第12章其他5G新技術(shù)和新應(yīng)用5G通信技術(shù)止于至善前言止于至善25G系統(tǒng)經(jīng)過(guò)演進(jìn)，應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景也逐漸拓寬，包括新空口非地面網(wǎng)絡(luò)（NRNTN）、物聯(lián)網(wǎng)非地面網(wǎng)絡(luò)（IoTNTN）、5G終端定位、5G輕量化（RedCap）終端、多播廣播業(yè)務(wù)（MBS）、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等。學(xué)習(xí)目標(biāo)止于至善3了解NR-NTN及IoT-NTN兩種NTN的概念及服務(wù)場(chǎng)景，理解NR-NTN的兩種負(fù)載模式，理解IoT-NTN的兩種通信方式；掌握5G定位的UE定位步驟以及定位技術(shù)，了解5G定位的兩個(gè)版本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；了解RedCap終端概念，掌握RedCap終端的優(yōu)勢(shì)；了解MBS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，新網(wǎng)元功能，理解兩種MBS傳輸方式；掌握5G與TSN融合方式，理解TSN中的關(guān)鍵時(shí)間同步服務(wù)架構(gòu)。止于至善RedCap終端多播廣播業(yè)務(wù)010303045G終端定位0102非地面網(wǎng)絡(luò)0101時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)0305非地面網(wǎng)絡(luò)止于至善5非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-TerrestrialNetwork，NTN）：通過(guò)部署非地面基站，協(xié)助現(xiàn)有基站提高通信容量和覆蓋率，保證通信網(wǎng)絡(luò)可用性和服務(wù)連續(xù)性。非地面基站包括：無(wú)人機(jī)、高空平臺(tái)和衛(wèi)星；服務(wù)場(chǎng)景：（1）向地面5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的無(wú)服務(wù)地區(qū)及服務(wù)欠缺的地區(qū)提供5G服務(wù)。（2）為機(jī)器對(duì)機(jī)器通信/IoT設(shè)備或移動(dòng)環(huán)境中的乘客提供連續(xù)性服務(wù)。（3）當(dāng)?shù)孛婊就Ｖ狗?wù)時(shí)，非地面基站還可以提供次要備份路徑，以保持連接。（4）向網(wǎng)絡(luò)邊緣、用戶(hù)終端提供高效的多播/廣播資源，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。（5）承載移動(dòng)邊緣云功能，為地面終端提供額外的計(jì)算和存儲(chǔ)能力。非地面網(wǎng)絡(luò)–NRNTN止于至善6新空口非地面網(wǎng)絡(luò)（NRNTN）

利用5GNR框架實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與智能手機(jī)等終端之間的直接連接，以提供全球范圍內(nèi)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)。透?jìng)髫?fù)載模式的NTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)透?jìng)髫?fù)載模式：只透明傳輸數(shù)據(jù)。衛(wèi)星是一個(gè)中繼器衛(wèi)星從饋線鏈路到業(yè)務(wù)鏈路采用NR-Uu接口，NTN網(wǎng)關(guān)支持NR-Uu接口NTN網(wǎng)關(guān)是傳輸網(wǎng)絡(luò)層節(jié)點(diǎn)，支持所有必要的傳輸協(xié)議不同的衛(wèi)星可以連接到地面上的同一個(gè)gNodeB非地面網(wǎng)絡(luò)–NRNTN止于至善7再生負(fù)載模式衛(wèi)星擁有全部或部分基站功能。衛(wèi)星可以提供射頻濾波、頻率轉(zhuǎn)換、射頻放大、解調(diào)/解碼、編碼/調(diào)制以及路由等功能。業(yè)務(wù)鏈路采用NR-Uu接口，饋線鏈路采用衛(wèi)星無(wú)線電接口SRI。有效載荷還可能通過(guò)其他衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，衛(wèi)星之間的鏈路稱(chēng)作星際鏈路ISL。