Advanced新能力与产业发展白皮书.docx

SG—Advanced 目录 引言 P3 2. 卓越网络 P5 1. 5G-A新能力赋能数智化社会 P3 2.1 X-Layer跨层融通赋能元宇宙 P5 2.2 通信感知融合助力数智新发展 P8 2.3 UDD频谱新范式同时满足行业大带宽与极致时延需求 P15 2.4 空天地一体使能全场景随需接入 P18 2.5 严格有界确定性，扩展工业互联新边界 P23 3. 智生智简 P28 3.1 eIoT构建无源物联网，开启千亿联接新空间 P28 3.2 5G+AI，智简网络运维，智生网络性能提升 P34 3.3 无线云网算业一体构建新服务 P38 4. 低碳高效 P42 4.1 智能中继绿色有效提升网络覆盖 P42 4.2 新能源与新技术进一步驱动节能减排 P45 5. 结论与展望 P48参考文献 P49 引言 “ 2021年4月，国际标准化组织3GPP正式确定5G-Advanced（下文简称5G-A） 为5G演进官方名称，这意味着全球5G技术和标准发展进入新阶段。5G-A定位于数智社会的核心基础设施，将全面深化和使能数智社会转型，为数字强国建设注入新动力。中国移动着眼于5G可持续发展，联合产业界于2021年8月发布 “5G-Advanced创新链产业链融合行动计划”，提出“卓越网络”、“智生智简”和“低碳高效”三大愿景和十大使能关键技术，旨在推动5G-A全球统一标准，着力降 低产业门槛，加速打通关键环节，将创新链成果高效快速落实到产业链中，并通过 产业链的繁荣进一步带动创新链的提升，从而实现创新链和产业链的螺旋式推进，成为驱动5G-A可持续发展的引擎。本白皮书将围绕X-Layer跨层融通、通信感知融合、UDD时频统一全双工、空天地一体、极致确定、eIoT蜂窝物联网、AI自智网络、无线云网算业一体、智能中继、低碳节能十大关键技术，介绍中国移动和产业 伙伴在需求识别、技术布局、方案设计、产业推进方面的进展。 5G 1. 5G-A新能力赋能数智化社会 的快速发展已经极大地改变了我们的生活，逐步促进 行业数字化转型升级。可以预见，未来的数智社会，物理世界将与数字世界深度融合，移动互联网升级为全真全感互联网，通过大数据、原生智能、全息感知等新技术，在教育、医疗、交通等领域促进普惠社会。通过3D视频、全息视频、感官互联等新应用，满足人们不断提高的娱乐和交流需求，实现高品质的智慧服务。在商业层面，数字经济成为核心舞台，数字孪生把我们所有物理世界的设备、生产流程，产品用数字化的方式构建在一个纯粹的数字世界里，行业将从工具效率提升演进为决策效率提升。 5G-A进一步提升网络能力，支持下 4 行10Gbps、上行1Gbps、宽带实时交互、毫秒级交互时延的能力将激活 AR/VR产业并全面使能元宇宙，把全感 官交互沉浸式体验带入现实。5G-A也将支持最全面的物联网能力，模组类型将涵盖从工业级高速连接到RedCap、无源物联，从Gbps到Kbps的全系列物联模组能力，全面使能万物智联，为千亿连接提供最强大的产业支持。进一步， 5G-A还将支持感知、高精定位等超越连接的能力，一网多用，为未来智慧城市构建、数字社会重构和运营商持续探索新产业提供充足动力，构建高效治理的和谐数智社会。 本文将从“卓越网络”、“智生智简”和 “低碳高效”三大方向，介绍X-Layer跨层融通、通信感知融合、UDD时频统一全双工、空天地一体、极致确定、eIoT蜂窝物联网、AI自智网络、无线云网算业一体、智能中继、低碳节能十大关键技术。 ‡ 9 3 # 6 64K元宇宙PS -10G6bDp1s2@0Fms “ 图2.1-1 XR业务的技术挑战 XR产业的高速发展带来了广阔的想象空间，但也对网络传输提出了更高的要 求。如图2.1-1所示，低时延下泛在10Gbps体验，毫秒级时延满足实时流畅的交互，10Gbps满足16K 6D的沉浸体验共同构筑了连接现实与虚拟的桥梁。当然，更高的要求也给5G网络带来了更大的挑战。 多流业务的精细QoS保障： 1) 挑战1 XR业务可能同时包含音频、视频、控制信号、信息采集信号等多种信息流数据，如何对多种形态业务流进行协同传输，以保障其到达端侧的时间差在可接收范围，是5G网络需要解决的一个问题。