新一代移動通信技術（ 5G）作為新基建的核心， 正在逐步滲透到人們社會生活的方方面面，為科技創新、經濟發展和社會進步注入新活力，帶來新機遇。 在 5G 端到端產業鏈中，成熟的 5G 終端芯片是其中重要一環。面向 5G 商用，從 2017 年至今， 5G 終端芯片研發先後經歷了終端原型機、基帶芯片、 SoC芯片三個發展階段，產品成熟度不斷提升，滿足 5G 商用過程中對於系統驗證、網絡部署、產品研發等的需求。
本期的智能內參，我們推薦中國移動研究院的報告《 2021 年終端芯片新需求報告》， 報告旨在從運營商角度， 着眼於未來 1-2 年面向消費類（ ToC）和行業類（ ToB） 場景發佈 5G 終端芯片的新功能需求及技術演進的關鍵特性， 引導 5G芯片及終端技術持續發展。
《2021 年終端芯片新需求報告》
作者： 未註明
一、 光速發展的5G 終端芯片2017 年，高通、聯發科技、展訊、英特爾等芯片廠商研發了基於 FPGA 的5G 終端原型機，包括：基帶、射頻芯片、射頻前端、天線等模塊，支持 3GPP標準定義的新空口層 1 架構，實現新型信道編碼、高階調製方案、低延遲幀結構等 NR 特性，並能夠達到單用户 1Gbps 以上的傳輸速率，支持 5G 端到端關鍵技術驗證和系統驗證，為後續 5G 芯片及終端研發奠定了良好的理論基礎。
2018 年第四季度起，終端芯片廠商陸續發佈了 5G 終端 Modem 芯片，支持3GPP R15 協議版本的 5G 通信能力。其中，除 2018 年推出的兩款 Modem 芯片僅支持 5G 非獨立組網模式外，從 2019 年起至今推出的所有 Modem 芯片（包括：華為 Balong 5000、聯發科技 Helio M70、紫光展鋭春藤 510、高通 X55/X60）全部支持 5G 非獨立組網和 5G 獨立組網兩種模式，有力保障了 5G 終端在多樣網絡部署環境下的應用靈活性。
2019 年 9 月起至今，終端芯片廠商陸續推出了 SoC 芯片。這類芯片在 Modem芯片基礎上集成 AP（應用處理器），通過提升芯片硬件集成度（目前多數採用7nm 工藝），達到降低終端功耗和成本的目的，提升 5G 用户體驗，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，聯發科技天璣1000/1000L/1000+、 800/820、 720、 1200/1100，紫光展鋭虎賁 T7520，三星 E980/E990/E880 和 E1080，目前已有大量基於 SoC 芯片的 5G 終端產品上市。
5G 終端芯片產品路標
二、消費終端芯片，首批發力當前我國 5G 網絡建設進入關鍵時期，面向消費類的 5G 智能終端成為了首批發力的商用終端。 從 2019 年 9 月起，各終端廠商陸續推出了基於 SoC 芯片架構的第二代商用終端。 2021 年 1 月， 國內市場 5G 手機出貨量 2727.8 萬部，佔同期手機出貨量的 68%；上市新機型 23 款，佔同期手機上市新機型數量的 57.5%。 隨着各品牌不同款式的 5G 終端的陸續發佈並上市， 消費類智能終端成為 5G 生態鏈中表現最積極的環節之一。
向後續 5G 技術演進， 消費類智能終端依然面臨更高的傳輸速率、更低的終端功耗、更優的業務體驗等多維度的增強需求。 目前，終端芯片廠商已經開始規劃並研發基於 3GPP R16 協議版本的 5G 終端芯片產品，預計 R16 新特性的技術驗證在 2021 年 Q2 會陸續展開， 2021 年下半年多家芯片廠商將陸續推出商用產品， 2021 年 Q4 起 R16 版本智能終端將上市。
1、 終端切片網絡切片技術作為 5G 區別於 4G 的新技術之一， 以其可以滿足不同業務需求的網絡特點，被認為是滿足 5G 多樣化業務需求的關鍵。 隨着網絡切片技術的引入，運營商將能夠為不同用户提供不同功能特點的網絡能力，為不同業務需求的用户提供“專屬”的網絡，保障優質化的服務水平，滿足差異化的業務需求。
網絡切片是一種端到端的流程，而在網絡切片發展過程中， 終端作為切片服務的入口和起點，切片特性的引入對終端自身的業務應用、操作系統、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 相關功能要求。 NSSAI 是用於選擇和使用切片服務的標識信息，也是貫穿切片端到端流程的連接紐帶。5G 智能終端採用 S-NSSAI 來標識切片服務使用者所將佔用的傳輸網、無線網和核心網等網絡資源。 因此，終端首先需要支持對來自於網絡側的 NSSAIs（包括 Configured NSSAI/Allowed NSSAI/Rejected NSSAI）信息進行接收、 存儲和更新；並在後續與網絡進行交互的 RRC、 NAS 信令消息中攜帶網絡切片的標識（ S-NSSAI）並傳遞給網絡，用以建立切片連接及 PDN 會話。
對於切片的系統間互操作，當5G終端通過4G網絡接入並建立PDN連接時，終端應支持從 PCO 中讀取每個會話對應的 S-NSSAI 信息。
端到端流程中的 S-NSSAI 標識
URSP 相關功能要求。 URSP 是對終端進行切片配置與管理的核心規則。 URSP 在切片訂購開通過程中生成，在切片業務流程中作用於終端，用於指導終端根據業務特徵 TD 將業務數據放到相應的切片上承載。
3GPP 規範中定義了 URSP 用於描述來自業務應用的業務流與切片的關聯關係。 因此， 終端需要支持由網絡下發 URSP 配置規則的接收、保存和更新；並根據 URSP 規則，提供業務應用的 Traffic Description（ APPID、 IP3 元組、 FQDN、DNN、 ConnectionCapability）等業務屬性信息；再將選取的 Traffic Descriptor 與對應的 S-NSSAI 進行映射綁定。
