發(fā)布 5G 終端芯片的新功能需求及技術(shù)演進(jìn)的關(guān)鍵特性， 引導(dǎo) 5G芯片及終端技術(shù)持續(xù)發(fā)展。
原標(biāo)題：
《2021 年終端芯片新需求報(bào)告》
作者： 未注明
2017 年，高通、聯(lián)發(fā)科技、展訊、英特爾等芯片廠商研發(fā)了基于 FPGA 的5G 終端原型機(jī)，包括：基帶、射頻芯片、射頻前端、天線等模塊，支持 3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的新空口層 1 架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新型信道編碼、高階調(diào)制方案、低延遲幀結(jié)構(gòu)等 NR 特性，并能夠達(dá)到單用戶 1Gbps 以上的傳輸速率，支持 5G 端到端關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和系統(tǒng)驗(yàn)證，為后續(xù) 5G 芯片及終端研發(fā)奠定了良好的理論基礎(chǔ)。
2018 年第四季度起，終端芯片廠商陸續(xù)發(fā)布了 5G 終端 Modem 芯片，支持3GPP R15 協(xié)議版本的 5G 通信能力。其中，除 2018 年推出的兩款 Modem 芯片僅支持 5G 非獨(dú)立組網(wǎng)模式外，從 2019 年起至今推出的所有 Modem 芯片（包括：華為 Balong 5000、聯(lián)發(fā)科技 Helio M70、紫光展銳春藤 510、高通 X55/X60）全部支持 5G 非獨(dú)立組網(wǎng)和 5G 獨(dú)立組網(wǎng)兩種模式，有力保障了 5G 終端在多樣網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境下的應(yīng)用靈活性。
2019 年 9 月起至今，終端芯片廠商陸續(xù)推出了 SoC 芯片。這類芯片在 Modem芯片基礎(chǔ)上集成 AP（應(yīng)用處理器），通過提升芯片硬件集成度（目前多數(shù)采用7nm 工藝），達(dá)到降低終端功耗和成本的目的，提升 5G 用戶體驗(yàn)，可以更好地滿足 5G 終端商用需要。 截至 2021 年 1 月，終端芯片廠商已推出 SoC 芯片近 20款， 如下圖所示， 包括：高通驍龍 765/765G、 690、 888，華為麒麟 990/820/985，聯(lián)發(fā)科技天璣1000/1000L/1000+、 800/820、 720、 1200/1100，紫光展銳虎賁 T7520，三星 E980/E990/E880 和 E1080，目前已有大量基于 SoC 芯片的 5G 終端產(chǎn)品上市。
5G 終端芯片產(chǎn)品路標(biāo)
當(dāng)前我國 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，面向消費(fèi)類的 5G 智能終端成為了首批發(fā)力的商用終端。 從 2019 年 9 月起，各終端廠商陸續(xù)推出了基于 SoC 芯片架構(gòu)的第二代商用終端。 2021 年 1 月， 國內(nèi)市場 5G 手機(jī)出貨量 2727.8 萬部，占同期手機(jī)出貨量的 68%；上市新機(jī)型 23 款，占同期手機(jī)上市新機(jī)型數(shù)量的 57.5%。 隨著各品牌不同款式的 5G 終端的陸續(xù)發(fā)布并上市， 消費(fèi)類智能終端成為 5G 生態(tài)鏈中表現(xiàn)最積極的環(huán)節(jié)之一。
向后續(xù) 5G 技術(shù)演進(jìn)， 消費(fèi)類智能終端依然面臨更高的傳輸速率、更低的終端功耗、更優(yōu)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)等多維度的增強(qiáng)需求。 目前，終端芯片廠商已經(jīng)開始規(guī)劃并研發(fā)基于 3GPP R16 協(xié)議版本的 5G 終端芯片產(chǎn)品，預(yù)計(jì) R16 新特性的技術(shù)驗(yàn)證在 2021 年 Q2 會(huì)陸續(xù)展開， 2021 年下半年多家芯片廠商將陸續(xù)推出商用產(chǎn)品， 2021 年 Q4 起 R16 版本智能終端將上市。
網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)作為 5G 區(qū)別于 4G 的新技術(shù)之一， 以其可以滿足不同業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，被認(rèn)為是滿足 5G 多樣化業(yè)務(wù)需求的關(guān)鍵。 隨著網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的引入，運(yùn)營商將能夠?yàn)椴煌脩籼峁┎煌δ芴攸c(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)能力，為不同業(yè)務(wù)需求的用戶提供“專屬”的網(wǎng)絡(luò)，保障優(yōu)質(zhì)化的服務(wù)水平，滿足差異化的業(yè)務(wù)需求。
網(wǎng)絡(luò)切片是一種端到端的流程，而在網(wǎng)絡(luò)切片發(fā)展過程中， 終端作為切片服務(wù)的入口和起點(diǎn)，切片特性的引入對終端自身的業(yè)務(wù)應(yīng)用、操作系統(tǒng)、通信芯片等方面也帶來廣泛而顯著的影響。針對 5G 智能終端的芯片特性需求如下：
NSSAI 相關(guān)功能要求。 NSSAI 是用于選擇和使用切片服務(wù)的標(biāo)識信息，也是貫穿切片端到端流程的連接紐帶。5G 智能終端采用 S-NSSAI 來標(biāo)識切片服務(wù)使用者所將占用的傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)和核心網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)資源。 因此，終端首先需要支持對來自于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的 NSSAIs（包括 Configured NSSAI/Allowed NSSAI/Rejected NSSAI）信息進(jìn)行接收、 存儲和更新；并在后續(xù)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的 RRC、 NAS 信令消息中攜帶網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)識（ S-NSSAI）并傳遞給網(wǎng)絡(luò)，用以建立切片連接及 PDN 會(huì)話。
對于切片的系統(tǒng)間互操作，當(dāng)5G終端通過4G網(wǎng)絡(luò)接入并建立PDN連接時(shí)，終端應(yīng)支持從 PCO 中讀取每個(gè)會(huì)話對應(yīng)的 S-NSSAI 信息。
端到端流程中的 S-NSSAI 標(biāo)識
URSP 相關(guān)功能要求。 URSP 是對終端進(jìn)行切片配置與管理的核心規(guī)則。 URSP 在切片訂購開通過程中生成，在切片業(yè)務(wù)流程中作用于終端，用于指導(dǎo)終端根據(jù)業(yè)務(wù)特征 TD 將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)放到相應(yīng)的切片上承載。
3GPP 規(guī)范中定義了 URSP 用于描述來自業(yè)務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)流與切片的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 因此， 終端需要支持由網(wǎng)絡(luò)下發(fā) URSP 配置規(guī)則的接收、保存和更新；并根據(jù) URSP 規(guī)則，提供業(yè)務(wù)應(yīng)用的 Traffic Description（ APPID、 IP3 元組、 FQDN、DNN、 ConnectionCapability）等業(yè)務(wù)屬性信息；再將選取的 Traffic Descriptor 與對應(yīng)的 S-NSSAI 進(jìn)行映射綁定。
終端 URSP 的接收與配置
Traffic Descriptor 相關(guān)功能要求。 Traffic Descriptor（簡稱 TD）是實(shí)現(xiàn)切片服務(wù)多樣化、定制化的關(guān)鍵屬性。TD 為使用者提供了不同業(yè)務(wù)顆粒度， 可根據(jù)多樣化的業(yè)務(wù)需求，靈活選擇合適的 TD。 因此， 終端應(yīng)具備獲取業(yè)務(wù)應(yīng)用的 APPID、 IP3 元組、 FQDN、 DNN、ConnectionCapability 等 Traffic Descriptor 屬性的能力，其中對于 DNN，終端應(yīng)能夠具備對定制化 DNN 參數(shù)的設(shè)置、傳遞和使用。