另外， XR视频业务具有特殊的流量特征，如I帧优先级高，B/P帧优先级低。现有5G网络 QoS保障的最小粒度为QoS流，无法针对同一QoS流内不同优先级的报文进行识别并区分保障。 网络资源效率： 2） 挑战2 为了让单用户强交互XR业务（如VR游戏、VR社交）获得良好的实时互动体验效果，要求下行速率至少100 Mbps，上行速率至少20Mbps，MTP（ motion to photon）的双向时延不超过15ms。单用户对速率和时延的高要求，导致网络为大量XR用户同时提供服务时存在挑战。 终端能耗高： 3） 挑战3 对于头盔、眼镜等小尺寸XR终端，发热和耗电量大小直接影响用户体验，如何针对XR业务开展节电研究成为5G系统能力提升的重点。 关终键端技醒术来：的业时务机标精记准信匹息配感业知务；网到络达状时态间信息感知； 关键技术1：业务标记信息感知，辅助网络精细化QoS保障和容量提升 多通过流感协知同XR信应用息层感的知数据，保流信证息多，网流络同可步以通传过输使：用分层QoS映射的方式 将具有不同QoS需求的数据流映射到不同的QoS流上，并结合差异化调度、多QoS流关联协同和多QoS流同步增强等方式，对XR业务进行更加精细化的调度和传输，从而提升XR业务的用户体验。 帧XR业差务异不性同类信型息的感数知据可，优能具先有保不障同的高重优要先性。级例帧如：（：1）一个GOP内的第 一个I帧是最重要的帧，其它P帧基于I帧进行编解码；（2）在分层编码方案中，基本层视频帧的重要性要高于增强层视频帧；（3）视频帧内的不同宏块、ROI区域的重要性不同。网络通过感知这些业务层面的标识信息，可以对重要性不同的数据进行差异化调度，并在网络拥塞时优先丢弃重要性较低的数据来保障重要性更高的数据的传输需求。 帧单个完帧整的性完整信性息传感输是知保，障保X障R业帧务级体验Q的oS重需要求因素：。一个较大的视频帧在 传输时，通常会被划分成多个IP数据包进行传输，这些数据包对应同一个视频帧，并在应用层是相关联的，丢失其中1个或多个IP数据包将导致对应的视频帧解码失败。网络可以通过感知帧完整性和帧级QoS信息，尽量保证同时调度单帧数据，或在必要时进行策略性的丢包处理。例如一个IP数据包丢失，则丢弃属于同一视频帧的其它IP数据包，以避免传输无用的数据，从而节省网络资源。通过这些方式，网络能够更加有效地提供端到端的“帧级 ”QoS保障。 态： 端到端时延信息感知，上下行时延精准分解适配网络状 XR业务要求较低的双向传输时延，如何为上下行选择合适的QoS，并将时延按需分解到上下行，是Rel-18研究的一个重点。潜在技术包括在保持时延总量不变的情况下，根据网络状态对上下行时延进行灵活调整等。来保障重要性更高的数据的传输需求。 关障键最技优术业2务：体网验络状态信息感知，辅助业务调整码率等参数，保 7 8 关端键能技耗术3：终端醒来的时机精准匹配业务到达时间，降低终 息，如拥塞状态、无线带宽、资源调度周期等，进而促使业务层对发包内容、大小和码率等作出调整，以适配网络的状态，从而保障整体业务体验达到最优。 “ 通过网络与业务之间及时的信息交互，使得XR业务能够及时感知网络状态信 “ 为了降低运行XR和CG服务时的整体UE功耗，延长有效的终端电池寿命，5G-A 将在C-DRX和PDCCH监听等技术领域进行增强以支持XR/CG业务准周期性、非整数周期和可变数据速率和抖动的特点。潜在的技术方案包括：通过自适应调度周期/偏移调整来匹配业务数据的到达时间和克服数据到达的抖动；通过提供多种周期长度资源的组合来支持非整数周期业务；通过增强WUS信号让UE提前进入DRX激活期的方式来克服抖动问题并降低功耗等。 产合业作推伙进伴：联3合GP推P进标X准R已样立机项研；发中国移动研究院与咪咕、业内 “ 中国移动较早地洞察了视频、语音以及交互式多媒体业务的未来发展趋势，在 4G演进的后期便着手针对视频和语音类业务和网络的联合设计开展技术攻关，引领网业协同技术创新，在3GPP RAN率先提出了“无线智能感知与业务分发”、“视频和语音业务增强”、“ 视频业务进一步增强”等系列项目。 面向XR，3GPP早在2018年就启动了一系列研究工作。