終端 URSP 的接收與配置
Traffic Descriptor 相關功能要求。 Traffic Descriptor（簡稱 TD）是實現切片服務多樣化、定製化的關鍵屬性。TD 為使用者提供了不同業務顆粒度， 可根據多樣化的業務需求，靈活選擇合適的 TD。 因此， 終端應具備獲取業務應用的 APPID、 IP3 元組、 FQDN、 DNN、ConnectionCapability 等 Traffic Descriptor 屬性的能力，其中對於 DNN，終端應能夠具備對定製化 DNN 參數的設置、傳遞和使用。
TD 特徵示例
2、 終端節電續航能力是 5G 終端的一個關鍵性能指標，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。目前，中國移動已全網開啓 C-DRX、BWP 等節電特性，部分終端的架構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。根據評估結果分析， 5G 終端續航可基本滿足用户使用一天的需求， 5G 終端功耗較商用初期已有大幅改善。為了持續提升用户體驗，提升 5G 終端功耗性能， R16 在網絡側引入了終端節能信號、跨時隙調度、不同 BWP 最大 MIMO 層數限制等特性，相關特性需求如下：
終端節能信號指示。 連接態終端需要在每個 DRX 週期內喚醒檢測 PDCCH，但不是所有 DRX 週期都有數據調度， PDCCH 檢測會帶來額外能耗。 R16 節能信號指示可以通知終端是否在下一個 DRX 週期開啓 on duration timer（檢測 PDCCH）。 R15 終端只能在 DRX 激活期內進行 CSI 測量上報。 R16 引入了 DRX 節能信號後，同時引入了 CSI 測量上報與節能信號解耦，終端在 DRX 非激活期也可以 CSI 測量上報，保證基站可以在每個 DRX 週期都獲得終端的 CSI 測量上報結果，維持鏈路性能和頻譜效率。
跨時隙調度。 下行傳輸可分解為 PDCCH 接收、 PDCCH 解調、 PDSCH 接收， 其中， k0是 PDCCH 下行調度到 PDSCH 數據發送的間隔時間。 跨時隙調度主要節省無數據傳輸子幀的 PDCCH 解調部分的功耗。 R16 引入動態跨時隙調度指示，網絡側通過調度 DCI 指示終端應用的最小 PDSCH/PUSCH 調度時隙。根據業務模型的不同，可取得 13% – 28 %的空口節能增益，對連續傳輸的數據業務無節能增益。適用於時延非敏感的 UE，有明顯增益的典型場景是類似於 Wechat/QQ 這類稀疏小包業務。
Dormant BWP。 在 CA 場景下， Scell 的業務量要比 Pcell 更加稀疏， DRX 節能信號僅可以配置在 Pcell 上， Scell 無法實現 DRX 喚醒功能， R16 引入 dormant DL BWP，終端在該狀態下無需檢測 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 層數限制。 R15 在所有 BWP 上配置相同的最大下行 MIMO 流數，終端根據小區級別的最大 MIMO 流數實現接收天線配置（接收天線數>=MIMO 流數）。小區中心點的終端在接收小包業務時， 2Rx 的性能相比於 4Rx 的性能差別不大，但是可以節省一半的射頻能耗開銷。 R16 通過在每個 BWP 配置不同的下行最大 MIMO 流數，基站通過BWP切換實現終端的下行最大MIMO流數調整。根據不同的業務模型，可取得 3%-30%的空口節能增益。
UE 輔助信息上報。 UE 輔助信息上報是一種準確有效的讓基站獲取終端需求的方法，終端可以根據自身需求上報輔助信息。 R15 中主要引入過熱保護， UE 希望網絡通過降低CC 數、最大帶寬和最大 MIMO layer 等來規避過熱； R16 引入了 UE 期望的 RRC狀態、 DRX、 MIMO layer 等 UE 節能特性的期望參數，基站根據這些輔助信息對終端的參數進行重配置。
RRM 測量放鬆。 R16 引入了網絡側控制的空閒態/非激活態終端的鄰區 RRM 測量放鬆，針對低移動性、非小區邊緣用户兩種場景，網絡側通過系統消息通知終端 RRM 測量放鬆的觸發條件，終端在滿足觸發條件下進行鄰小區的測量放鬆。
終端節能特性在商用過程中仍有一些協同問題需要解決， 3GPP 標準也在推出更多的終端節能特性，希望芯片和終端廠家針對網絡已引入策略做好終端功耗優化工作，預計在 2021 年 Q3 可以進行針對 R16 終端節能特性的評估驗證，持續提升 5G 終端功耗性能，為用户提供體驗更好的 5G 服務。
3、 SON/MDT相比 4G， 5G 新需求、新場景和新特性對 5G 網絡的部署和運營維護帶來了前所未有的挑戰， 運營商和網絡廠商急需更加自動化和智能化的手段來降低 5G網絡的部署和運維成本，提升用户體驗。 3GPP 定義了 SON（自組織網絡） /MDT（最小化路測）技術，網絡能夠自動、自主進行智能化操作，最小化對人工的依賴，通過智能化的網絡自配置與自優化方案，降低網絡運維成本，提升網絡性能和用户體驗。
在 SON/MDT 技術中， 對終端有較強需求、依賴於終端測量上報的功能主要是自動鄰區關係優化功能、 最小化路測功能和層二測量的上行數據包發送時延功能。
ANR 功能。 自動鄰區關係優化（ ANR）是 3GPP R15 版本定義的功能，指網絡側藉助UE 對周圍鄰區 PCI 和 CGI（小區唯一標識）的測量和上報功能，可以自動完成鄰區關係表的配置和優化，包含相鄰小區的自動添加和刪除。同時，如果某小區與目標小區建立鄰區關係後，還可以幫助該小區所屬基站與相鄰小區基站建立X2/Xn 邏輯接口。 ANR 可解決現網中鄰區規劃工作量大，易出現人工鄰區漏配情況等問題。 終端需支持 SA 組網下的 ANR 功能，在 5G SA 網絡下上報 5G、4G 鄰區 ID。