TD 特征示例
續(xù)航能力是 5G 終端的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，相比 4G，大帶寬、多天線、雙連接等特性對 5G 終端功耗帶來很大的挑戰(zhàn)。目前，中國移動(dòng)已全網(wǎng)開啟 C-DRX、BWP 等節(jié)電特性，部分終端的架構(gòu)從商用初期的拼片方案向 SoC 芯片過渡，主流芯片工藝也從 7nm 提升至 5nm。根據(jù)評估結(jié)果分析， 5G 終端續(xù)航可基本滿足用戶使用一天的需求， 5G 終端功耗較商用初期已有大幅改善。為了持續(xù)提升用戶體驗(yàn)，提升 5G 終端功耗性能， R16 在網(wǎng)絡(luò)側(cè)引入了終端節(jié)能信號、跨時(shí)隙調(diào)度、不同 BWP 最大 MIMO 層數(shù)限制等特性，相關(guān)特性需求如下：
終端節(jié)能信號指示。 連接態(tài)終端需要在每個(gè) DRX 周期內(nèi)喚醒檢測 PDCCH，但不是所有 DRX 周期都有數(shù)據(jù)調(diào)度， PDCCH 檢測會(huì)帶來額外能耗。 R16 節(jié)能信號指示可以通知終端是否在下一個(gè) DRX 周期開啟 on duration timer（檢測 PDCCH）。 R15 終端只能在 DRX 激活期內(nèi)進(jìn)行 CSI 測量上報(bào)。 R16 引入了 DRX 節(jié)能信號后，同時(shí)引入了 CSI 測量上報(bào)與節(jié)能信號解耦，終端在 DRX 非激活期也可以 CSI 測量上報(bào)，保證基站可以在每個(gè) DRX 周期都獲得終端的 CSI 測量上報(bào)結(jié)果，維持鏈路性能和頻譜效率。
跨時(shí)隙調(diào)度。 下行傳輸可分解為 PDCCH 接收、 PDCCH 解調(diào)、 PDSCH 接收， 其中， k0是 PDCCH 下行調(diào)度到 PDSCH 數(shù)據(jù)發(fā)送的間隔時(shí)間。 跨時(shí)隙調(diào)度主要節(jié)省無數(shù)據(jù)傳輸子幀的 PDCCH 解調(diào)部分的功耗。 R16 引入動(dòng)態(tài)跨時(shí)隙調(diào)度指示，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過調(diào)度 DCI 指示終端應(yīng)用的最小 PDSCH/PUSCH 調(diào)度時(shí)隙。根據(jù)業(yè)務(wù)模型的不同，可取得 13% – 28 %的空口節(jié)能增益，對連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)無節(jié)能增益。適用于時(shí)延非敏感的 UE，有明顯增益的典型場景是類似于 Wechat/QQ 這類稀疏小包業(yè)務(wù)。
Dormant BWP。 在 CA 場景下， Scell 的業(yè)務(wù)量要比 Pcell 更加稀疏， DRX 節(jié)能信號僅可以配置在 Pcell 上， Scell 無法實(shí)現(xiàn) DRX 喚醒功能， R16 引入 dormant DL BWP，終端在該狀態(tài)下無需檢測 PDCCH，僅需要做一些測量操作以維持鏈路性能，可以最大程度降低 Scell 的能耗。
不同 BWP 最大 MIMO 層數(shù)限制。 R15 在所有 BWP 上配置相同的最大下行 MIMO 流數(shù)，終端根據(jù)小區(qū)級別的最大 MIMO 流數(shù)實(shí)現(xiàn)接收天線配置（接收天線數(shù)>=MIMO 流數(shù)）。小區(qū)中心點(diǎn)的終端在接收小包業(yè)務(wù)時(shí)， 2Rx 的性能相比于 4Rx 的性能差別不大，但是可以節(jié)省一半的射頻能耗開銷。 R16 通過在每個(gè) BWP 配置不同的下行最大 MIMO 流數(shù)，基站通過BWP切換實(shí)現(xiàn)終端的下行最大MIMO流數(shù)調(diào)整。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)模型，可取得 3%-30%的空口節(jié)能增益。
UE 輔助信息上報(bào)。 UE 輔助信息上報(bào)是一種準(zhǔn)確有效的讓基站獲取終端需求的方法，終端可以根據(jù)自身需求上報(bào)輔助信息。 R15 中主要引入過熱保護(hù)， UE 希望網(wǎng)絡(luò)通過降低CC 數(shù)、最大帶寬和最大 MIMO layer 等來規(guī)避過熱； R16 引入了 UE 期望的 RRC狀態(tài)、 DRX、 MIMO layer 等 UE 節(jié)能特性的期望參數(shù)，基站根據(jù)這些輔助信息對終端的參數(shù)進(jìn)行重配置。
RRM 測量放松。 R16 引入了網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制的空閑態(tài)/非激活態(tài)終端的鄰區(qū) RRM 測量放松，針對低移動(dòng)性、非小區(qū)邊緣用戶兩種場景，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過系統(tǒng)消息通知終端 RRM 測量放松的觸發(fā)條件，終端在滿足觸發(fā)條件下進(jìn)行鄰小區(qū)的測量放松。
終端節(jié)能特性在商用過程中仍有一些協(xié)同問題需要解決， 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)也在推出更多的終端節(jié)能特性，希望芯片和終端廠家針對網(wǎng)絡(luò)已引入策略做好終端功耗優(yōu)化工作，預(yù)計(jì)在 2021 年 Q3 可以進(jìn)行針對 R16 終端節(jié)能特性的評估驗(yàn)證，持續(xù)提升 5G 終端功耗性能，為用戶提供體驗(yàn)更好的 5G 服務(wù)。
相比 4G， 5G 新需求、新場景和新特性對 5G 網(wǎng)絡(luò)的部署和運(yùn)營維護(hù)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)， 運(yùn)營商和網(wǎng)絡(luò)廠商急需更加自動(dòng)化和智能化的手段來降低 5G網(wǎng)絡(luò)的部署和運(yùn)維成本，提升用戶體驗(yàn)。 3GPP 定義了 SON（自組織網(wǎng)絡(luò)） /MDT（最小化路測）技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)、自主進(jìn)行智能化操作，最小化對人工的依賴，通過智能化的網(wǎng)絡(luò)自配置與自優(yōu)化方案，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)。
在 SON/MDT 技術(shù)中， 對終端有較強(qiáng)需求、依賴于終端測量上報(bào)的功能主要是自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系優(yōu)化功能、 最小化路測功能和層二測量的上行數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)延功能。
ANR 功能。 自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系優(yōu)化（ ANR）是 3GPP R15 版本定義的功能，指網(wǎng)絡(luò)側(cè)借助UE 對周圍鄰區(qū) PCI 和 CGI（小區(qū)唯一標(biāo)識）的測量和上報(bào)功能，可以自動(dòng)完成鄰區(qū)關(guān)系表的配置和優(yōu)化，包含相鄰小區(qū)的自動(dòng)添加和刪除。同時(shí)，如果某小區(qū)與目標(biāo)小區(qū)建立鄰區(qū)關(guān)系后，還可以幫助該小區(qū)所屬基站與相鄰小區(qū)基站建立X2/Xn 邏輯接口。 ANR 可解決現(xiàn)網(wǎng)中鄰區(qū)規(guī)劃工作量大，易出現(xiàn)人工鄰區(qū)漏配情況等問題。 終端需支持 SA 組網(wǎng)下的 ANR 功能，在 5G SA 網(wǎng)絡(luò)下上報(bào) 5G、4G 鄰區(qū) ID。
MDT 功能。 最小化路測（ MDT）技術(shù)是 3GPP R16 版本引入的功能，主要通過移動(dòng)終端上報(bào)測量報(bào)告或者基站側(cè)收集測量結(jié)果的方式來獲取網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化所需要的相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到降低運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)成本的目的。