SA4工作组在Rel-16和 Rel-17率先开展了针对AR业务的研究，后续其它SA工作组和RAN工作组也陆续启动了XR相关的立项研究。RAN1工作组于2021年从容量、终端节能、覆盖和移动性四个方面对XR业务进行了初步探索，2021年12月，3GPP RAN确定了Rel-18中对XR和CG业务的标准立项，将从XR网络感知应用、容量提升和终端节能三个方面开展标准化工作；在SA2，中国移动牵头了Rel-18 XR及多媒体增强项目，将从多流协同、网络信息开放、媒体流QoS保障、网络抖动降低、针对媒体业务的节电增强五个方面开展标准化工作。 XR产业的发展离不开多领域技术的进步和协同，同样也离不开网络传输针对 XR业务的优化适配。中国移动正积极与产业界紧密合作研究，推动从应用、编码到传输的端到端X-Layer跨层融通解决方案。目前，中国移动研究院正联合咪咕、业内合作伙伴开展一系列XR样机的研发和测试工作，通过推动3GPP标准化和开发支持XR服务的样机系统等，推动标准化和产业化工作的稳步发展，并预期在未来2-3年内逐步开展端到端的XR产业落地的试点工作。 2.2 通信感知融合助力数智新发展 “ 通信感知一体化通过空口及协议联合设计、软硬件设备共享，使用相同频谱资源 实现通信功能与感知功能的融合共生，使得无线网络在进行数据通信的同时，还能通过分析无线通信信号的直射、反射、散射，获得对目标对象或环境信息的感知，实现定位、测距、测速、成像、检测、识别、环境重构等功能，为提升频谱利用率和设备复用率、提升通信网络价值带来一个全新的维度。 场共生景需求：面向行业一网多能，感知与通信的融合 感知需求在千行百业普遍存在，车联网领域的路、车、人感知，安防领域的人员入侵检测，航空监管领域的无人机感知，医疗康复领域的人员跌倒识别等。通常情况下，满足此类需求需要专用频谱资源和专属网络。已经广泛部署的 5G 网络，具备天然的组网优势，覆盖能力强，天线阵列规模大，可以通过软硬件升级，在满足通信需求的同时，也具备原生的感知能力，凭借广覆盖的优势，汇聚各个感知端点组成感知网络，构建低成本、高精度、无缝泛在的通信感知一体化网络，实现面向行业的一网多能。 面向车联网场景，随着交通领域联网化、数字化、智能化、云化的趋势，需要在海量交通终端设备进行实时数据通信的同时，高效感知路、车、人的实时状态，使车联网系统在区域、城市甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力。如图2.2-1所示，车联网集感知、决策和控制等功能于一体，对于道路监管、自动驾驶、高清地图构建等业务同时存在通信与感知的需求。在通信方面，实现L3自动驾驶所需的高精地图下载对通信速率需求高达单车20Mbps；在感知方面，受限于车载雷达的视角、距离和感知精度，因此需要路侧感知信息辅助扩大感知范围和处理能力，为自动驾驶汽车安全运行提供超视距辅助。虽然目前公路周边已经安装了相当数量和多种功能的感知设备，如摄像机、毫米波雷达、激光雷达等，但是传统设备感知距离仅能实现100m-300m；而基于通信与感知融合技术，使用新一代无线网络的无线通信信号，单点感知范围可以达到500m，进而实现低部署密度、低成本、低开销的环境感知能力，并通过网络架构优化、业务流程适配以及车联网协同等机制进一步降低感知时延、提高感知范围、同时通过长时间时域累积提升感知准确度。 面向低空无人机场景，通信感知一体化主要用于无人机监管、路径规划和避障等。 无人机出货量每年增长29%，消费者领域无人机保有量超过84万。无人机飞行距离超过10km，不明身份的无人机有可能出现在重要场所，恶意的无人机可能会破坏生活和生产安全。传统基于雷达的感知存在部署成本高、频谱资源短缺、感知范围受限等问题。基于通信与感知融合技术对低空无人机进行感知定位和追踪，通过通信网络的协同调度，可以实现广域的电子围栏，辨识和阻拦即将侵入特定区域的无人机。此外，还可以将周围环境的感知结果提供给处理中心，辅助无人机路径规划和避障等。 9 在经济和产业价值方面，2019年国家公路投资2.2万亿，其中信息化占2.5%（ 566亿），且正在逐年增加。2020年中国低空无人机监管与防御市场空间超15亿元， 未来3~5年空间超过330亿元 [2]。