MDT 功能。 最小化路測（ MDT）技術是 3GPP R16 版本引入的功能，主要通過移動終端上報測量報告或者基站側收集測量結果的方式來獲取網絡優化所需要的相關參數，以達到降低運營商網絡優化和維護成本的目的。
Immediate MDT/連接態 MDT： UE 處於連接態時進行測量和上報。
Logged MDT/空閒態 MDT： UE 處於空閒態時進行測量並將數據存儲在本地，進入連接態時上報空閒態採集的數據。
異常事件上報： RLF Report/無線鏈路失敗報告功能，當 UE 發生無線鏈路失敗（ RLF）時，進行相關測量數據採集和記錄，並可以包含隨機接入失敗相關信息， UE 成功接入網絡時把採集的 RLF 信息進行上報； RCEF Report /RRC連接建立失敗報告功能，是指當 UE 發生 RRC 連接建立失敗時，進行數據採集記錄和記錄， UE 成功接入網絡時把採集的記錄進行上報。
終端需支持 GPS 等位置信息功能支持能力的上報及相應位置信息的上報。
層二測量的上行數據包發送時延功能。 基於核心網 QoS 監控（ QoS monitoring）需求， 推薦終端支持網絡觸發測量UL PDCP Packet Average Delay by UE 的配置、 測量及結果上報，用於獲取高層數據包到達 PDCP 層到終端得到傳輸該數據包 UL grant 的時延。
移動魯棒性優化（ MRO）。 在移動網絡中，切換參數不合理設置會造成終端切換時機不當，直接影響系統性能及用户體驗，最嚴重可導致用户掉話。 MRO 功能主要通過對異常切換場景檢測和移動性參數的優化，減少異常切換，達到提高切換成功率和網絡性能的目的。 MRO 功能需要終端支持無線鏈路失敗報告（ RLF Report）的上報。
隨機接入優化（ RACH 優化）。 隨機接入優化（ RACH 優化）是對 RACH 參數進行優化，一方面通過對隨機接入資源、功率參數的合理分配和優化，提高隨機接入的成功率；另一方面，減小隨機接入的衝突概率縮短用户接入延遲，提高用户體驗。 RACH 優化功能需要終端支持隨機接入報告（ RACH report）的上報。
2020 年下半年已有 2 家芯片支持了SA ANR 功能，並與兩家網絡完成實驗室互通測試，預計 2021 年將開展外場試點，並且將有更多芯片支持 SA ANR 功能。 我們後續將以高優先級來推進 MDT 的落地，同時也希望產業能夠儘早的支持 MDT 功能，從而支撐網絡自優化和智能化的各類應用，打造良好生態。預計2021 年 Q3 R16 版本終端芯片將陸續支持 MDT 功能。
4、 測量增強3GPP R16 版本引入多項終端測量相關的增強功能， 通過縮短測量時延，減少資源開銷、 提升用户業務體驗， 以及新增測量量上報，更準確地反饋信道質量用於網絡優化， 提升網絡運維效率。
基於 CSI-RS 的 RRM L3 測量。 5G 系統定義的 CSI-RS 參考信號， 可以更全面反映數據信道狀態信息、實現波束級別的移動性測量。 3GPP R15 中已對 CSI-RS 的 L1 測量內容進行了規定，在R16協議版本中更新了CSI-RS具體的測量指標要求。終端需滿足CSI-RS RRML3 服務小區的測量要求， 並規定支持至少 32 個 CSI-RS 端口的測量。該功能的引入，既解決了 SSB 無法靈活反饋網絡負荷的問題，同時，相較於 CSI-RS L1測量， CSI-RS L3 測量還可以提高系統穩定性、減少空口開銷。終端通過對CSI-RSRP、 CSI-RSRQ、 CSI-SINR 等指標的測量上報， 可以更加準確有效地反饋信道質量，實現基於 RRM 測量的要求。
新增 NR Gap pattern。 3GPP R16 擴展了 gap pattern， 支持終端測量持續時長（ gap 時長） 為 3ms，測量週期可以是 40ms 或 80ms， 有助於降低終端測量開銷，降低網絡側處理複雜度。
異頻 no gap 增強。 3GPP R15 定義在測量異頻鄰區時需配置測量 GAP，在此期間服務小區無法進行業務傳輸，存在業務中斷的問題。 R16 協議引入了 SSB 異頻測量增強，即待測量 SSB 位置與服務小區不同，但均位於終端激活 BWP 內時，無需為終端配置測量 GAP。同時， R16 協議還引入了無 GAP 異頻測量增強，如果終端上報支持該能力， 則在測量異頻時，基站不配置測量 GAP，依然可以保持服務小區傳輸數據。異頻 no gap 測量可以降低和避免因測量 GAP 引起的終端業務中斷問題。
VoNR。 語音業務是 5G 不可或缺的基本業務能力，多數運營商 SA 初期語音方案採 用從 5G 回落到 4G 網絡的方案（ EPS Fallback），但伴隨而來會有接續時延的增加、 通話時數據業務無法駐留 5G 網絡、 流程碰撞概率增加帶來業務受損等問題，因此隨着 5G 站點覆蓋範圍逐步擴大實現連續覆蓋，以及終端/產業鏈成熟後語音方案要逐步從 EPS Fallbak 演進到採用 VoNR 提供 5G 語音，作為 SA 階段語音的目標建設方案。
VoNR 語音方案基於 5G 網絡提供語音業務， 終端駐留 5G 時語音業務和數據業務都承載在 5G 網絡，當終端移動到非 5G 覆蓋區時 VoNR 業務切換為 VoLTE業務， 由 LTE 網絡為其服務。
VoNR 語音方案