Immediate MDT/連接態(tài) MDT： UE 處于連接態(tài)時(shí)進(jìn)行測量和上報(bào)。
Logged MDT/空閑態(tài) MDT： UE 處于空閑態(tài)時(shí)進(jìn)行測量并將數(shù)據(jù)存儲在本地，進(jìn)入連接態(tài)時(shí)上報(bào)空閑態(tài)采集的數(shù)據(jù)。
異常事件上報(bào)： RLF Report/無線鏈路失敗報(bào)告功能，當(dāng) UE 發(fā)生無線鏈路失敗（ RLF）時(shí)，進(jìn)行相關(guān)測量數(shù)據(jù)采集和記錄，并可以包含隨機(jī)接入失敗相關(guān)信息， UE 成功接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)把采集的 RLF 信息進(jìn)行上報(bào)； RCEF Report /RRC連接建立失敗報(bào)告功能，是指當(dāng) UE 發(fā)生 RRC 連接建立失敗時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄和記錄， UE 成功接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)把采集的記錄進(jìn)行上報(bào)。
終端需支持 GPS 等位置信息功能支持能力的上報(bào)及相應(yīng)位置信息的上報(bào)。
層二測量的上行數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)延功能。 基于核心網(wǎng) QoS 監(jiān)控（ QoS monitoring）需求， 推薦終端支持網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)測量UL PDCP Packet Average Delay by UE 的配置、 測量及結(jié)果上報(bào)，用于獲取高層數(shù)據(jù)包到達(dá) PDCP 層到終端得到傳輸該數(shù)據(jù)包 UL grant 的時(shí)延。
移動(dòng)魯棒性優(yōu)化（ MRO）。 在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，切換參數(shù)不合理設(shè)置會(huì)造成終端切換時(shí)機(jī)不當(dāng)，直接影響系統(tǒng)性能及用戶體驗(yàn)，最嚴(yán)重可導(dǎo)致用戶掉話。 MRO 功能主要通過對異常切換場景檢測和移動(dòng)性參數(shù)的優(yōu)化，減少異常切換，達(dá)到提高切換成功率和網(wǎng)絡(luò)性能的目的。 MRO 功能需要終端支持無線鏈路失敗報(bào)告（ RLF Report）的上報(bào)。
隨機(jī)接入優(yōu)化（ RACH 優(yōu)化）。 隨機(jī)接入優(yōu)化（ RACH 優(yōu)化）是對 RACH 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，一方面通過對隨機(jī)接入資源、功率參數(shù)的合理分配和優(yōu)化，提高隨機(jī)接入的成功率；另一方面，減小隨機(jī)接入的沖突概率縮短用戶接入延遲，提高用戶體驗(yàn)。 RACH 優(yōu)化功能需要終端支持隨機(jī)接入報(bào)告（ RACH report）的上報(bào)。
2020 年下半年已有 2 家芯片支持了SA ANR 功能，并與兩家網(wǎng)絡(luò)完成實(shí)驗(yàn)室互通測試，預(yù)計(jì) 2021 年將開展外場試點(diǎn)，并且將有更多芯片支持 SA ANR 功能。 我們后續(xù)將以高優(yōu)先級來推進(jìn) MDT 的落地，同時(shí)也希望產(chǎn)業(yè)能夠盡早的支持 MDT 功能，從而支撐網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化和智能化的各類應(yīng)用，打造良好生態(tài)。預(yù)計(jì)2021 年 Q3 R16 版本終端芯片將陸續(xù)支持 MDT 功能。
3GPP R16 版本引入多項(xiàng)終端測量相關(guān)的增強(qiáng)功能， 通過縮短測量時(shí)延，減少資源開銷、 提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)， 以及新增測量量上報(bào)，更準(zhǔn)確地反饋信道質(zhì)量用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化， 提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率。
基于 CSI-RS 的 RRM L3 測量。 5G 系統(tǒng)定義的 CSI-RS 參考信號， 可以更全面反映數(shù)據(jù)信道狀態(tài)信息、實(shí)現(xiàn)波束級別的移動(dòng)性測量。 3GPP R15 中已對 CSI-RS 的 L1 測量內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，在R16協(xié)議版本中更新了CSI-RS具體的測量指標(biāo)要求。終端需滿足CSI-RS RRML3 服務(wù)小區(qū)的測量要求， 并規(guī)定支持至少 32 個(gè) CSI-RS 端口的測量。該功能的引入，既解決了 SSB 無法靈活反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的問題，同時(shí)，相較于 CSI-RS L1測量， CSI-RS L3 測量還可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少空口開銷。終端通過對CSI-RSRP、 CSI-RSRQ、 CSI-SINR 等指標(biāo)的測量上報(bào)， 可以更加準(zhǔn)確有效地反饋信道質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)基于 RRM 測量的要求。
新增 NR Gap pattern。 3GPP R16 擴(kuò)展了 gap pattern， 支持終端測量持續(xù)時(shí)長（ gap 時(shí)長） 為 3ms，測量周期可以是 40ms 或 80ms， 有助于降低終端測量開銷，降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)處理復(fù)雜度。
異頻 no gap 增強(qiáng)。 3GPP R15 定義在測量異頻鄰區(qū)時(shí)需配置測量 GAP，在此期間服務(wù)小區(qū)無法進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，存在業(yè)務(wù)中斷的問題。 R16 協(xié)議引入了 SSB 異頻測量增強(qiáng)，即待測量 SSB 位置與服務(wù)小區(qū)不同，但均位于終端激活 BWP 內(nèi)時(shí)，無需為終端配置測量 GAP。同時(shí)， R16 協(xié)議還引入了無 GAP 異頻測量增強(qiáng)，如果終端上報(bào)支持該能力， 則在測量異頻時(shí)，基站不配置測量 GAP，依然可以保持服務(wù)小區(qū)傳輸數(shù)據(jù)。異頻 no gap 測量可以降低和避免因測量 GAP 引起的終端業(yè)務(wù)中斷問題。
VoNR。 語音業(yè)務(wù)是 5G 不可或缺的基本業(yè)務(wù)能力，多數(shù)運(yùn)營商 SA 初期語音方案采 用從 5G 回落到 4G 網(wǎng)絡(luò)的方案（ EPS Fallback），但伴隨而來會(huì)有接續(xù)時(shí)延的增加、 通話時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法駐留 5G 網(wǎng)絡(luò)、 流程碰撞概率增加帶來業(yè)務(wù)受損等問題，因此隨著 5G 站點(diǎn)覆蓋范圍逐步擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，以及終端/產(chǎn)業(yè)鏈成熟后語音方案要逐步從 EPS Fallbak 演進(jìn)到采用 VoNR 提供 5G 語音，作為 SA 階段語音的目標(biāo)建設(shè)方案。
VoNR 語音方案基于 5G 網(wǎng)絡(luò)提供語音業(yè)務(wù)， 終端駐留 5G 時(shí)語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都承載在 5G 網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)終端移動(dòng)到非 5G 覆蓋區(qū)時(shí) VoNR 業(yè)務(wù)切換為 VoLTE業(yè)務(wù)， 由 LTE 網(wǎng)絡(luò)為其服務(wù)。