因此，可以预见，通信感知一体化技术可为车联 网场景和低空无人机场景打造百亿级的经济和产业价值。 图2.2-1 智慧交通场景和低空无人机场景图 在战实：际部署中，通信感知一体化技术面临如下挑 10 挑战1 一体化空口和硬件设计。如何通过一体化的设计在相同的频谱资源、共用一套软硬件设备或共享部分设备器件的情况下，同时使能通信功能和感知功能。 挑战2 感知工作模式设计。如何利用蜂窝通信系统的特征，提供比雷达系统自发自收感知工作模式更丰富的应用场景。针对不同场景、不同应用、不同感知需求设计多样化的感知工作模式。 挑战3 灵活化感知网络架构设计。如何通过灵活的网络架构满足多样化感知需求，例如缩小从感知信号发送到感知结果获取的时延，满足车联网场景自动驾驶等业务对低时延高精度的感知需求。 挑战4 感知业务流程设计。面向不同业务场景，网络需支持终端、核心网网元和第三方业务平台的感知需求，如感知业务的触发、修改和结束。 “ 关模键式技；灵术活：一化体感化知感架知构信；规号范设化计感；多知样业化务感流知程工作 通信感知一体化设计，是实现无线感知能力的基础。通信和感知的资源通过时分、空分、码分等方式实现通信感知一体化波形，使得感知功能在通信基站上按需叠加，降低感知的部署成本；在保证通信性能的前提下，使能5G支持多样化感知收发工作模式，实现通信感知同覆盖；通信与感知架构的一体化，还能够在不同行业快速打通端到端感知服务，还可以保障数据安全。 关化键空技口术和1硬：件基共于享OFDM的感知信号设计实现一体 “ 针对同时使能通信和感知功能的一体化空口和硬件设计需求，进行一体化感 知信号波形设计。考虑波形研究的成熟度和硬件集成的复杂度，通信感知一体化优先考虑以OFDM波形为主体的感知波形设计。此外，通信感知一体化通过软硬件设备共享，在相同频谱资源发送感知信号和通信信号，一种复用方式是感知信号和通信信号通过时分/频分/码分的方式实现彼此正交的传输，降低通信信号和感知信号之间的干扰；另一种方式是复用通信信号实现感知功能，最大化资源利用率。感知信号设计方面，为了满足感知信号距离、速度、角度等感知参数精度要求，感知信号设计可以在5G系统的下行信道状态信息参考信号和跟踪参考信号等基础上进行增强。如图2.2-2所示，为了提升距离估计精度，通过频域稀疏性设计使得感知信号占用更大带宽的同时节省资源开销；为了提升速度估计精度，感知信号在时域进行重复传输，提升多普勒估计准确性；为了提升角度估计精度，通过窄波束扫描的方式发送感知信号，同时还能最大化感知信号链路质量，最小化感知信号与其他信号之间的干扰。 图2.2-2通信感知一体化感知信号设计 关场键景技术2：三种架构六种模式使能丰富感知应用 “ 针对不同场景、不同应用、不同感知需求对多样化感知收发工作模式的需求， 根据感知信号发送和接收方式的不同分为自发自收、A发B收和协作组网三种架 11 构。如图2.2-3所示，具体分为基站自发自收，基站间协作感知，基站发终端收，终端发基站收，终端自发自收，终端间协作感知六种工作模式 [3]。 基站自发自收工作模式与传统雷达感知工作模式相似，主要挑战是如何做到收发信号的隔离，例如通过独立的收发天线实现发送和接收的硬件隔离。基站间协作感知工作模式能够实时适配感知目标和环境的位置，尤其适用于高速公路或高铁等高速移动场景，为其提供接近全域覆盖的感知服务。基站间协作感知的主要挑战是基站间精准同步，多基站间的资源调度以及小区间上下行交叉链路干扰消除等。基站发终端收或终端发基站收工作模式通过下行或上行无线通信信号进行测量感知。终端自发自收工作模式与基站自发自收工作模式类似，主要挑战是终端发送功率较低、天线数较少，导致终端感知范围和感知精度性能受限，此外受限于能力和成本，收发的干扰隔离实现比基站侧更困难。终端间协作感知工作模式多用于局域感知场景，对于传播环境复杂、基站感知直射径较少的场景，感知性能受限。同时随着智能设备的发展，智能化终端设备数目和种类越来越多，终端间协作感知将有效提升感知性能和效率。 图2.2-3 通信感知一体化工作模式 关求键技术3：灵活化网络架构满足不同感知场景需 “ 针对灵活化、轻量化管理的网络架构需求，引入感知功能，设计一体化网络架 12 构。