VoNR 語音通話業務。 芯片支持在 5G 承載建立語音業務（ VoNR），並可通過終端能力指示區分 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 視頻通話業務。 芯片支持在 5G 承載建立視頻業務（ ViNR），並支持 ViNR 與 ViLTE 之間的視頻通話切換。 5G 語音終端應支持 H.264、 H.265 視頻編解碼，包括 3GPP R13 TS26.114的5.2.2節中的規範的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 業務是基於 IP 網絡傳輸的語音業務，包頭開銷佔整個數據包的比例較大，為了節省傳輸資源，業界提出了一種 IP 包頭壓縮方法——RoHC，該功能可降低包頭開銷。經過 RoHC 壓縮後，開銷佔比降為 12.5%～ 18.8%，對語音業務信道覆蓋和容量有明顯增益。
C-DRX。 UE 進入連接態後，在沒有進行上下行數據傳輸時，UE 仍然一直監聽 PDCCH，對終端功耗有較大影響。 開啓 C-DRX， UE 在連接態時週期性監聽 PDCCH， 達到省電的目的。 C-DRX 功能不僅適用於數據業務，對 VoNR 語音業務也同樣適用。由於 VoNR 語音包的實時性要求較高，網絡一般會區分於數據業務，配置一套不同的 C-DRX 參數。
Slot aggregation。 受限於終端的發射功率，當用户在小區邊緣時可能發射功率不足，丟包率增加，造成過多的 HARQ 重傳，導致延遲增加影響用户體驗。使用 slot aggregation，兩個連續子幀中的立刻重傳，能增大傳輸成功率， 提高接收成功率。
SPS 半持續調度。 基站的半持續調度，即終端申請一次資源後，在之後的一段時間內分配給該用户。 由於 IP 語音數據包比較小、 包的大小比較固定、 到達間隔比較固定，有嚴格時延要求的特點，因此適合使用半持續調度傳輸。
目前， 五家芯片均已支持 VoNR 功能，其中較多芯片已在 2020 年與若干網絡完成了實驗室互通測試和外場測試驗證，預計在 2021 年將全面開展面向商用的測試驗證。
MIMO 增強。 相較於 3GPP R15 標準定義 NR MIMO 要求的基本功能及協議流程， R16 階段重點增強了波束管理和 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和降低 PAPR，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。
上行滿功率發送。 在 R16 階段，針對上行兩天線非相干發送的終端，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，可以使得上行雙發的終端在小區邊緣可以上行滿功率（ 26dBm）發送，相比 R15 部分終端因協議限制採用 23dBm 單發情況可提升上行覆蓋 2~3dB。該功能主要影響上行雙發終端的軟件修改，能夠保證上行雙發終端滿功率發射上行信號，保證覆蓋，是 R16 階段終端必選支持的關鍵技術之一。
上行滿功率發送方案
Low PAPR DMRS。 在 R15 階段， DMRS 符號的 PAPR 高於 PUSCH 符號，終端 PA 會進行限幅處理，導致 UE 的傳輸功率降低，影響上行發射功率，影響網絡覆蓋和邊緣速率。3GPP R16 引入 Low PAPR DMRS 特性，重點解決上行傳輸時 DMRS 峯均比高的問題， 通過引入低 PAPR 序列用於生成 UL 新的 DMRS 序列、 SRS 和 PUCCH 格式 0 和 1 調製符號， 預期可以降低 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於RRC信令，比如以SSB為路損參考信號，會導致切換波束後的 PL 不匹配，並且 SSB 測量的 RSRP 對於網絡指標的規劃也存在不準確的問題。 R16 協議版本通過 MAC CE 更新 PUSCH 和 SRS 的路損參考信號，採用 RRC 配置+MAC-CE 激活/更新機制，在開環功控時有利於 UE 更好評估鏈路質量，避免頻繁 RRC 重新配置和冗餘信令，降低時延，提高效率。
對於 PUSCH，可以通過 MAC-CE 消息激活對應於 SRI 域取值的路徑損耗參考信號。在非週期和半持續性 SRS 資源集，可通過 RRC 信令配置多個路徑損耗參考信號，用 MAC-CE 來激活其中的一個。
TypeII 碼本增強。 在 R16 階段， TypeII 碼本擴展至最高 4 層傳輸（ 3-4 流擴展， MU MIMO），並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並提升性能。
Multi-TRP。 Multi-TRP 功能，可以允許每個 TRP 採用不同的 DCI 調度不同的傳輸塊，利用不同 TRP 的空間信道差異來提升用户數據速率，適用於 eMBB 場景；也可以允許不同 TRP 傳輸一個 DCI 調度的同一個傳輸塊，利用空分、時分、頻分等方式提升數據可靠性，適用於 eMBB 和 URLLC 場景。
Multi-TRP 方案示意圖
R16 階段 MIMO 增強特性，可以對 R15 階段起到極大地補充作用，解決了R15 階段遺留的問題，進一步提高了終端效率及用户體驗。計劃於 2021 年 Q3升級 MIMO 增強的高優先級特性，並啓動實驗室互通和外場測試。
7、 高鐵性能增強高鐵場景是 5G 終端的一個重要應用場景，運營商在所有高鐵沿線均部署了5G 設備為高鐵用户提供 5G 服務。 相比 4G， 5G 新特性大帶寬、更復雜的參考信號、上行雙發對 5G 高鐵終端提出很多挑戰，通過 5G 終端高鐵場景的測試，發現高鐵終端存在性能低、掉話、切換失敗等問題嚴重影響用户感知。 為了進一步提升 5G 高鐵用户感知需求，如下特性需要終端考慮支持：