VoNR 語音方案
VoNR 語音通話業(yè)務(wù)。 芯片支持在 5G 承載建立語音業(yè)務(wù)（ VoNR），并可通過終端能力指示區(qū)分 EPSFallback 和 VoNR 能力，以及 VoNR 與 VoLTE 之間的語音通話切換。 5G 語音終端應(yīng)支持 AMR-NB、 AMR-WB、 EVS 音頻編解碼， 包括：AMR-NB 的 12.2kbps、10.2kbps、 7.95kbps、 7.40kbps、 6.70kbps、 5.90kbps、 5.15kbps、 4.75kbps 八種編解碼類型，AMR-WB 的 23.85kbps、 23.05kbps、 19.85kbps、 18.25kbps、 15.85kbps、14.25kbps、 12.65 kbps、 8.85kbps、 6.6kbps 九種編解碼類型，和 EVS 13.2kbps、24.4kbps 兩種編解碼類型。
ViNR 視頻通話業(yè)務(wù)。 芯片支持在 5G 承載建立視頻業(yè)務(wù)（ ViNR），并支持 ViNR 與 ViLTE 之間的視頻通話切換。 5G 語音終端應(yīng)支持 H.264、 H.265 視頻編解碼，包括 3GPP R13 TS26.114的5.2.2節(jié)中的規(guī)范的ITU-T H.264 CHP級別3.1或支持H.265 Main Profile，Main Tier, 級別 3.1。
5G RAN 特性。 VoIP 業(yè)務(wù)是基于 IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音業(yè)務(wù)，包頭開銷占整個(gè)數(shù)據(jù)包的比例較大，為了節(jié)省傳輸資源，業(yè)界提出了一種 IP 包頭壓縮方法——RoHC，該功能可降低包頭開銷。經(jīng)過 RoHC 壓縮后，開銷占比降為 12.5%～ 18.8%，對語音業(yè)務(wù)信道覆蓋和容量有明顯增益。
C-DRX。 UE 進(jìn)入連接態(tài)后，在沒有進(jìn)行上下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，UE 仍然一直監(jiān)聽 PDCCH，對終端功耗有較大影響。 開啟 C-DRX， UE 在連接態(tài)時(shí)周期性監(jiān)聽 PDCCH， 達(dá)到省電的目的。 C-DRX 功能不僅適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對 VoNR 語音業(yè)務(wù)也同樣適用。由于 VoNR 語音包的實(shí)時(shí)性要求較高，網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)區(qū)分于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，配置一套不同的 C-DRX 參數(shù)。
Slot aggregation。 受限于終端的發(fā)射功率，當(dāng)用戶在小區(qū)邊緣時(shí)可能發(fā)射功率不足，丟包率增加，造成過多的 HARQ 重傳，導(dǎo)致延遲增加影響用戶體驗(yàn)。使用 slot aggregation，兩個(gè)連續(xù)子幀中的立刻重傳，能增大傳輸成功率， 提高接收成功率。
SPS 半持續(xù)調(diào)度。 基站的半持續(xù)調(diào)度，即終端申請一次資源后，在之后的一段時(shí)間內(nèi)分配給該用戶。 由于 IP 語音數(shù)據(jù)包比較小、 包的大小比較固定、 到達(dá)間隔比較固定，有嚴(yán)格時(shí)延要求的特點(diǎn)，因此適合使用半持續(xù)調(diào)度傳輸。
目前， 五家芯片均已支持 VoNR 功能，其中較多芯片已在 2020 年與若干網(wǎng)絡(luò)完成了實(shí)驗(yàn)室互通測試和外場測試驗(yàn)證，預(yù)計(jì)在 2021 年將全面開展面向商用的測試驗(yàn)證。
MIMO 增強(qiáng)。 相較于 3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)定義 NR MIMO 要求的基本功能及協(xié)議流程， R16 階段重點(diǎn)增強(qiáng)了波束管理和 CSI 反饋，支持多個(gè)傳輸點(diǎn)（ multi-TRP）到單個(gè) UE的傳輸，以及多個(gè) UE 天線在上行鏈路的全功率傳輸和降低 PAPR，這些增強(qiáng)功能可提升速率，提升邊緣覆蓋，減少開銷和提升鏈路可靠性。
上行滿功率發(fā)送。 在 R16 階段，針對上行兩天線非相干發(fā)送的終端，定義新的 UE capability和新的碼本以及 Tx mode，其中 Mode 1（配置新碼本）和 Mode 2（修改功率控制和端口資源配置）這兩種傳輸方案，可以使得上行雙發(fā)的終端在小區(qū)邊緣可以上行滿功率（ 26dBm）發(fā)送，相比 R15 部分終端因協(xié)議限制采用 23dBm 單發(fā)情況可提升上行覆蓋 2~3dB。該功能主要影響上行雙發(fā)終端的軟件修改，能夠保證上行雙發(fā)終端滿功率發(fā)射上行信號，保證覆蓋，是 R16 階段終端必選支持的關(guān)鍵技術(shù)之一。
上行滿功率發(fā)送方案
Low PAPR DMRS。 在 R15 階段， DMRS 符號的 PAPR 高于 PUSCH 符號，終端 PA 會(huì)進(jìn)行限幅處理，導(dǎo)致 UE 的傳輸功率降低，影響上行發(fā)射功率，影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋和邊緣速率。3GPP R16 引入 Low PAPR DMRS 特性，重點(diǎn)解決上行傳輸時(shí) DMRS 峰均比高的問題， 通過引入低 PAPR 序列用于生成 UL 新的 DMRS 序列、 SRS 和 PUCCH 格式 0 和 1 調(diào)制符號， 預(yù)期可以降低 DMRS 符號的 PAPR 約 1~4dB。
Low PAPR DMRS 方案
Multi-Beam。 R15的路損參考信號配置都是基于RRC信令，比如以SSB為路損參考信號，會(huì)導(dǎo)致切換波束后的 PL 不匹配，并且 SSB 測量的 RSRP 對于網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的規(guī)劃也存在不準(zhǔn)確的問題。 R16 協(xié)議版本通過 MAC CE 更新 PUSCH 和 SRS 的路損參考信號，采用 RRC 配置+MAC-CE 激活/更新機(jī)制，在開環(huán)功控時(shí)有利于 UE 更好評估鏈路質(zhì)量，避免頻繁 RRC 重新配置和冗余信令，降低時(shí)延，提高效率。
對于 PUSCH，可以通過 MAC-CE 消息激活對應(yīng)于 SRI 域取值的路徑損耗參考信號。在非周期和半持續(xù)性 SRS 資源集，可通過 RRC 信令配置多個(gè)路徑損耗參考信號，用 MAC-CE 來激活其中的一個(gè)。
TypeII 碼本增強(qiáng)。 在 R16 階段， TypeII 碼本擴(kuò)展至最高 4 層傳輸（ 3-4 流擴(kuò)展， MU MIMO），并引入新的空頻壓縮碼本（ 1-2 流， MU MIMO）方案， 與 R15 CSI-RS Type II性能相同的前提下可以大幅減少開銷并提升性能。
Multi-TRP。 Multi-TRP 功能，可以允許每個(gè) TRP 采用不同的 DCI 調(diào)度不同的傳輸塊，利用不同 TRP 的空間信道差異來提升用戶數(shù)據(jù)速率，適用于 eMBB 場景；也可以允許不同 TRP 傳輸一個(gè) DCI 調(diào)度的同一個(gè)傳輸塊，利用空分、時(shí)分、頻分等方式提升數(shù)據(jù)可靠性，適用于 eMBB 和 URLLC 場景。
Multi-TRP 方案示意圖
R16 階段 MIMO 增強(qiáng)特性，可以對 R15 階段起到極大地補(bǔ)充作用，解決了R15 階段遺留的問題，進(jìn)一步提高了終端效率及用戶體驗(yàn)。計(jì)劃于 2021 年 Q3升級 MIMO 增強(qiáng)的高優(yōu)先級特性，并啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室互通和外場測試。
高鐵場景是 5G 終端的一個(gè)重要應(yīng)用場景，運(yùn)營商在所有高鐵沿線均部署了5G 設(shè)備為高鐵用戶提供 5G 服務(wù)。 相比 4G， 5G 新特性大帶寬、更復(fù)雜的參考信號、上行雙發(fā)對 5G 高鐵終端提出很多挑戰(zhàn)，通過 5G 終端高鐵場景的測試，發(fā)現(xiàn)高鐵終端存在性能低、掉話、切換失敗等問題嚴(yán)重影響用戶感知。 為了進(jìn)一步提升 5G 高鐵用戶感知需求，如下特性需要終端考慮支持：