通信感知一体化包括感知数据收集处理及感知控制等基本功能。基站侧在收集到感知相关数据后，需要把收集到的感知相关数据上报给感知控制功能单元；感知控制功能单元基于对感知相关数据的处理和分析，生成对应的策略或控制信息，并通过接口消息的方式交由相关的节点或功能实体执行相应的策略或控制。值得一提的是，根据感知功能应用的不同目的，感知功能生成的策略或控制的执行主体可以是核心网功能，也可以是接入网节点；相应地，根据通信感知功能应用的目的不同，感知功能在逻辑上的位置可以在核心网，也可以在接入网。目前产业界一种普遍观点是仍然沿用现有的移动通信系统架构，把感知功能作为核心网的一个功能，且与其他核心网功能实体之间存在潜在的接口交互。在某些情况下，考虑到感知的对象很多都是非合作对象，即对象被感知是在非主动的情况下实现的， 这时这些对象在网络内本身就不存在与感知业务相关的身份信息，自然感知对象的反射数据是在基站侧还是在核心网侧进行分流处理并没有本质区别，尤其当应用目的仅涉及到接入网相关功能（如波束调整和动态调度等），感知功能在逻辑上属于接入网是一种更合理的架构方式[4]。通信感知一体化网络架构的潜在方案包括两大类： C-U 分离和C-U融合的网络架构： 1) C-U分离架构，如图2.2-4(a)所示，感知控制功能和感知数据面功能分别属于核心网不同的两个网元，分别实现感知业务的控制与感知数据的采集与分析，可与5GC网元进行交互，符合现有网络架构演进方向，业务逻辑清晰。 2) C-U融合架构，如图2.2-4(b)所示，该架构下感知网元控制功能和感知数据面功能同属于核心网一个网元，适用于轻量级网络感知需求；感知数据可直接经由控制面或用户面传输到感知网元，可减少新接口的引入，简化网络架构。 (a) C-U分离架构 (b) C-U融合架构 图2.2-4 C-U分离和C-U融合的网络架构 本地化网络架构： “ 1)本地分布式架构，如图2.2-5(a)所示，感知功能逻辑上属于接入网，并进一 步在逻辑上属于基站内部的一个功能，感知功能可以通过N2接口与5GC交互。该架构可通过接入网感知功能辅助RAN侧实现对空口的动态控制，可以满足感知功能的实时性要求，并且不需要引入新的开放接口，架构简单，传输节点少，易部署。 2) 本地集中式架构，如图2.2-5(b)所示，感知功能逻辑上属于接入网，但是属 13 gNB Xn Uu gNB NG-C NG-RAN AMF UE SF SF Xn Uu NG-C NG-RAN UE gNB gNB SF 于独立于基站之外的一个单独节点或实体。该架构可通过接入网感知功能辅助 RAN侧实现对空口的动态控制，可以满足感知功能的实时性要求，通过引入新的开放接口（Itf）来实现多站协同的感知功能控制，也可适配单站级别的感知控制功能。 3)综合式架构，如图2.2-5(c)所示，感知功能在逻辑上进行了进一步划分，一部分感知功能属于接入网，另一部分感知功能属于核心网，本方案独立于现有核心网AMF来进行两层感知功能之间的交互，并且可以根据不同的感知应用场景来进行不同的感知信令配置及感知数据收集，最大限度地扩展了通信感知一体化的应用范畴。 AMF Xn Uu NS1 NG-RAN SF-C UE gNB gNB SF-R SF-R SF-R (a) 本地分布式架构 (b) 本地集中式架构 (c) 综合式架构 图2.2-5 本地化网络架构 关撑键感技知术业4务：实基现于不同网络架构的感知业务流程支 “ 面向不同的应用场景，感知业务需求可由终端、网络或业务平台提出，核心网 可根据需求选择相应的网元参与，同时选择合适的基站或终端执行感知，基站根据需求调度无线资源进行感知或传输数据。此外，由于感知业务涉及敏感数据，如人体特征及行为、涉密机构位置及机构内人员活动等，调用感知业务需通过鉴权或授权。 面向感知业务的流程控制需支持如下机制： 14 感知业务模式的选择，即根据实际业务需求选择六种模式中的一种或多种 感知业务质量策略与计费策略的提供感知数据的传输与处理 感知鉴权或授权 感知节点的选择，包括参与感知的核心网网元和执行感知的基站或终端 度、速度精度小于0.1km/h的样机系统 产和业华推为进发：布3感GP知P距已离启超动过场5景0需0m求、研角究度；精中度国达移0动.2 “ 国际标准组织3GPP和国内IMT-2020推进组针对通信感知一体化开展了研 究工作。