7月3日，3GPP宣佈完成5G標準第二版規範R16。
那R16究竟講了些什麼？
考慮向垂直行業擴展是R16的重頭戲，本文將R16主要功能分為“向垂直行業擴展”和“功能增強”兩大類進行介紹。
向垂直行業擴展
5G+TSN
為了擴大潛在的工業互聯網用例，比如工廠自動化、電網配電自動化等，R16支持5G與TSN（Time Sensitive Networking，時間敏感網絡）集成。
什麼是TSN？
傳統以太網技術只能實現“盡力而為”的通信，無法滿足工業製造應用的高可靠、低時延需求，因此，面向工業自動化需將傳統“盡力而為”的以太網升級為可提供“確定性”服務。
同時，現有的工業協議眾多，彼此孤立，各種協議使用不同的“語言”，一方面給實時通信帶來了難度，另一方面難以實現統一集成，增加了維護和運營成本。
在這樣的背景下，TSN應運而生，它由IEEE定義標準，可基於標準以太網技術提供確定性服務，並提供標準化統一的、經濟的解決方案。
5G+TSN，即5G系統與TSN網絡集成，基於5G uRLLC的低時延高可靠能力，滿足TSN架構的四大嚴苛的功能需求：時間同步、低時延傳輸、高可靠性和資源管理。5G與TSN融合後，可通過5G NR無線替代工廠內的有線網絡，讓工業生產更加柔性化。
uRLLC增強
為了支持工業領域的低時延、高可靠通信需求，在3GPP R15版本中，主要通過更大的子載波間隔（numerology）、Mini-slots、快速HARQ-ACK、Pre-scheduling等技術來降低空口時延，並通過PDCP複製傳輸、增強數據與控制信道的傳輸系統參數等技術來提升傳輸可靠性。
R16版本將通過PDCCH監視功能、支持多個HARQ-ACK、無序PUSCH調度、UE優先級和多路複用等多個功能來進一步增強uRLLC。
比如在可靠性增強方面，R15支持兩條支路的PDCP層分集傳輸，即數據包在PDCP層複製，再通過在兩條無線鏈路上傳輸相同的數據的方式，來抵禦無線環境惡化帶來的影響，保障通信鏈路的可靠性。為了進一步增強可靠性，R16對 PDCP複製機制進行了增強，最高可支持4路複製數據傳輸，同時增強了對激活/去激活PDCP複製的控制。
非公共網絡（NPN）
NPN，Non-Public Network，就是基於3GPP 5G系統架構的專用網絡，它將5G擴展到傳統的公共移動網絡之外，對於使能垂直行業數字化轉型至關重要。
NPN包括兩種部署方式：獨立部署和非獨立部署，即SNPN（獨立的非公共網絡）和PNI-NPN（公共網絡集成NPN）。
在非獨立部署模式下，垂直行業可基於5G網絡切片技術與運營商共享RAN、共享核心網控制面，或共享整個端到端5G公網（即端到端網絡切片）等來建設5G專網。
在獨立部署模式下，垂直行業獨立部署從基站到核心網到雲平台的整個5G網絡，可以與運營商的5G公網隔離。這意味着，工廠或園區內的設備信息、控制面信令流量、用户面數據流量等都不會出園區，可滿足工業領域嚴苛的數據安全、低時延和高可靠需求。當然，對於園區內的語音、上網等非生產型業務，也可以通過防火牆與運營商公網互連。
那在獨立部署模式下，垂直行業的頻譜資源從哪裏來呢？可以向運營商租用，也可以從監管機構申請，比如德國和日本就專門為垂直行業分配了專網頻段，工業巨頭們向政府申請並支付相應的費用就可以使用了。
NR-U
運營商的5G公網工作於授權頻譜，它是提供廣覆蓋、高質量5G無線服務的基石，但5G公網也需要非授權頻譜來補充容量，就像今天的LTE與Wi-Fi共存互補一樣。
於是5G NR-U來了。
5G NR-U,全稱5G NR in Unlicensed Spectrum，即工作於非授權頻譜的5G NR。它將5G NR工作於5GHz和6GHz的非授權頻段。
5G NR-U包括兩種模式：LAA NR-U（授權頻譜輔助接入NR-U）和Stand-alone NR-U（獨立NR-U）。
LAA NR-U依託於運營商的授權頻譜，將運營商的NR授權頻譜作為錨點來“聚合”非授權頻段，以利用未授權頻譜資源增強運營商網絡容量和性能，尤其適用於一些人羣集中的室內場所，比如體育館和購物中心等。
Stand-alone NR-U不需要授權頻譜做錨點，可完全獨立地在非授權頻譜上部署單個5G接入點或5G專網。這和今天企業自建Wi-Fi網絡的模式一樣，只不過使用的是5G NR技術。
5G LAN
5G局域網支持在一組接入終端間構建二層轉發網絡，並通過5G SMF與UPF的交互實現終端組內數據交換和用户面路徑選擇。5G LAN提供了組管理服務，使第三方（AF）可以創建、更新和刪除組，以及處理網絡中的5G虛擬網絡（VN）配置數據和組成員UE的配置。
5G V2X
眾所周知，蜂窩車聯網（C-V2X）旨在把車連到網，以及把車與車、車與人、車與道路基礎設施連成網，以實現車與外界的信息交換，包括了V2N（車輛與網絡/雲）、V2V（車輛與車輛）、V2I（車輛與道路基礎設施）和V2P（車輛與行人）之間的連接性。