R16 高鐵標識。 5G 公網與 5G 高鐵專網同頻組網，高鐵終端在空閒態狀態會重選到非高鐵專網，在高速的情況下，終端會出現接入失敗等現象， R16 標準引入專用的高鐵標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性能。
R16 高鐵 500km/h 下的性能指標要求。 現網中， 上海磁懸浮列車的時速高於 350km/h 的速度，最快接近 500km/h，該線路也部署了 5G 覆蓋，滿足高鐵列車用户體驗，因此對終端有對 500km/h 下的性能指標要求。
高鐵終端 TRS 的提前測量。 目前 5G 高鐵網絡側的部署是 DPS 方案，該方案的特點是同一小區下，存在多個 RRH，每個 RRH 下配置不同的 TRS 配置。然而每個 RRH 的覆蓋範圍較小，在高鐵場景下 RRH 的切換數量較多，每次 RRH 切換都會變更 TRS 配置，嚴重影響 5G 高鐵用户性能。 通過測試驗證發現，終端提前測量小區內所有的 TRS配置，網絡側下發 TRS 配置切換的時候，可以大幅提升用户體驗。
高鐵網絡部署方案
8、移動性增強為降低切換失敗率、增強可靠性， 3GPP 在 R16 階段引入了移動性增強，主要功能包含條件切換（ Conditional Handover， CHO）以及雙協議棧切換（ Dual Active Protocol Handover， DAPS HO）。
條件切換。 條件切換指的是當切換條件滿足時由終端執行切換。 基站根據 UE 所處位置的覆蓋情況，預先配置若干小區作為 UE 切換的目標小區； UE 執行測量， 檢測到切換觸發條件滿足時直接向目標小區發起接入，完成條件切換。 條件切換能夠避免在終端和源基站進行信令交互、以及源基站和目標基站進行信令交互的時間內，由於無線鏈路狀態變化導致的 UE 切換失敗的情況發生，提高切換成功率。
該功能適用於高速場景，節省傳統切換“事件觸發-MR 上報-切換命令”的時間，屬於 R16 版本芯片高優先級引入的新需求。
雙協議棧切換。 雙協議棧切換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。 即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， 通過這種方式， DAPS 切換下理論上用户面中斷時延為 0ms。但終端支持雙協議棧需要硬件升級以支持兩路收發，包括兩套 L1、 L2、射頻鏈路，複雜度和成本較高。
CA/DC/SUL。 載波聚合特性（ CA） 最早在 LTE-A 標準中引入， 5G 標準沿用了該特性以滿足 5G 移動數據流量增長對高傳輸速率的需求。 3GPP R15 標準定義 NR CA 的基本功能及協議流程，並引入了下行載波聚合的載波間 SRS 輪發等功能； R16標準在此基礎上進一步增強，一方面是提升載波聚合的性能，如進一步提高上/下行數據傳輸速率、縮短載波聚合的建立時延，另一方面則是增強載波聚合的網絡部署靈活性以適應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)帶內連續 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)帶內連續 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）帶內連續 CA。
SUL 作為增強需求， n41+n83（ SUL CC） 頻段組合具有較高優先級，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。 針對下行載波聚合（ DL CA）， 下行載波數大於上行載波數， TDD 頻段的下行輔載波 Scell 沒有對應頻段的上行載波發送上行探測參考信號（ SRS， Sounding Reference Signal）， 導致無法利用 TDD 頻段的上/下行信道互異性進行下行信道質量的評估，從而影響下行信道的傳輸性能。 3GPP R15 標準版本針對 NR 下行載波聚合進行了改進， 引入載波間 SRS 輪發功能，使得 TDD 頻段的輔載波也可以獲得發送 SRS 參考信號的機會，可以更準確地評估輔載波的下行信道質量。目前外場驗證結果顯示採用載波間 SRS 輪發相比 PMI 方式輔載波的下行數據速率可提升約 30%。
帶間載波聚合幀頭不對齊。 R15 協議版本要求帶間 CA 不同載波間的系統幀和時隙邊界需要對齊，對網絡部署有較為嚴格的要求。 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 個時隙。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，同時也為錯開帶間 CA 的兩個頻段的發送時隙、最大化上行 CA 的傳輸速率提供了前提條件。