R16 高鐵標(biāo)識。 5G 公網(wǎng)與 5G 高鐵專網(wǎng)同頻組網(wǎng)，高鐵終端在空閑態(tài)狀態(tài)會(huì)重選到非高鐵專網(wǎng)，在高速的情況下，終端會(huì)出現(xiàn)接入失敗等現(xiàn)象， R16 標(biāo)準(zhǔn)引入專用的高鐵標(biāo)識可以支撐終端對高鐵場景的判別， 提升終端在高鐵場景下的解調(diào)性能。
R16 高鐵 500km/h 下的性能指標(biāo)要求。 現(xiàn)網(wǎng)中， 上海磁懸浮列車的時(shí)速高于 350km/h 的速度，最快接近 500km/h，該線路也部署了 5G 覆蓋，滿足高鐵列車用戶體驗(yàn)，因此對終端有對 500km/h 下的性能指標(biāo)要求。
高鐵終端 TRS 的提前測量。 目前 5G 高鐵網(wǎng)絡(luò)側(cè)的部署是 DPS 方案，該方案的特點(diǎn)是同一小區(qū)下，存在多個(gè) RRH，每個(gè) RRH 下配置不同的 TRS 配置。然而每個(gè) RRH 的覆蓋范圍較小，在高鐵場景下 RRH 的切換數(shù)量較多，每次 RRH 切換都會(huì)變更 TRS 配置，嚴(yán)重影響 5G 高鐵用戶性能。 通過測試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，終端提前測量小區(qū)內(nèi)所有的 TRS配置，網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā) TRS 配置切換的時(shí)候，可以大幅提升用戶體驗(yàn)。
高鐵網(wǎng)絡(luò)部署方案
為降低切換失敗率、增強(qiáng)可靠性， 3GPP 在 R16 階段引入了移動(dòng)性增強(qiáng)，主要功能包含條件切換（ Conditional Handover， CHO）以及雙協(xié)議棧切換（ Dual Active Protocol Handover， DAPS HO）。
條件切換。 條件切換指的是當(dāng)切換條件滿足時(shí)由終端執(zhí)行切換。 基站根據(jù) UE 所處位置的覆蓋情況，預(yù)先配置若干小區(qū)作為 UE 切換的目標(biāo)小區(qū)； UE 執(zhí)行測量， 檢測到切換觸發(fā)條件滿足時(shí)直接向目標(biāo)小區(qū)發(fā)起接入，完成條件切換。 條件切換能夠避免在終端和源基站進(jìn)行信令交互、以及源基站和目標(biāo)基站進(jìn)行信令交互的時(shí)間內(nèi)，由于無線鏈路狀態(tài)變化導(dǎo)致的 UE 切換失敗的情況發(fā)生，提高切換成功率。
該功能適用于高速場景，節(jié)省傳統(tǒng)切換“事件觸發(fā)-MR 上報(bào)-切換命令”的時(shí)間，屬于 R16 版本芯片高優(yōu)先級引入的新需求。
雙協(xié)議棧切換。 雙協(xié)議棧切換允許移動(dòng)終端在切換時(shí)始終保持與源小區(qū)連接，直到與目標(biāo)小區(qū)開始進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)為止。 即在切換過程這段極短的時(shí)間里，移動(dòng)終端同時(shí)從源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)， 通過這種方式， DAPS 切換下理論上用戶面中斷時(shí)延為 0ms。但終端支持雙協(xié)議棧需要硬件升級以支持兩路收發(fā)，包括兩套 L1、 L2、射頻鏈路，復(fù)雜度和成本較高。
CA/DC/SUL。 載波聚合特性（ CA） 最早在 LTE-A 標(biāo)準(zhǔn)中引入， 5G 標(biāo)準(zhǔn)沿用了該特性以滿足 5G 移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長對高傳輸速率的需求。 3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)定義 NR CA 的基本功能及協(xié)議流程，并引入了下行載波聚合的載波間 SRS 輪發(fā)等功能； R16標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)，一方面是提升載波聚合的性能，如進(jìn)一步提高上/下行數(shù)據(jù)傳輸速率、縮短載波聚合的建立時(shí)延，另一方面則是增強(qiáng)載波聚合的網(wǎng)絡(luò)部署靈活性以適應(yīng)多種多樣的頻段組合和部署場景的需求。
CA 及 SUL 頻段組合。 載波聚合方面，目前部署場景主要面向上/下行 2CC 的頻段組合，其中，下行 CA 要求必選支持 n41(100M+60M)帶內(nèi)連續(xù) CA、 n41(100M)+n28(30M)和n41(100M)+n79(100M)帶間 CA；上行 CA 要求必選支持 n41(100M+60M)帶內(nèi)連續(xù) CA 且每載波兩流，推薦支持 n41(100M)+n28(30M)和 n41(100M)+n79(100M)帶間 CA。 推薦芯片可支持 n41（ 100M+100M， 40MHz 資源重疊）帶內(nèi)連續(xù) CA。
SUL 作為增強(qiáng)需求， n41+n83（ SUL CC） 頻段組合具有較高優(yōu)先級，其他頻段組合例如 n41/n79 作為 NR CC 與 2.3GHz/ 1.8GHz/ 900MHz/ 2.0GHz/ 1.9GHz作為 SUL CC 的組合， 在未來也存在部署的可能。
下行載波聚合載波間 SRS 輪發(fā)。 針對下行載波聚合（ DL CA）， 下行載波數(shù)大于上行載波數(shù)， TDD 頻段的下行輔載波 Scell 沒有對應(yīng)頻段的上行載波發(fā)送上行探測參考信號（ SRS， Sounding Reference Signal）， 導(dǎo)致無法利用 TDD 頻段的上/下行信道互異性進(jìn)行下行信道質(zhì)量的評估，從而影響下行信道的傳輸性能。 3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)版本針對 NR 下行載波聚合進(jìn)行了改進(jìn)， 引入載波間 SRS 輪發(fā)功能，使得 TDD 頻段的輔載波也可以獲得發(fā)送 SRS 參考信號的機(jī)會(huì)，可以更準(zhǔn)確地評估輔載波的下行信道質(zhì)量。目前外場驗(yàn)證結(jié)果顯示采用載波間 SRS 輪發(fā)相比 PMI 方式輔載波的下行數(shù)據(jù)速率可提升約 30%。
帶間載波聚合幀頭不對齊。 R15 協(xié)議版本要求帶間 CA 不同載波間的系統(tǒng)幀和時(shí)隙邊界需要對齊，對網(wǎng)絡(luò)部署有較為嚴(yán)格的要求。 R16 引入 NR inter-band CA 幀頭不對齊的功能， 不同載波保持時(shí)隙的邊界對齊，但載波間幀頭最多可以偏移±2.5ms， 以子載波間隔為30kHz 為例，載波間幀頭最多可以偏移±5 個(gè)時(shí)隙。該功能的引入， 為 NR 帶間載波聚合的部署帶來極大的便利和靈活性，同時(shí)也為錯(cuò)開帶間 CA 的兩個(gè)頻段的發(fā)送時(shí)隙、最大化上行 CA 的傳輸速率提供了前提條件。
1Tx-2Tx 上行輪發(fā)（ Tx switching）。 上行載波聚合（ UL CA）為最大化上行傳輸速率， 可以考慮不同載波間采用TDM 輪發(fā)方式。 R16 標(biāo)準(zhǔn)版本針對載波間 TDM 輪發(fā)定義了 1Tx 與 2Tx 間的上行通道切換， 適用于上行載波聚合或 SUL 的場景， 切換時(shí)延包括 35us、 140us、210us。由于在上行通道切換過程中網(wǎng)絡(luò)不能進(jìn)行上行數(shù)據(jù)調(diào)度，因此需要終端根據(jù)自身實(shí)現(xiàn)情況將所支持的切換時(shí)延上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)。而在此前的 R15 標(biāo)準(zhǔn)版本中針對上行載波聚合只定義了各載波采用 1Tx 的并發(fā)場景。上行載波聚合輪發(fā)結(jié)合帶間載波聚合幀頭不對齊方案，相比 R15 的上行 CA 上行速率提升可以在50%以上。
Dormant BWP。 為進(jìn)一步縮短輔小區(qū) SCell 激活時(shí)延，載波聚合增強(qiáng)特性在 SCell 激活態(tài)和去激活態(tài)的基礎(chǔ)上引入 SCell 休眠態(tài)（ Scell dormancy）。該功能在一個(gè) SCell 中配置一個(gè)下行休眠 BWP（ dormant BWP）， UE 在下行休眠 BWP 上不監(jiān)測上/下行數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的 PDCCH，但繼續(xù)進(jìn)行 CSI-RS 的測量和結(jié)果上報(bào)；休眠 BWP和非休眠 BWP 之間的切換通過 DCI 信令指示。