V2X消息可以通過Uu接口在基站和UE之間傳輸，也可通過Sidelink接口（也稱為PC5）在UE之間的直接傳輸，即設備與設備之間直接通信。
為了將蜂窩網絡擴展到汽車行業，3GPP在R14引入了LTE V2X，隨後在R15對LTE V2X進行了功能增強，包括可在Sidelink接口上進行載波聚合、支持64QAM調製方式，進一步降低時延等。
進入5G時代，3GPP R16版本正式開始對基於5G NR的V2X技術進行研究，以通過5G NR更低的時延、更高的可靠性、更高的容量來提供更高級的V2X服務。
R16版本的NR V2X與LTE V2X互補和互通，定義支持25個V2X高級用例，其中主要包括四大領域：
•車輛組隊行駛，其中領頭的車輛向隊列中的其他車輛共享信息，從而允許車隊保持較小的車距行駛。
•通過擴展的傳感器的協作通信，車輛、行人、基礎設施單元和V2X應用服務器之間可交換傳感器數據和實時視頻，從而增強UE對周圍環境的感知。
•通過交換傳感器數據和駕駛意圖來實現自動駕駛或半自動駕駛。
•支持遠程駕駛，可幫助處於危險環境中的車輛進行遠程駕駛。
NR定位
5G時代大量的應用需要精準定位，比如工業AGV、資產追蹤等，尤其是室內精準定位，可衞星定位在室內無法使用，LTE和WiFi定位技術又不精準，為此，5G在R16版本中增加了定位功能，其利用MIMO多波束特性，定義了基於蜂窩小區的信號往返時間（RTT）、信號到達時間差（TDOA）、到達角測量法（AoA）、離開角測量法（AoD）等室內定位技術。
通過這些定位技術，對於對定位精度要求更為嚴格的一些商業用例，至少需達到以下要求：
•對於80％的UE，水平定位精度優於3米（室內）和10米（室外）。
•對於80％的UE，垂直定位精度優於3米（室內和室外）。
功能增強
2-STEP RACH
RACH，即隨機接入信道，它是5G終端開機時向5G網絡發出的第一條消息，因此對其進行優化設計非常重要。
在R15版本中，基於競爭的隨機接入過程是一個四步過程（如下圖）。四步隨機接入過程需要在UE和基站之間進行兩個往返週期，這不僅增加了等待時間，還導致了額外的控制信令開銷。
在R16版本中，採用了兩步隨機接入的機制，其將前導preamble（Msg1）和Scheduled Transmission （Msg3）合併為MsgA，將Random Access Response（Msg2）和Contention Resolution消息（Msg4）合併為MsgB。
IAB
IAB，Integrated Access and Backhaul for NR，即5G NR集成無線接入和回傳，其可通過擴展NR以支持無線回傳來替代光纖回傳。
IAB尤其適用於5G毫米波。由於毫米波傳輸距離短，需要部署密集的微站，意味着需要挖溝架線敷設密集的光纖回傳，而IAB通過無線回傳替代光纖，可以大幅降低部署難度和成本。
在IAB技術下，接入鏈路可以與回傳鏈路使用相同的頻段，稱為帶內工作；也可採用不同的頻段，稱為帶外工作。
移動性增強
在傳統4G網絡和5G R15版本中，移動終端從源小區切換到目標小區時，移動終端會在短時間內無法發送或接收數據。具體的講，移動終端與目標小區建立連接之前通常會釋放與源小區的連接，這會導致網絡與移動終端之間存在約幾十毫秒內的中斷。
同時，在NR高頻段波束賦形中，由於需進行波束掃描，可能會導致切換中斷時間比LTE更長，且可能導致更多的無線鏈路故障，從而降低可靠性。
這是個大問題，5G智能製造、車聯網、電網配網自動化等場景要求時延不過幾毫秒，且對可靠性要求苛刻。
為了減少切換中斷時間和提高可靠性，R16採用了Dual Active Protocol Stack (DAPS)技術對NR的移動性進行了增強，其允許移動終端在切換時始終保持與源小區連接，直到與目標小區開始進行收發數據為止。也就是説，在切換過程這段極短的時間裏，移動終端同時從源小區和目標小區接收和發送數據。
雙連接和載波聚合增強
R16增強了雙連接和載波聚合功能，包括通過更早的測量報告減少載波聚合和雙連接的建立和激活時間，最小化小區建立和激活所需的信令開銷和等待時間，快速恢復MCG鏈路，支持不同numerologies的載波聚合小區的跨載波調度等等。
MIMO增強
R16增強了波束管理和CSI反饋，支持多個傳輸點（multi-TRP）到單個UE的傳輸，以及多個UE天線在上行鏈路的全功率傳輸，這些增強功能可提升速率，提升邊緣覆蓋，減少開銷和提升鏈路可靠性。
UE節能
由於5G NR更靈活、帶寬更大、速率更高，NR終端設備比LTE更耗電。為了減少終端功耗，R16引入了一些新的節能功能，比如Wakeup singal，增強跨時隙調度，自適應MIMO層數量，UE省電輔助信息等。
通信路上，一起走！