1Tx-2Tx 上行輪發（ 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採用TDM 輪發方式。 R16 標準版本針對載波間 TDM 輪發定義了 1Tx 與 2Tx 間的上行通道切換， 適用於上行載波聚合或 SUL 的場景， 切換時延包括 35us、 140us、210us。由於在上行通道切換過程中網絡不能進行上行數據調度，因此需要終端根據自身實現情況將所支持的切換時延上報給網絡。而在此前的 R15 標準版本中針對上行載波聚合只定義了各載波採用 1Tx 的併發場景。上行載波聚合輪發結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。 為進一步縮短輔小區 SCell 激活時延，載波聚合增強特性在 SCell 激活態和去激活態的基礎上引入 SCell 休眠態（ Scell dormancy）。該功能在一個 SCell 中配置一個下行休眠 BWP（ dormant BWP）， UE 在下行休眠 BWP 上不監測上/下行數據傳輸調度的 PDCCH，但繼續進行 CSI-RS 的測量和結果上報；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）基礎上，增加與 4G 雙連接。 5G NR 是主錨點，基站間引入 Xn 接口以支持 4G 與 5G 間控制面與數據面傳輸， 4G 僅作為數據通道。 在 5G NR 無線覆蓋大於或等於 4G LTE 覆蓋的情況下，由 5G NR 負責基礎覆蓋， 4G 作為輔助流量補充。
其他功能點。 CA/DC 增強特性中的空閒態提早測量（ Early Measurement）和 RRC Resume中保存 SCell 配置信息的功能，可以節省終端進入連接態之後再進行測量配置、執行和上報帶來的時延。
2020 年下半年，已有三家芯片與多家主設備完成下行 CA n41 帶內連續和n41(100M)+n79(100M)帶間 CA 的實驗室互通測試以及多個城市的外場性能驗證。基於 R16 的上/下行載波聚合預計 2021 年 Q3 開始相關測試。
10、 5G 定位3GPP R16標準完成了基於NR信號進行高精度UE定位的第一個標準版本，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優勢，結合多天線技術，使得 5G NR 系統相比於 LTE 具備更豐富的定位手段，為滿足高精度位置服務需求提供了保障。 基於 5G NR 無線蜂窩通信網絡提供高精度 UE定位服務， 可以為普通用户和垂直行業提供統一的更具規模的增益業務服務。
定位技術。 終端需支持上行定位參考信號 SRS for positioning 相關的網絡配置及發送，以滿足 5G 定位技術（ 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 定位技術相關的信號測量和測量結果上報。
協議流程。 終端需要支持 LPP 協議和 SUPL 協議，用於支持 3GPP 定義的網絡架構和本地側定位方案中輔助定位信息的發送以及終端測量量的上報。
目前，已有芯片廠家與網絡系統廠家開始 5G NR 定位技術的實驗室 IoDT 互通測試， 預計外場測試將於 2021 年 Q2 開始。
11、終端高功率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，導致運營商建網成本較高；並且高頻段室內深度覆蓋能力較弱，室內上行業務速率較低，影響用户體驗。
PC1.5（ +29 dBm）。 由於 5G 頻段普遍較高，為了進一步改善上行覆蓋情況，在 n41 頻段下，引入 PC1.5 終端，總髮射功率為+29 dBm，誤差 2/-3 dB，相比 PC2 提高 3dB。 由於目前網絡部署需求還不明確，且對終端射頻器件要求及功耗存在較大挑戰，芯片可根據後續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射，如下圖所示。使用高功率終端後可有效提升上行業務覆蓋半徑約 2dB，且能顯著改善室內等弱覆蓋場景下的上行速率，以及 VoLTE、 VoNR 語音質量，顯著降低弱覆蓋下的單比特耗電量。 PC2 EN-DC 終端能夠支+26dBm總髮射功率。
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 完成指標定義及測試標準定義，並且已經基本完成相關儀器測試例開發，預計 2021 年 Q2 可以開展測試。
12、 終端能力上報增強針對 UE 能力上報在某些場景下可能超過 RRC 消息上限的問題，例如引入載波聚合後的 UE 能力消息過長， 3GPP R16 引入 UE 能力上報優化機制，當 UE能力消息超過 9KB 時，終端可拆分成多個獨立的短 RRC 消息進行發送。
三、 行業終端，定製化是未來目前， 垂直行業 URLLC 業務主要存在兩大類型，小包控制類 URLLC 業務和大上行視頻類 URLLC 業務。小包控制類業務的主要特點是數據量較小，但對時延、可靠性要求較高；視頻類業務的主要特點是數據量較大，同時下行控制信令對時延、可靠性要求較高。因此，現有垂直行業應用對低時延高可靠和高數據傳輸的業務場景均有需求。
當前， 5G 基帶芯片價格高是導致 5G 模組產品售價較高的重要因素之一。為了推動 5G 模組在垂直行業的廣泛普及和應用，迫切需要實現基帶芯片的低成本化，需要思考如何針對行業需求引入至簡功能、採用至高性價比工藝。從URLLC/IIoT 特性芯片產品的市場需求量和研發風險角度來看，在產業發展初期芯片廠家可能採用 eMBB 和 URLLC 芯片共硬件平台的設計方案，藉助市場規模效應降低成本、提高產品的綜合競爭力。而隨着垂直行業市場規模逐步擴大、業務需求不斷細化，針對不同行業客户需求推出針對性更強的、定製化的 URLLC芯片產品，將有助於進一步降低產品成本，使面向行業終端的芯片產品更具競爭優勢。
1、 URLLC/IIoT垂直行業很多應用場景，例如智能電網、 AR/VR、智能無人機、工業自動化，都對時延和可靠性提出了極高的性能要求。 R15 標準以使能 1ms 空口時延和99.999%可靠性為目標，R16 標準更是以 0.5ms~1ms 空口時延和 99.9999%可靠性為目標進行增強， 引入多種 URLLC/IIoT 技術，通過不同技術的組合， 可以靈活滿足不同場景的性能要求。