Option4（ NE-DC）。 Option4 在 SA（ Option2）基礎(chǔ)上，增加與 4G 雙連接。 5G NR 是主錨點(diǎn)，基站間引入 Xn 接口以支持 4G 與 5G 間控制面與數(shù)據(jù)面?zhèn)鬏敚?4G 僅作為數(shù)據(jù)通道。 在 5G NR 無線覆蓋大于或等于 4G LTE 覆蓋的情況下，由 5G NR 負(fù)責(zé)基礎(chǔ)覆蓋， 4G 作為輔助流量補(bǔ)充。
其他功能點(diǎn)。 CA/DC 增強(qiáng)特性中的空閑態(tài)提早測量（ Early Measurement）和 RRC Resume中保存 SCell 配置信息的功能，可以節(jié)省終端進(jìn)入連接態(tài)之后再進(jìn)行測量配置、執(zhí)行和上報(bào)帶來的時(shí)延。
2020 年下半年，已有三家芯片與多家主設(shè)備完成下行 CA n41 帶內(nèi)連續(xù)和n41(100M)+n79(100M)帶間 CA 的實(shí)驗(yàn)室互通測試以及多個(gè)城市的外場性能驗(yàn)證。基于 R16 的上/下行載波聚合預(yù)計(jì) 2021 年 Q3 開始相關(guān)測試。
3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)完成了基于NR信號進(jìn)行高精度UE定位的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本，引入了上/下行定位參考信號及 RAT 定位方法，包括： DL-TDOA、 DL-AoD、UL-TDOA、 UL-AoA、 Multi-RTT、 NR E-CID。 5G NR 具備更大帶寬的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合多天線技術(shù)，使得 5G NR 系統(tǒng)相比于 LTE 具備更豐富的定位手段，為滿足高精度位置服務(wù)需求提供了保障。 基于 5G NR 無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)提供高精度 UE定位服務(wù)， 可以為普通用戶和垂直行業(yè)提供統(tǒng)一的更具規(guī)模的增益業(yè)務(wù)服務(wù)。
定位技術(shù)。 終端需支持上行定位參考信號 SRS for positioning 相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)配置及發(fā)送，以滿足 5G 定位技術(shù)（ 例如， UL-TDOA 等）的測量需求。
推薦終端支持下行定位參考信號 PRS， 以及 Mutil-RTT、 DL-TDOA 等 5G 定位技術(shù)相關(guān)的信號測量和測量結(jié)果上報(bào)。
協(xié)議流程。 終端需要支持 LPP 協(xié)議和 SUPL 協(xié)議，用于支持 3GPP 定義的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和本地側(cè)定位方案中輔助定位信息的發(fā)送以及終端測量量的上報(bào)。
目前，已有芯片廠家與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廠家開始 5G NR 定位技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室 IoDT 互通測試， 預(yù)計(jì)外場測試將于 2021 年 Q2 開始。
高頻段信號路徑損耗更高，其上行受限短板明顯，上/下行覆蓋的差距明顯，導(dǎo)致運(yùn)營商建網(wǎng)成本較高；并且高頻段室內(nèi)深度覆蓋能力較弱，室內(nèi)上行業(yè)務(wù)速率較低，影響用戶體驗(yàn)。
PC1.5（ +29 dBm）。 由于 5G 頻段普遍較高，為了進(jìn)一步改善上行覆蓋情況，在 n41 頻段下，引入 PC1.5 終端，總發(fā)射功率為+29 dBm，誤差 2/-3 dB，相比 PC2 提高 3dB。 由于目前網(wǎng)絡(luò)部署需求還不明確，且對終端射頻器件要求及功耗存在較大挑戰(zhàn)，芯片可根據(jù)后續(xù)需求考慮支持該功能。
EN-DC 高功率（ PC2）。 為了改善 5G 鏈路上/下行覆蓋的差距， R16 針對 EN-DC（ 1 LTE TDD band +1 NR TDD band/1 LTE FDD band + 1 NR TDD band） 引入 Power Class 2，即終端支持高功率發(fā)射，如下圖所示。使用高功率終端后可有效提升上行業(yè)務(wù)覆蓋半徑約 2dB，且能顯著改善室內(nèi)等弱覆蓋場景下的上行速率，以及 VoLTE、 VoNR 語音質(zhì)量，顯著降低弱覆蓋下的單比特耗電量。 PC2 EN-DC 終端能夠支+26dBm總發(fā)射功率。
EN-DC 終端高功率示意圖
目前我公司的 EN-DC TDD-TDD 和 EN-DC FDD-TDD 的主要頻段均已在RAN4 及 RAN5 完成指標(biāo)定義及測試標(biāo)準(zhǔn)定義，并且已經(jīng)基本完成相關(guān)儀器測試?yán)_發(fā)，預(yù)計(jì) 2021 年 Q2 可以開展測試。
針對 UE 能力上報(bào)在某些場景下可能超過 RRC 消息上限的問題，例如引入載波聚合后的 UE 能力消息過長， 3GPP R16 引入 UE 能力上報(bào)優(yōu)化機(jī)制，當(dāng) UE能力消息超過 9KB 時(shí)，終端可拆分成多個(gè)獨(dú)立的短 RRC 消息進(jìn)行發(fā)送。
目前， 垂直行業(yè) URLLC 業(yè)務(wù)主要存在兩大類型，小包控制類 URLLC 業(yè)務(wù)和大上行視頻類 URLLC 業(yè)務(wù)。小包控制類業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量較小，但對時(shí)延、可靠性要求較高；視頻類業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量較大，同時(shí)下行控制信令對時(shí)延、可靠性要求較高。因此，現(xiàn)有垂直行業(yè)應(yīng)用對低時(shí)延高可靠和高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)場景均有需求。
當(dāng)前， 5G 基帶芯片價(jià)格高是導(dǎo)致 5G 模組產(chǎn)品售價(jià)較高的重要因素之一。為了推動(dòng) 5G 模組在垂直行業(yè)的廣泛普及和應(yīng)用，迫切需要實(shí)現(xiàn)基帶芯片的低成本化，需要思考如何針對行業(yè)需求引入至簡功能、采用至高性價(jià)比工藝。從URLLC/IIoT 特性芯片產(chǎn)品的市場需求量和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)角度來看，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期芯片廠家可能采用 eMBB 和 URLLC 芯片共硬件平臺的設(shè)計(jì)方案，借助市場規(guī)模效應(yīng)降低成本、提高產(chǎn)品的綜合競爭力。而隨著垂直行業(yè)市場規(guī)模逐步擴(kuò)大、業(yè)務(wù)需求不斷細(xì)化，針對不同行業(yè)客戶需求推出針對性更強(qiáng)的、定制化的 URLLC芯片產(chǎn)品，將有助于進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，使面向行業(yè)終端的芯片產(chǎn)品更具競爭優(yōu)勢。
垂直行業(yè)很多應(yīng)用場景，例如智能電網(wǎng)、 AR/VR、智能無人機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化，都對時(shí)延和可靠性提出了極高的性能要求。 R15 標(biāo)準(zhǔn)以使能 1ms 空口時(shí)延和99.999%可靠性為目標(biāo)，R16 標(biāo)準(zhǔn)更是以 0.5ms~1ms 空口時(shí)延和 99.9999%可靠性為目標(biāo)進(jìn)行增強(qiáng)， 引入多種 URLLC/IIoT 技術(shù)，通過不同技術(shù)的組合， 可以靈活滿足不同場景的性能要求。
短時(shí)隙調(diào)度（ Mini-slot）。 NR 系統(tǒng)除支持 Mapping typeA（ 14 個(gè)符號）調(diào)度之外，還支持了 MappingtypeB，即調(diào)度顆粒度縮短至符號級（ 2/4/7 個(gè)符號）， mini-slot 可以開始于 slot內(nèi)的任意一個(gè)符號。 采用更小的時(shí)間調(diào)度粒度， 可以縮短傳輸時(shí)延。