再生負(fù)載模式的NTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非地面網(wǎng)絡(luò)–IoTNTN止于至善8物聯(lián)網(wǎng)非地面網(wǎng)絡(luò)（IoTNTN）遵循NRNTN的技術(shù)方法的同時(shí)，根據(jù)IoT設(shè)備及服務(wù)的非連續(xù)覆蓋需求做出相應(yīng)調(diào)整，專(zhuān)注于支持低復(fù)雜度eMTC和NB-IoT終端的衛(wèi)星IoT服務(wù)。間接NTN通信：每個(gè)IoT設(shè)備通過(guò)至少一個(gè)地面IoT網(wǎng)關(guān)與非地面基站通信IoT網(wǎng)關(guān)直接與非地面基站通信對(duì)于地面基站無(wú)法覆蓋的室內(nèi)IoT設(shè)備，需要IoT網(wǎng)關(guān)中繼。對(duì)于分布密集的戶(hù)外IoT設(shè)備，需要IoT網(wǎng)關(guān)中繼來(lái)提高傳輸效率。直接NTN通信：每個(gè)IoT設(shè)備直接與非地面基站通信IoT網(wǎng)關(guān)可以集成在非地面基站中在IoT設(shè)備分布稀疏或快速移動(dòng)的場(chǎng)景中，如果部署地面IoT網(wǎng)關(guān)，會(huì)使IoT設(shè)備的設(shè)施部署成本高，服務(wù)效率低，因此，更適合直接NTN通信。非地面網(wǎng)絡(luò)–IoTNTN止于至善9間接NTN通信：主要應(yīng)用于智能樓宇、自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)、智能裝配等室內(nèi)應(yīng)用，或分布密集的戶(hù)外IoT設(shè)備。直接NTN通信：主要應(yīng)用于智能物流和偏遠(yuǎn)地區(qū)產(chǎn)品的快速交付等IoT設(shè)備分布稀疏或快速移動(dòng)的場(chǎng)景。止于至善RedCap終端多播廣播業(yè)務(wù)010303045G終端定位0102非地面網(wǎng)絡(luò)0101時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)03055G終端定位止于至善115G終端定位是一種通過(guò)測(cè)量5G信號(hào)來(lái)獲取終端位置信息的技術(shù)。5G終端定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)UE定位步驟包括：（1）信號(hào)測(cè)量信號(hào)測(cè)量可以由終端進(jìn)行，也可以由服務(wù)的NG-eNodeB或gNodeB進(jìn)行（2）位置估計(jì)和可選速度計(jì)算。位置估計(jì)計(jì)算可以由UE或位置管理功能（LMF）進(jìn)行，速度計(jì)算可以根據(jù)具體需求由UE、基站或LMF進(jìn)行。信號(hào)測(cè)量位置估計(jì)速度計(jì)算5G終端定位-網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)止于至善12基于RAT的5G終端定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于RAT的5G終端定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（3GPPRel-17版本）AMF接收到位置服務(wù)請(qǐng)求或者AMF主動(dòng)啟動(dòng)位置服務(wù)后，AMF向LMF發(fā)送位置服務(wù)請(qǐng)求。(2)LMF處理位置服務(wù)請(qǐng)求將輔助數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟繕?biāo)UE，用來(lái)估算其位置信息，或者用來(lái)完成基于UE的輔助定位、包含目標(biāo)UE的定位等。(3)

LMF將位置服務(wù)結(jié)果返回給AMF若是由其他實(shí)體請(qǐng)求位置服務(wù)，AMF再將位置服務(wù)結(jié)果返回給該實(shí)體。5G終端定位-網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)13增加sidelink定位技術(shù)的5G終端定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)增加sidelink定位技術(shù)的5G終端定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（3GPPRel-18版本）當(dāng)終端在NG-RAN覆蓋范圍內(nèi)（UEA,UEB）采用基于RAT的5G終端定位當(dāng)終端在NG-RAN覆蓋范圍外（UEC,UED）支持sidelink定位，sidelink技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間通過(guò)NRPC5接口直接交互信息。