短時隙調度（ Mini-slot）。 NR 系統除支持 Mapping typeA（ 14 個符號）調度之外，還支持了 MappingtypeB，即調度顆粒度縮短至符號級（ 2/4/7 個符號）， mini-slot 可以開始於 slot內的任意一個符號。 採用更小的時間調度粒度， 可以縮短傳輸時延。
PDCCH 監聽能力。 NR 系統通過提升設備能力，支持在一個 slot 的多個監聽時刻接收 PDCCH、檢測DCI。此外，NR系統也支持在一個slot中接收多個單播的PDSCH或PUSCH。
mini-slot 調度示意圖
增強的設備處理能力（ Capability2）。 NR 系統通過提高設備處理能力， 將設備的處理時延（ PDSCH 處理時延 N1與 PUSCH 準備時延 N2） 降低到符號級別， 從而縮短用户面時延。 這種增強的設備處理能力被稱為 Capability2，而基礎的終端能力被稱為 Capability1，如下表所示。 以 30kHz 子載波為例， PDSCH 解碼時延從 10 個符號降為 4.5 個符號、PUSCH 編碼時延從 12 個符號降到 5.5 個符號。
增強的設備處理能力
上行免調度傳輸（ UL grant-free）。 基站預先為用户配置週期性的可用資源，用户有上行數據包達到時直接在配置的資源上進行傳輸， 從而減少上行資源請求時延。 NR R15 在每個帶寬部分BWP 中可以激活一個免調度配置； R16 進一步增強，支持同一個 BWP 激活多個免調度配置，有效降低時延並提升可靠性。
低碼率 MCS/CQI 表格。 NR 設計之初的 CQI/MCS 表格主要用於滿足 eMBB 業務的需求， 實現 10%BLER。而為了滿足 URLLC 業務的高可靠需求，NR 系統設計了低碼率 CQI/MCS表格， 用於提升數據信道傳輸可靠性。
重複傳輸（ PUSCH/PDSCH repetition）。 為滿足 URLLC 業務 99.999%甚至 99.9999%的可靠性目標，重複傳輸是其中一種重要手段。 重複傳輸通過為數據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 級別的重複傳輸，最大重複次數為 8 次，每次傳輸可使用不同的冗餘版本，以提高軟合併的性能。
PDCP 冗餘傳輸（ PDCP Duplication）。 基於 CA 和 DC 場景， NR 系統通過 PDCP 冗餘傳輸方式提升數據傳輸可靠性，例如 NR R15 支持 2 條冗餘鏈路， 對應到 2 個 RLC 實體， 提高空口傳輸的可靠性； NR R16 則進一步增強為最多 4 條冗餘鏈路。
控制信道增強。 為了提高控制信道的可靠性， PDCCH 可採用更大的聚合等級（ 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 資源搶佔。在 5G 應用中，存在不同業務終端共存在同一網絡中的場景，如 eMBB UE和 URLLC UE 在同一基站覆蓋範圍下。 若基站在某個 slot 調度了 eMBB 傳輸，而隨之 URLLC 業務到達，為了保證其時延需求，需要在同一個 slot 調度 URLLC傳輸，需要避免 eMBB 業務對 URLLC 的干擾，保證 URLLC 數據可靠性。
NR R16引入上行取消指示（ ULCI， Uplink Cancelation Indication）， 基站發送 PDCCH 通知 eMBB 終端取消其上行傳輸，避免對 URLLC 上行業務干擾，減少 URLLC 業務時延並保障可靠性。
上行取消指示示意圖
5G LAN。從 2G 到 4G，移動網絡提供的是統一的接入和一致的終端管理。 5G 時代到來，行業客户希望 5G 網絡在提供大連接、高帶寬、低時延的同時，也能像自建的局域網那樣，自己實現對終端的靈活管理。例如行業客户指定終端的 IP 地址、要求終端只能與特定的終端通信、授權終端屬於特定羣組並動態加入和刪除等。 5G LAN 技術的出現，正是為了滿足行業客户這一訴求。
5G LAN 技術首次在移動網絡中引入終端組管理的概念，支持組內終端直接通信。 5G LAN 通過為用户簽約 5G VN 組（ Virtual Network），支持組內用户間多種類型的路由和點對點的通信方式，為企業構建可靈活互通和便捷管理的私有專網，可滿足數據不出廠、低時延等需求。 5G LAN 同時支持層三 IP 會話和層二以太網（ Ethernet）會話兩種數據類型，更好的支持各類行業應用。終端側需要支持基於層三 IP 會話和層二以太網會話的 5G LAN 功能。
2、 靈活幀結構5G 系統引入的靈活幀結構配置，也為滿足低時延或高速率場景需求提供了可能。 其中，在行業網應用中部署需求高的幀結構，包括：
2.5ms 單週期幀結構（ 3U1D1S）。 在垂直行業的典型業務中，有一類是大上行視頻類的 URLLC 業務，典型場景有遠程控制、智慧醫療中的遠程手術等。該類業務主要特點是上行數據包較大，對上行峯值速率、容量邊緣都有較高要求。 NR 網絡靈活的幀結構配置，可以按行業用户需求採用上行時隙配比更多的幀結構。
以 30kHz 子載波間隔為例， 2.5ms 單週期 3U1D1S 幀結構， 10 個 slot 典型配置為： DSUUUDSUUU，其中 S 符號級為 DDDDDDDDDDGGUU。 與典型的公網幀結構相比，可顯著提升網絡的上行傳輸速率和上行容量， 現網中實測的單載波上行峯值接近 750Mbps（上行 2 流、 256QAM 調製方式）。