3GPP SA1于2022年2月确定通信感知一体化Rel-19新立项，主要讨论通信感知一体化场景和需求。3GPP RAN和SA2计划将于2023年底讨论空口和网络架构Rel-19新立项。IMT-2020通感任务组于2021年8月开始针对场景需求、关键技术、网络架构、外场测试、仿真评估五个方面开展研究工作。 中国移动联合产业伙伴在通信感知一体化领域展开全方位的技术研究和合作，基于5G基站的频段和5G网络部署情况，对于感知应用的组网方案、关键技术、干扰管理、感知指标和能力与产业伙伴定期展开深入的技术交流，共同推动原型样机开发。 目前，中国移动联合华为开展通信感知一体化样机研发和测试工作，分别在交通场景和低空场景对车辆感知和无人机感知进行了测试验证，验证结果显示，感知距离超过500m，角度精度达0.2度，速度精度小于0.1km/h。相对于当前主流无人机感知技术，该样机感知目标更多，种类更全，区域更广，结果更加可信。产业界也正在探索更多的通信感知应用场景，并根据样机开发和场景应用成熟度，预期在未来2-3年内逐步开展通信感知一体化产业落地的试点工作。 2.3 U致D时D延频需谱求新范式同时满足行业大带宽与极 统的以下行时隙为主的TDD无法有效满足工业互联网应用场景中提出的极致时延和高可靠需求，亟需双工模式的变革来助力行业的数字化转型升级。 “ TDD频谱是5G的主力频谱，时分双工是5G在TDD频谱上的主要工作模式，传 15 “ 场低景时需延求和：高利可用靠T需DD求频谱满足工业场景的极致 传统的toC业务以eMBB为主，通常对下行速率和容量有较高要求，因此5G公网的TDD帧结构中下行时隙占比较大。然而，toB应用尤其是工业互联网场景对 5G的时延能力提出了极致要求，例如，在智慧工厂、智慧港口等工业互联网场景中，5G应用开始从行业辅助生产环节向核心生产环节延伸，行业核心生产环节涉及到的机器运动控制、机器间协同、机器视觉AI检测等应用。据统计，在所有工业控制协议中，约15%要求端到端时延不高于1ms、约35%要求端到端时延不高于 4ms、约30%要求端到端时延不高于10ms，留给空口传输的时延会更短，这就要求5G-A空口需要具备极致低时延和高可靠能力以支持工业互联网的实时应用，推动工业网络向无线化演进。另外，有些toB应用也会自下而上产生海量数据，将大量的人和机器的信息传递上云 [5]，提出了大上行的传输需求。 关板，键实技现术极：致时时频延统与一覆全盖双，工挑打战破频T谱DD效性率能极天限花 “ UDD时频统一全双工开辟了全新时频复用模式，可以利用单载波提供“0”等 待时延，并可以有效提升上行覆盖，一网多能支持低时延高可靠与大上行或大下行业务的高效共存，满足运营商的中长期部署需求。如图2.3-1所示，UDD时频统一全双工技术包含双载波UDD和单载波UDD技术两种。 双载波UDD技术又分为SUL补充上行和双载波互补帧结构两种方式，如图（a）和图（b）所示。基于SUL的D-UDD通过将一个单独载波作为全上行来配合TDD载波使用，可以极大提升上行的覆盖和降低时延。基于互补帧结构的D-UDD在两个TDD载波上配置互补的上下行时隙配比，可以实现在任何时刻都既有上行传输机会也有下行传输机会，从而提供极致时延能力，但是需要终端具备载波聚合的能力。这两种方式中国移动均已推动在前期标准中实现，并已在现网中进行了推广应用，后续还可以通过跨载波灵活HARQ反馈和重传合并等增强进一步提升性能。 单载波UDD如图（c）所示，也即子带全双工技术，在一个载波内将不同的子带配置为不同的传输方向，通过自干扰消除、子带间干扰抑制等关键技术，使用单载波就可实现任何时刻的上下行传输，满足1ms以内的极致时延需求，并可通过上下行带宽灵活调整，有效匹配大上行或大下行需求。同时，由于上行传输的机会相比传统TDD模式大大增加，因此可以通过上行重复传输等手段大大提升上行覆盖能力。 