1.2.3 5G標準化與發展趨勢

5G相關標準主要由ITU-R和3GPP協同制定和發布。ITU-R是ITU分屬的無線電通信部門，它的職責是確保衛星業務等所有無線通信業務合理、平等、有效及經濟地使用無線頻譜，不受頻率范圍限制地開展研究。它是專門負責制定無線電通信相關國際標準的組織。ITU-R自身不制定詳細的技術規范，它通過和各個區域性或國際性標準化組織（例如3GPP）合作制定滿足IMT技術要求的標準。3GPP由來自北美、歐洲和亞洲的7個標準化組織在1998年聯合成立，成員分別包括歐洲的ETSI、美國的ATIS、日本的TTC和ARIB、韓國的TTA、印度的TSDSI和中國的CCSA。3GPP制定的標準規范以Release-X作為版本進行管理，平均一到兩年會完成一個大版本的制定。

ITU在2015年9月發布了ITU-R M.2083《IMT愿景-2020年及之后IMT未來發展的框架和總體目標》建議書[6]，該建議書論述了潛在用戶和應用發展趨勢、流量增長、技術發展趨勢和頻譜作用，并且界定了2020年及之后IMT的未來發展框架和總體目標。2015年10月，ITU-R正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020”。ITU-R還根據該建議書和之前其他的研究成果繼續為IMT-2020系統定義需求、設計評估方法，這項工作于2017年年中完成。在2017年10月舉行了關于IMT-2020的研討會之后，IMT-2020正式開始接收候選建議。各國和國際組織可以向ITU提交候選技術。ITU-R在2018年開始對候選技術進行評估。2020年7月，ITU-R國際移動通信工作組（WP5D）在第35次會議上確定3GPP系標準成為被ITU認可的5G標準。2021年2月，ITU正式發布了5G NR國際標準《IMT-2020空口的詳細規范》。

3GPP在2016年3月RAN#71次全會開啟了5G NR的標準化工作。從上述時間點開始到2017年年初，3GPP依托于5G NR Rel-14研究項目（SI），主要開展5G系統框架和關鍵技術的研究。2017年年初，3GPP新成立了5G NR工作項目（WI），在該工作項目下繼續開展5G第1階段標準化的研究工作，于2017年年底完成了Rel-15非獨立組網（NSA）的標準化工作，于2018年年中完成了Rel-15獨立組網（SA）的標準化工作。2019年3月完成支持LTE-NR及NR-NR雙連接的標準化工作。至此，3GPP完成了5G第1階段的主要工作，并發布了5G Rel-15標準。5G Rel-15只針對eMBB場景進行了標準化，構建了NR的系統框架，并且規范了一些基本關鍵技術，包括波形、信道編碼、信道與信號、功率控制、接入和傳輸過程等。

5G第2階段的主要工作，即Rel-16的標準化從2018年中后期開始，它是5G NR的第1個演進版本。2019年年底RAN1工作基本完成，隨后3GPP發布了5G Rel-16標準。5G Rel-16標準除了在NR引入非授權頻譜接入（位于FR1頻段）特性外，還支持URLLC場景，并且涵蓋了MIMO增強、節能、兩步RACH、車聯網、大氣波導干擾/跨鏈路干擾管理、接入回傳一體化（IAB）和定位等特性。2020年7月，3GPP宣布5G標準的第二版規范Rel-16凍結。

5G第3階段包括Rel-17及之后演進版本，目前已將支持的頻段從52.6GHz以下拓展到52.6～71GHz，該頻段不僅包括授權頻譜，還包括非授權頻譜，可利用的頻譜資源更多、帶寬更大。Rel-17是對5G NR的進一步演進，除了進一步增強eMBB場景（如MIMO、節能、接入回傳一體化等）外，還對URLLC、IIoT及其他垂直行業進行了標準化，包括高頻非授權頻譜通信、IIoT/URLLC、非地面網絡（NTN）、定位增強、多播廣播、車聯網/直連鏈路及輕量級RedCap終端。3GPP原計劃從2020年年初第一次工作組（WG）會議開始在RAN1討論Rel-17相關議題[7,8]，但是由于疫情影響，3GPP取消了面對面的線下會議，改成通過郵件和電話討論的線上電子會議，并且對Rel-17的討論進行了延期。2021年12月，3GPP在RAN1的Rel-17標準化工作基本完成，2022年6月3GPP凍結了5G標準的第三版規范Rel-17（ASN.1）。從2022年下半年開始，3GPP各個子組逐步恢復線下會議。

圖1-6展示了ITU和3GPP關于5G研究和標準化的主要歷程。

3GPP在2021年4月27日的第46次PCG（項目合作組）在線會議上正式將5G演進的名稱確定為5G-Advanced（5G-A）。5G-A將大幅提升eMBB性能，普及擴展現實（XR）等沉浸式新業務，滿足行業大規模數字化，并最終實現萬物智聯的5G愿景。5G-A將為5G面向2025年后的發展定義新的目標和新的能力，通過全面演進和增強，使5G產生更大的社會價值和經濟價值。

5G-A從5G標準的第3個演進版本Rel-18開始。Rel-18眾多課題在2021年12月的RAN#94次全會上立項成功[9]，除了在MIMO、節能、定位、覆蓋增強、直連鏈路通信、非地面網絡和輕量級RedCap終端等方向繼續演進和增強外，還會將5G標準化進一步延伸到人工智能/機器學習、全雙工、擴展現實（包括虛擬現實、增強現實和混合現實）、無人機、智能中繼等課題中。Rel-18標準化從2022年第二季度開始，預計將持續18個月。Rel-18初步研究計劃如圖1-7所示[10]。

我們可以基于5G NR已經完成的前3個版本（Rel-15、Rel-16、Rel-17）來展望未來5G-A和6G標準化的發展趨勢。

首先，從3G、4G到5G,3GPP對MIMO技術的研究和標準化幾乎從未中斷。基于超大規模MIMO天線技術仍將是未來5G-A和6G標準化的重點之一，3GPP仍將不斷深耕；除此之外，3GPP對IIoT和垂直行業的標準化會更加關注，包括窄帶物聯、車聯網、機器類通信及URLLC相關業務等；作為傳統蜂窩網絡的補充，非地面網絡、無人機、海洋通信、智能中繼/智能反射表面將進一步豐富未來網絡的異構性，充分實現無縫覆蓋和深度覆蓋；通信和感知的一體化、人工智能（AI）與無線通信的深度融合將在業務和技術兩個層面驅使3GPP標準由5G向6G演進；另外，面向5G-A和6G,3GPP標準化的目標頻段會越來越高，從Rel-15、Rel-16最高支持52.6GHz，到Rel-17最高支持71GHz。可以預料，未來5G-A和6G支持的頻段勢必要高于71GHz，甚至超過100GHz，乃至觸及太赫茲和可見光頻段；同時，在更高頻段采用非授權頻譜或共享頻譜接入仍將是蜂窩網絡的重要接入方式之一；由于5G支持的頻段越來越高，3GPP對于高頻段的移動性、覆蓋和功耗等也會越來越關注，這些方面也將是3GPP未來標準化的重點方向。