（1）定位任務(wù)觸發(fā)后LMF判斷是否應(yīng)用sidelink定位技術(shù)對(duì)UE進(jìn)行定位，當(dāng)確定后，LMF會(huì)觸發(fā)目標(biāo)UE執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、選擇任務(wù)，來(lái)選擇定位UE。（2）目標(biāo)UE和定位UE執(zhí)行sidelink定位任務(wù)目標(biāo)UE將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到定位UE，定位UE向LMF報(bào)告測(cè)量結(jié)果，LMF根據(jù)測(cè)量結(jié)果以及定位UE的位置計(jì)算目標(biāo)UE的位置。5G終端定位-定位技術(shù)止于至善14定位技術(shù)3GPPRel-16版本多輪信號(hào)往返時(shí)間（Multi-RoundTripTime，Multi-RTT）到達(dá)時(shí)間差（TimeDifferenceOfArrival，TDOA）到達(dá)角（AngleOfArrival，AOA）離開(kāi)角（AngleOfDeparture，AOD）(2)3GPPRel-17版本低功耗高精度定位（LowPowerHighAccuracyPositioning，LPHAP）3GPP版本精度精度Rel-16室內(nèi)的定位要求：①80%的UE水平定位誤差低于3m②80%的UE垂直定位誤差低于3m室外的定位要求：①80%的UE水平定位誤差低于10m②80%的垂直定位誤差低于3mRel-17商業(yè)用例的定位要求：①90%的UE的水平定位誤差低于1m；②90%的UE的垂直定位誤差低于3m。IoT用例的定位要求：①90%的UE的水平定位誤差低于0.2m；②90%的UE的垂直定位誤差低于1m。5G終端定位-定位技術(shù)止于至善15定位技術(shù)（1）Multi-RTT通過(guò)測(cè)量信號(hào)在多個(gè)基站與UE之間的信號(hào)Rx-Tx時(shí)間差，根據(jù)測(cè)量值計(jì)算Multi-RTT，再利用Multi-RTT值估計(jì)UE自身的位置。包括UE測(cè)算和基站測(cè)算兩種方式。（2）TDOA：根據(jù)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，及電磁波傳播速度獲得終端與基站的距離差，再根據(jù)各基站位置，以基站為焦點(diǎn)，距離差為長(zhǎng)軸作雙曲線，雙曲線的焦點(diǎn)就是終端位置。（3）AOA多個(gè)基站測(cè)量終端的信號(hào)入射角度，根據(jù)基站位置和電磁波入射角度確定終端相對(duì)于基站的方向，通過(guò)多個(gè)方向確定終端位置。（4）AOD通過(guò)測(cè)量信號(hào)從基站發(fā)射時(shí)的離散角度來(lái)確定UE的位置。包括UE測(cè)算和基站測(cè)算兩種方式。止于至善RedCap終端多播廣播業(yè)務(wù)010303045G終端定位0102非地面網(wǎng)絡(luò)0101時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)0305RedCap終端止于至善175G輕量化（ReducedCapability，RedCap）終端：5G輕量化技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)成本和性能的平衡。與NRUE的對(duì)比關(guān)鍵特性FR1FR2成本分析RedCapUENRUERedCapUENRUE帶寬20MHz100MHz100MHz200MHz降低16%～33%天線數(shù)量1T1R/1T2R2T4R1T1R/1T2R2T4R降低26%～46%MIMO層數(shù)1或22或412或4降低11%～17%雙工方式半雙工全雙工半雙工全雙工降低7%最大調(diào)制階數(shù)64QAM256QAM16QAM64QAM降低6%RedCap終端通過(guò)減少帶寬、天線數(shù)量、最大調(diào)制階數(shù)等方式降低了5G終端的成本和功耗。RedCap終端繼承了5G的高可靠、低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、5GLAN等能力，可以滿(mǎn)足IoT行業(yè)多樣化的網(wǎng)絡(luò)需求RedCap終端18不同制式相關(guān)技術(shù)對(duì)比RedCap終端繼承了NR終端的特性，在帶寬、時(shí)延可靠性方面優(yōu)于4G終端。