1ms 單週期幀結構。為降低 TDD 系統上下行轉換週期較長對時延的影響， NR 可支持靈活的幀結構配置，降低反饋時延。例如， 一種典型的 1ms 週期的幀結構配置為： DS，其中 S 符號級為 GGUUUUUUUUUUUU，如下圖。 為更好的適應垂直行業業務需求，推薦芯片支持上/下行符號佔比靈活可配。
1ms 週期幀結構示意圖
目前， 5G 主流芯片均已支持 2.5ms 單週期（ 3U1D） 幀結構並在 2020 年下半年完成實驗室互通和外場測試。 1ms 單週期幀結構預計於 2021 年 Q4 開始相關驗證。
3、 NPN/CAG5G 作為先進的通信技術手段，以其大帶寬、低時延、高可靠、高連接、泛在網等諸多優勢，在 5G 行業網發揮重要作用。針對不同的行業用户，需要結合具體的業務場景和業務需求，實現行業網的高可靠服務，差異化配置、隔離性服務等能力。
從客户的需求來看，行業客户普遍需要能夠對所使用的網絡保持封閉的，隔離的網絡需求，因此為了滿足這樣的行業客户需求， 3GPP 在 R16 版本設計了NPN（ Non-public network）來為滿足行業客户的網絡進行隔離封閉式管理的需求， 分為公眾網集成 NPN、獨立專網 NPN 兩種架構。
在公網模式下，劃分出企業專屬無線覆蓋區， 無線網絡在現有廣播 PLMN ID的基礎上，新增 CAG 的標識；整個網絡基於 CAG 將無線覆蓋劃分成若干個獨立區域，網絡基於 CAG 進行不同終端在不同園區的准入管控。 對於園區網絡即需保證園區網絡的封閉性，又需滿足園區員工的普通手機（ 2B2C）終端的可接入性，適用於局域或者廣域的網絡覆蓋。 R16 版本終端芯片支持 CAG 功能，讀取小區廣播的 CAG ID 信息，在 CAG 許可的情況下，進行網絡接入；此外，終端支持通過預先配置或網絡配置方式獲得並保存更新 CAG 信息。
公眾網集成 NPN 示意圖
獨立專網 NPN（ SNPN， Standalone NPN）。 SNPN 通過為行業用户建立獨立 5GC 專用核心網，並通過無線網廣播專用網絡 ID 來進行終端接入控制。 適用場景： 1）對於某些特定行業等迫切要求端到端網絡均需自行管理的行業客户，可考慮部署； 2）作為應對於非授權頻段開放後的企業專網網絡的建設方案。 R16 版本終端芯片推薦支持 SNPN 功能。
獨立專網 NPN 示意圖
4、二次認證及鑑權二次認證鑑權指用户需要訪問業務建立會話時，網絡側向業務 AAA 發送二次鑑權請求或根據業務 AAA 的授權信息，以決定是否允許該會話建立。二次鑑權主要應用在企業客户自有鑑權服務器和鑑權系統，需對訪問的企業業務的用户再次鑑權或授權的場景。
基於 PAP/CHAP 以及 EAP 的二次認證鑑權的算法及流程。 終端在 PDU 會話建立階段，可以根據設置來觸發與業務側平台之間的基於PAP/CHAP 以及 EAP 算法的二次雙向認證（包括二次認證重認證、 二次認證撤銷等）；二次認證由位於外部數據網絡的認證服務器執行， 並由 5G 網絡承載和傳遞認證消息；終端根據認證結果控制決定是否建立接入該外部數據網絡的PDU 會話。
5、 層二測量垂直行業 URLLC 業務對時延的要求較高， 基於核心網 QoS 監控（ QoSmonitoring）需求，為了監控用户面數據時延，終端需支持網絡觸發測量 UL PDCPPacket Average Delay by UE 的配置、 測量及結果上報，用於獲取高層數據包到達PDCP 層到終端得到傳輸該數據包 UL grant 的時延。
6、 終端切片行業類終端的切片特性基本上與消費類終端中的特性需求相同，主要包括：NSSAI 配置與標識攜帶傳遞、業務特徵 TD 的獲取和傳遞、 TD 與 NSSAI 的綁定和關聯、 URSP 配置與動態更新、多類型多切片併發等。
7、 終端節電行業類終端支持終端節電特性， 有助於終端性能優化和用户體驗提升。 相關特性需求與消費類終端基本相同。
8、 VoNR考慮到行業終端同樣存在語音業務需求，因此芯片同樣需要支持 VoNR 的語音解決方案，相關特性需求與消費類終端基本相同。
9、 MIMO 增強行業類終端與消費類終端相同，需要藉助 MIMO 增強特性用於提升傳輸速率，提升邊緣覆蓋，減少信號開銷和提升鏈路可靠性。 相關特性需求與消費類終端基本相同。
10、 載波聚合和 SUL在垂直行業應用中同樣存在大數據量傳輸的業務需求，除靈活幀結構外，還可以通過上/下行載波聚合和 SUL 特性進行傳輸速率的進一步增強，相關特性需求與消費類終端基本相同。
11、 5G 定位垂直行業中廣泛存在的資產、 人員、 車輛管理， 人流量監控， 導航服務等多樣化業務場景， 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。但對於行業終端芯片來説，需要支持的 5G 定位技術和協議流程與消費類終端一致。
12、 終端高功率行業網絡部署可以通過終端高功率有效提升上行業務覆蓋半徑、改善數據傳輸速率，節約網絡部署成本。行業終端支持高功率的特性需求與消費類終端基本相同。
13、 終端能力上報增強行業終端支持載波聚合等功能也可能會出現 UE 能力消息過長的情況， 終端能力上報增強的特性需求與消費類終端基本相同。
智東西認為，5G芯片是 5G 走向大規模商用的核心組件，分為消費類（Toc）和行業類（ToB）兩大類型， 消費類終端芯片方面，終端切片、 NR SON/MDT、 基於 CSI-RS 的 RRM層三測量、 5G 定位技術等特性網絡部署需求強烈。 在行業終端芯片方面， URLLC/IIoT 中的 mini-slot、 Capability2、 重複傳輸、 PDCP 重複以及 NPN/CAG 等特性對保障行業類終端性能和行業網部署至關重要。而隨着各種業務需求的進一步提高以及應用領域的不斷拓展，對5G芯片的需求也在不斷提高，未來對於芯片的新玩家來説也不是沒有切入機會。