PDCCH 監(jiān)聽能力。 NR 系統(tǒng)通過提升設(shè)備能力，支持在一個(gè) slot 的多個(gè)監(jiān)聽時(shí)刻接收 PDCCH、檢測DCI。此外，NR系統(tǒng)也支持在一個(gè)slot中接收多個(gè)單播的PDSCH或PUSCH。
mini-slot 調(diào)度示意圖
增強(qiáng)的設(shè)備處理能力（ Capability2）。 NR 系統(tǒng)通過提高設(shè)備處理能力， 將設(shè)備的處理時(shí)延（ PDSCH 處理時(shí)延 N1與 PUSCH 準(zhǔn)備時(shí)延 N2） 降低到符號級別， 從而縮短用戶面時(shí)延。 這種增強(qiáng)的設(shè)備處理能力被稱為 Capability2，而基礎(chǔ)的終端能力被稱為 Capability1，如下表所示。 以 30kHz 子載波為例， PDSCH 解碼時(shí)延從 10 個(gè)符號降為 4.5 個(gè)符號、PUSCH 編碼時(shí)延從 12 個(gè)符號降到 5.5 個(gè)符號。
增強(qiáng)的設(shè)備處理能力
上行免調(diào)度傳輸（ UL grant-free）。 基站預(yù)先為用戶配置周期性的可用資源，用戶有上行數(shù)據(jù)包達(dá)到時(shí)直接在配置的資源上進(jìn)行傳輸， 從而減少上行資源請求時(shí)延。 NR R15 在每個(gè)帶寬部分BWP 中可以激活一個(gè)免調(diào)度配置； R16 進(jìn)一步增強(qiáng)，支持同一個(gè) BWP 激活多個(gè)免調(diào)度配置，有效降低時(shí)延并提升可靠性。
低碼率 MCS/CQI 表格。 NR 設(shè)計(jì)之初的 CQI/MCS 表格主要用于滿足 eMBB 業(yè)務(wù)的需求， 實(shí)現(xiàn) 10%BLER。而為了滿足 URLLC 業(yè)務(wù)的高可靠需求，NR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了低碼率 CQI/MCS表格， 用于提升數(shù)據(jù)信道傳輸可靠性。
重復(fù)傳輸（ PUSCH/PDSCH repetition）。 為滿足 URLLC 業(yè)務(wù) 99.999%甚至 99.9999%的可靠性目標(biāo)，重復(fù)傳輸是其中一種重要手段。 重復(fù)傳輸通過為數(shù)據(jù)包分配更多的傳輸資源， 降低碼率， 從而提高可靠性。 NR R15 對 PUSCH 和 PDSCH 支持了 Slot 級別的重復(fù)傳輸，最大重復(fù)次數(shù)為 8 次，每次傳輸可使用不同的冗余版本，以提高軟合并的性能。
PDCP 冗余傳輸（ PDCP Duplication）。 基于 CA 和 DC 場景， NR 系統(tǒng)通過 PDCP 冗余傳輸方式提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性，例如 NR R15 支持 2 條冗余鏈路， 對應(yīng)到 2 個(gè) RLC 實(shí)體， 提高空口傳輸?shù)目煽啃裕?NR R16 則進(jìn)一步增強(qiáng)為最多 4 條冗余鏈路。
控制信道增強(qiáng)。 為了提高控制信道的可靠性， PDCCH 可采用更大的聚合等級（ 如支持聚合等級 16）、 PUCCH 可支持長格式（如 Format1），通過更多的資源傳輸控制信息，從而提升可靠性。
URLLC 資源搶占。在 5G 應(yīng)用中，存在不同業(yè)務(wù)終端共存在同一網(wǎng)絡(luò)中的場景，如 eMBB UE和 URLLC UE 在同一基站覆蓋范圍下。 若基站在某個(gè) slot 調(diào)度了 eMBB 傳輸，而隨之 URLLC 業(yè)務(wù)到達(dá)，為了保證其時(shí)延需求，需要在同一個(gè) slot 調(diào)度 URLLC傳輸，需要避免 eMBB 業(yè)務(wù)對 URLLC 的干擾，保證 URLLC 數(shù)據(jù)可靠性。
NR R16引入上行取消指示（ ULCI， Uplink Cancelation Indication）， 基站發(fā)送 PDCCH 通知 eMBB 終端取消其上行傳輸，避免對 URLLC 上行業(yè)務(wù)干擾，減少 URLLC 業(yè)務(wù)時(shí)延并保障可靠性。
上行取消指示示意圖
5G LAN。從 2G 到 4G，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的是統(tǒng)一的接入和一致的終端管理。 5G 時(shí)代到來，行業(yè)客戶希望 5G 網(wǎng)絡(luò)在提供大連接、高帶寬、低時(shí)延的同時(shí)，也能像自建的局域網(wǎng)那樣，自己實(shí)現(xiàn)對終端的靈活管理。例如行業(yè)客戶指定終端的 IP 地址、要求終端只能與特定的終端通信、授權(quán)終端屬于特定群組并動(dòng)態(tài)加入和刪除等。 5G LAN 技術(shù)的出現(xiàn)，正是為了滿足行業(yè)客戶這一訴求。
5G LAN 技術(shù)首次在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中引入終端組管理的概念，支持組內(nèi)終端直接通信。 5G LAN 通過為用戶簽約 5G VN 組（ Virtual Network），支持組內(nèi)用戶間多種類型的路由和點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，為企業(yè)構(gòu)建可靈活互通和便捷管理的私有專網(wǎng)，可滿足數(shù)據(jù)不出廠、低時(shí)延等需求。 5G LAN 同時(shí)支持層三 IP 會(huì)話和層二以太網(wǎng)（ Ethernet）會(huì)話兩種數(shù)據(jù)類型，更好的支持各類行業(yè)應(yīng)用。終端側(cè)需要支持基于層三 IP 會(huì)話和層二以太網(wǎng)會(huì)話的 5G LAN 功能。
5G 系統(tǒng)引入的靈活幀結(jié)構(gòu)配置，也為滿足低時(shí)延或高速率場景需求提供了可能。 其中，在行業(yè)網(wǎng)應(yīng)用中部署需求高的幀結(jié)構(gòu)，包括：
2.5ms 單周期幀結(jié)構(gòu)（ 3U1D1S）。 在垂直行業(yè)的典型業(yè)務(wù)中，有一類是大上行視頻類的 URLLC 業(yè)務(wù)，典型場景有遠(yuǎn)程控制、智慧醫(yī)療中的遠(yuǎn)程手術(shù)等。該類業(yè)務(wù)主要特點(diǎn)是上行數(shù)據(jù)包較大，對上行峰值速率、容量邊緣都有較高要求。 NR 網(wǎng)絡(luò)靈活的幀結(jié)構(gòu)配置，可以按行業(yè)用戶需求采用上行時(shí)隙配比更多的幀結(jié)構(gòu)。
以 30kHz 子載波間隔為例， 2.5ms 單周期 3U1D1S 幀結(jié)構(gòu)， 10 個(gè) slot 典型配置為： DSUUUDSUUU，其中 S 符號級為 DDDDDDDDDDGGUU。 與典型的公網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)相比，可顯著提升網(wǎng)絡(luò)的上行傳輸速率和上行容量， 現(xiàn)網(wǎng)中實(shí)測的單載波上行峰值接近 750Mbps（上行 2 流、 256QAM 調(diào)制方式）。
1ms 單周期幀結(jié)構(gòu)。為降低 TDD 系統(tǒng)上下行轉(zhuǎn)換周期較長對時(shí)延的影響， NR 可支持靈活的幀結(jié)構(gòu)配置，降低反饋時(shí)延。例如， 一種典型的 1ms 周期的幀結(jié)構(gòu)配置為： DS，其中 S 符號級為 GGUUUUUUUUUUUU，如下圖。 為更好的適應(yīng)垂直行業(yè)業(yè)務(wù)需求，推薦芯片支持上/下行符號占比靈活可配。
1ms 周期幀結(jié)構(gòu)示意圖
目前， 5G 主流芯片均已支持 2.5ms 單周期（ 3U1D） 幀結(jié)構(gòu)并在 2020 年下半年完成實(shí)驗(yàn)室互通和外場測試。 1ms 單周期幀結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)于 2021 年 Q4 開始相關(guān)驗(yàn)證。
5G 作為先進(jìn)的通信技術(shù)手段，以其大帶寬、低時(shí)延、高可靠、高連接、泛在網(wǎng)等諸多優(yōu)勢，在 5G 行業(yè)網(wǎng)發(fā)揮重要作用。針對不同的行業(yè)用戶，需要結(jié)合具體的業(yè)務(wù)場景和業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)行業(yè)網(wǎng)的高可靠服務(wù)，差異化配置、隔離性服務(wù)等能力。