技術(shù)指標(biāo)制式5GNR5GRedcap5GRedcapLTECat4收發(fā)天線2T4R1T2R1T1R1T2R帶寬30MHz20MHz20MHz20MHz速率FDD上行：175Mbit/s下行：350Mbit/s上行：90Mbit/s下行：170Mbit/s上行：90Mbit/s下行：85Mbit/s上行：75Mbit/s下行：150Mbit/sTDD上行：250Mbit/s下行：1.7Gbit/s上行：26Mbit/s下行：105Mbit/s上行：26Mbit/s下行：52Mbit/s上行：15Mbit/s下行：110Mbit/s時(shí)延可靠性1~3ms，支持uRLLC5~20ms，支持uRLLC5~20ms，支持uRLLC>100ms，支持uRLLC功耗-優(yōu)于LTECat4終端優(yōu)于LTECat4終端工作電壓：120~160mA待機(jī)電壓：12~22mA切片支持支持支持不支持5GLANRel-16及以上版本支持支持支持不支持RedCap終端止于至善19RedCap終端的3類(lèi)典型應(yīng)用場(chǎng)景典型應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)延可用性/可靠性電池使用壽命工業(yè)無(wú)線傳感器<2Mbit/s＜100ms；安全相關(guān)傳感器：5～10ms可用性：99.99%幾年視頻監(jiān)控經(jīng)濟(jì)型：2～4Mbit/s高端型：7.5～25Mbit/s＜500ms可靠性99%～99.9%-可穿戴設(shè)備參考速率。下行：5～50Mbit/s。上行：2～5Mbit/s。峰值速率。下行：150Mbit/s上行：50Mbit/s--幾天（1～2周）（1）工業(yè)無(wú)線傳感器無(wú)線傳感器對(duì)帶寬要求不高，但對(duì)時(shí)延、可靠性、功耗要求高（2）視頻監(jiān)控為視頻監(jiān)控提供高速、低成本的回傳能力，用來(lái)監(jiān)控、管理資源或風(fēng)險(xiǎn)事件，及時(shí)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率（3）可穿戴設(shè)備對(duì)設(shè)備的續(xù)航能力和移動(dòng)性要求高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力及連續(xù)性要求高。止于至善RedCap終端多播廣播業(yè)務(wù)010303045G終端定位0102非地面網(wǎng)絡(luò)0101時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)0305多播廣播業(yè)務(wù)止于至善21多播廣播業(yè)務(wù)（MulticastBroadcastServices，MBS）：一種點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù)，數(shù)據(jù)從單個(gè)發(fā)送方傳輸?shù)蕉鄠€(gè)接收方，可以實(shí)現(xiàn)向多個(gè)移動(dòng)終端分發(fā)/傳輸相同的數(shù)據(jù)內(nèi)容，能有效利用空口資源，給用戶(hù)帶來(lái)流暢的視頻播放體驗(yàn)。5GMBS架構(gòu)5GMBS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：5GMBS遵循5G系統(tǒng)架構(gòu)，引入新網(wǎng)元，在控制面內(nèi)使用MBS接口，使MBS數(shù)據(jù)能夠從5G系統(tǒng)入口分發(fā)到NG-RAN節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多播廣播流程控制。多播廣播業(yè)務(wù)止于至善22（1）多播/廣播會(huì)話管理功能（MB-SMF）MB-SMF是控制面網(wǎng)元，支持MBS會(huì)話管理。對(duì)于廣播MBS會(huì)話，MB-SMF可以使用5GC共享方法進(jìn)行廣播數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于多播MBS會(huì)話，MB-SMF可以使用5GC獨(dú)立傳輸方式進(jìn)行多播數(shù)據(jù)傳輸。（2）多播/廣播用戶(hù)面功能（MB-UPF）MB-UPF是用戶(hù)面網(wǎng)元，與MB-SMF交互，負(fù)責(zé)接收多播和廣播數(shù)據(jù)，處理多播流和廣播流下行入方向的報(bào)文。5GMBS網(wǎng)絡(luò)中新增網(wǎng)元（3）多播/廣播服務(wù)功能（MBSF）MBSF是控制面網(wǎng)元，可以與AF和MB-SMF交互，選擇提供MBS會(huì)話的MB-SMF，進(jìn)行MBS會(huì)話操作，確定傳輸參數(shù)和傳輸會(huì)話。