16 “ 图2.3-1 UDD时频统一全双工 UDD时频统一全双工需要解决复杂严峻的干扰问题，尤其是单载波时频统一全双工，包括子基站侧的上下行自干扰、基站间或终端间的子带间交叉链路干扰甚至终端侧的上下行自干扰等新的干扰类型，关键技术包括： 1) 基站侧自干扰抑制技术：包括天线域、射频域和数字域自干扰抑制技术 [6]。其中，天线域可以采用收发分离天线架构，并且在收发天线之间增加一些隔离板或金属栅栏，以增加干扰隔离度；射频域可以采用频率固定的或频率可调的子带模拟滤波器，或模拟射频自适应滤波器，在射频域削弱上下行子带间的干扰，避免LNA或ADC饱和；最后，可以在基带采用先进的数字域干扰删除算法，进一步删除残余干扰。 2) 基站间/终端间的子带间交叉链路干扰抑制技术：子带间交叉链路干扰为非线性干扰，需要定义新的干扰测量量以及相应的测量和上报机制，进行针对性的干扰检测和抑制。 3) 资源分配和系统设计：S-UDD网络中，终端形态灵活多样，既可以是存量 TDD终端（不能感知S -UDD网络配置）、也可以是新型TDD终端（可以感知 S-UDD网络配置），还可以是具有子带全双工能力的终端。针对存量TDD终端，需要研究如何无感知地工作于S-UDD网络中；对于新型TDD终端，需要研究S-UDD网络配置指示技术，并且优化诸如SSB与上行传输冲突、DCI调度信令中多个子带非连续频域资源指示、多个子带非连续CSI测量资源指示等问题；对于具有子带全双工能力的终端，将结合终端能力，进行更多性能优化。 能力提升和极致空口时延 产内业合推作进伙：伴主联导合3发GP布PU标D准D制样定机；，中实国现移10动x上与行业 “ 中国移动于2021年6月，主办了UDD时频统一全双工研讨会，邀请业界企业共同探讨 UDD时频统一全双工的未来发展方向。同年12月，中国移动在3GPP主导了Rel-18 NR双工演进的立项 [8]，作为报告人继续整合和引领国内外通信行业力量，主导UDD技术的研究和标准制定工作，推动相关技术的早日成熟和实验验证。 17 中国移动还积极与产业界紧密合作研究，通过联合样机研发，推动产业化工作的稳 步发展。中国移动在2021年12月份发布的基于互补帧结构的D-UDD样机通过在2.6GHz和 4.9GHz TDD载波上使用互补TDD配置，验证了D-UDD双载波时频统一全双工的技术潜力，实现了空口4ms端到端确定性低时延和99.9999%可靠性的传输能力。本次发布的基于 SUL的D-UDD样机通过50MHz的SUL和100MHz的TDD，并使用上行多用户8流，实现小区峰值首次突破3Gbps，达到10倍上行能力提升。 2.4 空天地一体使能全场景随需接入 “ 近年来，全球低轨卫星互联网部署热潮兴起“，天地一体”成为国家空间信息基础设施 重点演进方向之一。NTN（non-terrestrial network，非地面网络）被视为地面通信网络的重要补充。3GPP在Rel-15就提出了卫星接入网络整合到5G网络的需求，Rel-16启动了NTN的技术研究，并在Rel-17完成了5G融合卫星通信系统的第一阶段标准化工作。期间，确立了首个NTN和地面网络融合的移动通信网络架构，并完成了适配卫星网络的高传播时延和多普勒偏移等特性的空口协议功能设计。 场景需求：天地一体化网络实现广域覆盖 “ 由于陆地的覆盖仅占地球表面的6%，且陆地覆盖不足也依然是个重大的问题，尤其是 偏远地区，伴随着5G的通信触觉进一步延伸到更广阔的空、天、地、海领域，NTN（non-ter- restrial network，非地面网络）被视为地面通信网络的重要补充。通过深度融合天基和地基网络，利用卫星通信可以不受地形地貌的限制提供强大的覆盖能力，尤其是低轨卫星具有传输时延低，且成本较低廉，系统容量大的特点，与地面5G的融合能够为用户提供更为可靠的一致性服务体验，降低运营商网络部署成本，连通空、天、地、海多维空间，形成一体化的泛在网络格局，比如，可以有效得解决偏远地区由于缺乏网络部署和接入成本高，处在偏远地区的车辆和船只无法通过地面网络接入因特网，运输和物流、农业、环境监测、采矿等场景下无法通过地面网络采集到状态信息采集和下发控制管理命令等问题；以及克服在应急场景下，当地面网络基础设施因灾难损坏，无法及时提供高可靠的应急通信的难题。 