從客戶的需求來看，行業(yè)客戶普遍需要能夠?qū)λ褂玫木W(wǎng)絡(luò)保持封閉的，隔離的網(wǎng)絡(luò)需求，因此為了滿足這樣的行業(yè)客戶需求， 3GPP 在 R16 版本設(shè)計(jì)了NPN（ Non-public network）來為滿足行業(yè)客戶的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離封閉式管理的需求， 分為公眾網(wǎng)集成 NPN、獨(dú)立專網(wǎng) NPN 兩種架構(gòu)。
在公網(wǎng)模式下，劃分出企業(yè)專屬無線覆蓋區(qū)， 無線網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有廣播 PLMN ID的基礎(chǔ)上，新增 CAG 的標(biāo)識；整個(gè)網(wǎng)絡(luò)基于 CAG 將無線覆蓋劃分成若干個(gè)獨(dú)立區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)基于 CAG 進(jìn)行不同終端在不同園區(qū)的準(zhǔn)入管控。 對于園區(qū)網(wǎng)絡(luò)即需保證園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的封閉性，又需滿足園區(qū)員工的普通手機(jī)（ 2B2C）終端的可接入性，適用于局域或者廣域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。 R16 版本終端芯片支持 CAG 功能，讀取小區(qū)廣播的 CAG ID 信息，在 CAG 許可的情況下，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入；此外，終端支持通過預(yù)先配置或網(wǎng)絡(luò)配置方式獲得并保存更新 CAG 信息。
公眾網(wǎng)集成 NPN 示意圖
獨(dú)立專網(wǎng) NPN（ SNPN， Standalone NPN）。 SNPN 通過為行業(yè)用戶建立獨(dú)立 5GC 專用核心網(wǎng)，并通過無線網(wǎng)廣播專用網(wǎng)絡(luò) ID 來進(jìn)行終端接入控制。 適用場景： 1）對于某些特定行業(yè)等迫切要求端到端網(wǎng)絡(luò)均需自行管理的行業(yè)客戶，可考慮部署； 2）作為應(yīng)對于非授權(quán)頻段開放后的企業(yè)專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案。 R16 版本終端芯片推薦支持 SNPN 功能。
獨(dú)立專網(wǎng) NPN 示意圖
二次認(rèn)證鑒權(quán)指用戶需要訪問業(yè)務(wù)建立會(huì)話時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)向業(yè)務(wù) AAA 發(fā)送二次鑒權(quán)請求或根據(jù)業(yè)務(wù) AAA 的授權(quán)信息，以決定是否允許該會(huì)話建立。二次鑒權(quán)主要應(yīng)用在企業(yè)客戶自有鑒權(quán)服務(wù)器和鑒權(quán)系統(tǒng)，需對訪問的企業(yè)業(yè)務(wù)的用戶再次鑒權(quán)或授權(quán)的場景。
基于 PAP/CHAP 以及 EAP 的二次認(rèn)證鑒權(quán)的算法及流程。 終端在 PDU 會(huì)話建立階段，可以根據(jù)設(shè)置來觸發(fā)與業(yè)務(wù)側(cè)平臺之間的基于PAP/CHAP 以及 EAP 算法的二次雙向認(rèn)證（包括二次認(rèn)證重認(rèn)證、 二次認(rèn)證撤銷等）；二次認(rèn)證由位于外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證服務(wù)器執(zhí)行， 并由 5G 網(wǎng)絡(luò)承載和傳遞認(rèn)證消息；終端根據(jù)認(rèn)證結(jié)果控制決定是否建立接入該外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的PDU 會(huì)話。
垂直行業(yè) URLLC 業(yè)務(wù)對時(shí)延的要求較高， 基于核心網(wǎng) QoS 監(jiān)控（ QoSmonitoring）需求，為了監(jiān)控用戶面數(shù)據(jù)時(shí)延，終端需支持網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)測量 UL PDCPPacket Average Delay by UE 的配置、 測量及結(jié)果上報(bào)，用于獲取高層數(shù)據(jù)包到達(dá)PDCP 層到終端得到傳輸該數(shù)據(jù)包 UL grant 的時(shí)延。
行業(yè)類終端的切片特性基本上與消費(fèi)類終端中的特性需求相同，主要包括：NSSAI 配置與標(biāo)識攜帶傳遞、業(yè)務(wù)特征 TD 的獲取和傳遞、 TD 與 NSSAI 的綁定和關(guān)聯(lián)、 URSP 配置與動(dòng)態(tài)更新、多類型多切片并發(fā)等。
行業(yè)類終端支持終端節(jié)電特性， 有助于終端性能優(yōu)化和用戶體驗(yàn)提升。 相關(guān)特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
考慮到行業(yè)終端同樣存在語音業(yè)務(wù)需求，因此芯片同樣需要支持 VoNR 的語音解決方案，相關(guān)特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
行業(yè)類終端與消費(fèi)類終端相同，需要借助 MIMO 增強(qiáng)特性用于提升傳輸速率，提升邊緣覆蓋，減少信號開銷和提升鏈路可靠性。 相關(guān)特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
在垂直行業(yè)應(yīng)用中同樣存在大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)需求，除靈活幀結(jié)構(gòu)外，還可以通過上/下行載波聚合和 SUL 特性進(jìn)行傳輸速率的進(jìn)一步增強(qiáng)，相關(guān)特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
垂直行業(yè)中廣泛存在的資產(chǎn)、 人員、 車輛管理， 人流量監(jiān)控， 導(dǎo)航服務(wù)等多樣化業(yè)務(wù)場景， 對定位特性需求迫切， 針對不同場景的具體需求不同所適用的定位解決方案存在差異。但對于行業(yè)終端芯片來說，需要支持的 5G 定位技術(shù)和協(xié)議流程與消費(fèi)類終端一致。
行業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署可以通過終端高功率有效提升上行業(yè)務(wù)覆蓋半徑、改善數(shù)據(jù)傳輸速率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)部署成本。行業(yè)終端支持高功率的特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
行業(yè)終端支持載波聚合等功能也可能會(huì)出現(xiàn) UE 能力消息過長的情況， 終端能力上報(bào)增強(qiáng)的特性需求與消費(fèi)類終端基本相同。
智東西認(rèn)為，5G芯片是 5G 走向大規(guī)模商用的核心組件，分為消費(fèi)類（Toc）和行業(yè)類（ToB）兩大類型， 消費(fèi)類終端芯片方面，終端切片、 NR SON/MDT、 基于 CSI-RS 的 RRM層三測量、 5G 定位技術(shù)等特性網(wǎng)絡(luò)部署需求強(qiáng)烈。 在行業(yè)終端芯片方面， URLLC/IIoT 中的 mini-slot、 Capability2、 重復(fù)傳輸、 PDCP 重復(fù)以及 NPN/CAG 等特性對保障行業(yè)類終端性能和行業(yè)網(wǎng)部署至關(guān)重要。而隨著各種業(yè)務(wù)需求的進(jìn)一步提高以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對5G芯片的需求也在不斷提高，未來對于芯片的新玩家來說也不是沒有切入機(jī)會(huì)。
來源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）轉(zhuǎn)載自公眾號北極雄芯，作者：馬愷聲，謝謝。
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