（4）多播/廣播服務(wù)傳輸功能（MBSTF）MBSTF是用戶(hù)面網(wǎng)元，負(fù)責(zé)多播/廣播IP數(shù)據(jù)包傳輸，支持文件轉(zhuǎn)換為媒體MBS數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)包FEC編碼。多播廣播業(yè)務(wù)止于至善23MBS傳輸方式MBS傳輸方式（1）5GC獨(dú)立MBS流傳輸只適用于多播MBS會(huì)話。由MB-UPF發(fā)送數(shù)據(jù)到UPF，UPF通過(guò)每個(gè)PDU會(huì)話將這些MBS數(shù)據(jù)包單獨(dú)發(fā)送到各個(gè)UE。（2）5GC共享MBS流傳輸適用于廣播MBS會(huì)話和多播MBS會(huì)話。5GC通過(guò)在MB-UPF與NG-RAN之間直接建立共享傳輸通道，將MBS流發(fā)送到NG-RAN，然后NG-RAN通過(guò)PTP方式或PTM方式將MBS流發(fā)送到UE。PTP方式：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，單個(gè)MBS流獨(dú)立發(fā)送到各個(gè)終端。PTM方式：點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，單個(gè)MBS流發(fā)送到多個(gè)終端。多播廣播業(yè)務(wù)止于至善24MBS在其他方面改進(jìn)（1）調(diào)度方式從單獨(dú)針對(duì)一個(gè)用戶(hù)的調(diào)度方式，改成針對(duì)一個(gè)用戶(hù)組的調(diào)度方式。（2）HARQ反饋模式MBS支持兩種HARQ-ACK反饋模式，可以進(jìn)一步提高組調(diào)度效率。UE正確解碼TB后，返回HARQ-ACK信息，若UE沒(méi)有正確接收到TB，則返回HARQ-NACK信息。UE只會(huì)在沒(méi)有正確接收到TB時(shí)，返回HARQ-NACK信息。（3）PTP與PTM動(dòng)態(tài)切換NG-RAN也可以使用PTP與PTM的組合方式向終端發(fā)送MBS數(shù)據(jù)包。PTP與PTM可以根據(jù)當(dāng)前NG-RAN下的終端數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換，這使得5GMBS系統(tǒng)更可靠、更高效。止于至善RedCap終端多播廣播業(yè)務(wù)010303045G終端定位0102非地面網(wǎng)絡(luò)0101時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)0305時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)止于至善26時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-SensitiveNetworking，TSN）：5G與TSN技術(shù)結(jié)合，在無(wú)線領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低時(shí)延、低抖動(dòng)、高可靠的網(wǎng)絡(luò)。以太TSN的技術(shù)特性TSN通過(guò)精準(zhǔn)的時(shí)間同步、確定性流量調(diào)度等關(guān)鍵特性可以實(shí)現(xiàn)10μs級(jí)周期傳輸TSN技術(shù)遵循開(kāi)放性以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以兼容不同廠商的設(shè)備，具有較好的互通能力。5G與TSN技術(shù)的融合方式（1）TSNOver5GuRLLC將TSN中的數(shù)據(jù)映射成5G業(yè)務(wù)，經(jīng)過(guò)5G封裝，基于5GuRLLC技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的TSN。（2）5G承載網(wǎng)over5G承載網(wǎng)中前傳網(wǎng)的eCPRI接口與TSN對(duì)接。（3）系統(tǒng)作為T(mén)SN系統(tǒng)網(wǎng)橋5G系統(tǒng)充當(dāng)TSN網(wǎng)橋連接兩端TSN系統(tǒng)，中間邏輯橋支持TSN系統(tǒng)與5G系統(tǒng)之間在用戶(hù)面和控制面進(jìn)行報(bào)文交互。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)止于至善275G與TSN融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G與TSN融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)用戶(hù)面增加了兩個(gè)轉(zhuǎn)換器U