从临需如求下和挑技战术：方面来看，实现天地一体化网络面 挑战1 18 天地一体网络拓扑编址路由机制不统一：一方面，天地一体网络无法复用地面IP编址和寻址。面向5G-A网络的天地网络中，卫星与地球的相对高速移动，导致其基础设施全球高动态时变，星间与星地链路与拓扑频 繁变化，编址不稳定，现有的地面IP编址和寻址无法直接应用于天地一体网络。另一方面，天地一体网络的拓扑频繁变化。卫星高速移动所导致的卫星网络内部及与地面网络之间的拓扑关系不断变化是一直困扰天地网络路由机制设计的难题之一，尤其是在网络业务负载显著加重时，随着卫星规模增长，切分卫星运行周期内的静态拓扑片段难度急剧增加，使得星上存储开销和维护开销急增，星上面临路由表爆炸问题，对网络可用性造成极大影响。 挑战2 天地一体网络存储需求将激增：随着5G-A网络的低时延、大数据量、 AI等复杂业务应用的出现，这些应用不仅使网络流量正在以前所未有的速度增长，还产生巨大网络数据量的存储的需求，这给天地一体网络的存储带来了巨大的挑战。 挑战3 缺失天地融合的统一的空口设计：相对于传统的地面通信，卫星通信的传播环境、移动性、卫星轨位变化和多重覆盖等方面和地面网络有着很大的差异，体现在空口的时延、同步、移动性等多方面与地面移动通信存在诸多不同。而目前的5G系统的空口设计主要是针对传统地面网络，需要统一的波形设计和统一的空口技术可以尽可能扩大产业链，保持技术体系的一致性，使得两方面优势互补、合作共赢，网络可以真正利用卫星通信的广域覆盖的优势，以及飞行器的灵活分布的优势，弥补地面通信的不足，提供业务的连续性，尤其是在应急通信、对空通信、海洋通信等场景下。 挑战4 缺失星地统一的频率资源分配机制：频率资源仍是制约星地融合的主要瓶颈，随着低轨星座的大面积部署，频率冲突的问题将愈发严重，探索星地频率规划及频率共享新技术是实现星地融合需要解决的首要问题。 19 图2.4-1 天地一体化网络应用示意 空口技术；星地、星间频率资源的协同管理 关多键级技池术化：分基流于存位储置技的术天；地天一地体网统络一融编合址的路统由一； 关实键现技卫术星1互：联基网于的位稳置定的、天高地效一、可体扩统展一编址路由， “ 面向天地一体网络无法复用地面IP编址和寻址的问题，近年来国内外研究多 个编址与卫星移动相解耦的方法。目前的研究主要聚焦于基于位置信息的IP编址，为IP地址赋予位置属性，实现IP编址与逻辑接口解耦，降低用户IPv6地址切换频率，使用户地址分配与卫星切换无关。基于IPv6的新型编址和寻址，利用空间卫星的运动特征对全球地表位置进行层次化分区和编码，构造层次化的 IPv6 空间位置编址，实现天地统一寻址，打破异构网络之间壁垒，化异构互联为同构融合，在高动态空天地环境下确保卫星互联网的稳定、高效、可扩展。 此外，卫星高速移动所导致的卫星网络内部及与地面网络之间的拓扑关系不断变化是一直困扰天地网络路由机制设计的难题之一。当卫星网络仅承载简单业务时，卫星接入的业务负载相对于星间链路的高速传输能力而言较轻，发生网络拥塞的概率较低。此时，具有较低复杂度的静态路由算法就足以解决星座网络路由问题。但是如果需要承载宽带多媒体业务，则网络业务负载显著加重，且随着卫星规模增长，切分卫星运行周期内的静态拓扑片段难度急剧增加，由于时间片增长规模正比于链路切换次数，使得星上存储开销和维护开销急增，星上面临路由表爆炸问题，对网络可用性造成极大影响。基于IPv6的新型编址和寻址体系利 20 用稳定且规则的星座特性，以及分层的编址特征，并且采用地理位置寻址的方式在地面用户间传输流量，可以在不重新收敛的情况下实现稳定、高可用性和高效的天地融合网络寻址。 关一键体技网术络2高：效多可级靠池的化服分务流存储技术，保证天地 “ 随着5G-A网络的低时延、大数据量、AI等复杂业务应用的出现，这些应用不仅使网 络流量正在以前所未有的速度增长，还产生巨大网络数据量的存储的需求，这给天地一体网络的存储带来了巨大的挑战。通过分流存储技术，将多种类型的存储集成到一个芯片上，用以消除海量数据存取处理并行的时延，分流存储技术可以消除传统的数据中心集中式存储产生的“存储墙”瓶颈的问题，通过直接利用存储器结合内部算数逻辑单元实现对数据的就近处理。通过云原生技术，对天地一体网络的多类异构计算架构进行统一抽象