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对于现有蜂窝网络通信系统来说，其使用的授权频谱主要通过拍卖或行政手段分配，并由取得频谱使用权的运营商和/或某些特定接入技术所独占。换句话说，授权频谱的使用具有排他特性。同时，为了提供高质量的通信服务，运营商通常会进行大规模的网络投资来规划和部署工作在授权频谱上的高可靠通信网络设备。投入如此巨大的资本的主要原因是运营商希望蜂窝网络通过授权频谱对保证无缝覆盖、确保蜂窝网络的高可靠性、实现高频谱效率起关键性的作用。授权频谱是无线通信的基石，3G WCDMA/cdma2000/TD-SCDMA、4G LTE及5G NR等多代通信设备通常都工作在授权频谱上。
非授权频谱是国家或地区开放给民众免费使用的频谱资源，只要符合占用带宽、信道占用时间、发射功率等监管要求，并确保使用非授权频谱的设备之间能够友好、公平共存，任一运营商、企业或用户都可以免费使用。我们最熟悉的使用非授权频谱通信的就是Wi-Fi（可参考第1.4.1节）,Wi-Fi使用的最主要频段包括2.4GHz、5GHz和60GHz频段。
与授权频谱相比，由于非授权频谱的免费和共享特性，非授权频谱很难达到上述与授权频谱相类似的网络性能。然而，授权频谱不仅使用费用高昂，而且频谱资源紧缺，尤其在低频段已经几乎被划分殆尽。如果能够有效利用非授权频谱，将其作为授权频谱网络部署的补充，可以很好地缓解运营商和用户当前的流量焦虑，未来会为运营商、上下游行业/企业和用户带来极大的价值。
随着LTE网络的快速部署和移动互联网的迅猛发展，数据业务迎来了大爆发，视频业务成为流量的主要类型，移动宽带数据流量连年呈指数级增长。为了保证用户体验，需进一步提升数据传输速率。增加频谱带宽是提升数据传输速率最根本也是最有效的方式。
然而，如上所述，作为运营商最重要的资产，授权频谱资源往往非常紧缺。虽然3GPP在LTE-A Rel-10版本中就已经支持将5个20MHz的LTE载波聚合到100MHz、在LTE-A pro Rel-13版本中可支持多达32个LTE载波的聚合，但是同一个运营商很难将几个10MHz或20MHz的LTE载波进行聚合。由于授权频谱资源的短缺，运营商自然而然地把目光投向了非授权频谱。在非授权频谱上部署LTE网络，可以使运营商在几乎不付出任何频谱资源成本的情况下增加新的可用频谱。
此外，从3G WCDMA/cdma2000/TD-SCDMA到4G LTE/LTE-A，基于3GPP国际通信标准的无线通信技术在全球得到了迅速普及和应用，这一方面反映了人们对无线宽带数据通信的需求在持续增长，另一方面也说明了3GPP是一个极其成功的国际通信标准化组织，其制定的系列无线标准能够很好地顺应无线通信发展的需求。
鉴于运营商、设备商、用户及关联行业对蜂窝网络使用非授权频谱通信的强烈需求和意愿，将3GPP在授权频谱无线通信上的研究成果延伸到非授权频谱，是一件水到渠成的事情。相对于Wi-Fi、蓝牙等其他非授权频谱通信设备，基于3GPP LTE技术的非授权频谱接入在初始接入、移动性管理、干扰消除、多址接入、授权与非授权共存、兼容性及运营管理等多方面具有天然的优势，并且它能够共享3GPP现有的成熟生态。然而，LTE非授权（LTE-U）频谱概念刚一提出就遭到了IEEE等组织的质疑。原因是在非授权频段上，依托于IEEE 802.11系列标准的Wi-Fi是现有最主流也是普及的通信技术，LTE-U的出现势必会和Wi-Fi展开正面竞争，不仅会对使用Wi-Fi的设备的通信产生潜在干扰（虽然可以通过中立的信道接入机制来规避），还会影响到Wi-Fi巨大的商业价值。
2014年9月，3GPP在授权辅助接入（LAA）研究项目 [3] 中首次引入了基于蜂窝网络接入非授权频谱的概念。在2015年成立的Rel-13 LTE LAA工作项目 [11] 中确定，LTE LAA以载波聚合技术为基础，由授权载波辅助非授权载波接入，以实现对LTE网络数据业务承载的补充（如图1-8所示），并且引入了LBT（先听后说）等机制，以实现与其他无线技术（例如Wi-Fi）之间的公平、友好共存。Rel-13 LAA系统基于LTE技术，采用子帧级的TTI（传输时间间隔）粒度进行精细调度，并且具备混合自动重传请求功能，因此在频谱效率和数据传输性能方面优于Wi-Fi系统。此外，Rel-13 LAA系统在干扰抑制、功率控制、移动性管理及无缝组网等方面的性能也优于Wi-Fi。
图1-8 LTE LAA
Rel-13 LTE LAA工作项目率先进行了LAA下行数据传输（辅小区下行为非授权载波）的标准化。2016年，Rel-14 LTE 增强的LAA（eLAA）工作项目 [12] 对LAA上行数据传输（辅小区上行为非授权载波）进行了研究和标准化。2017年，Rel-15进一步增强的LAA（FeLAA）工作项目 [13] 又对LAA物理层技术进行了更深层次的增强，引入自主上行发送（AUL）特性，以进一步提升非授权频谱资源的利用率，并降低发送时延。
LAA/eLAA/FeLAA（以下统称为LAA）操作下的非授权载波帧结构类型属于帧结构类型3，它不同于传统的帧结构类型1（FDD）和帧结构类型2（TDD），因为它没有绝对静态固定的上下行子帧位置，非授权载波上的任何子帧既可能被用于下行数据传输，又可能被用于上行数据传输。
随着物联网和移动互联网的迅速发展，未来10年（2021—2030年）无线通信技术将渗透到更加宽广的领域和行业中，譬如智能家居、车联网、远程医疗、工业控制、智慧城市/智慧农村等。这需要通信网络能够提供非常高的容量及数据传输速率，以满足用户对交互性和响应的期望。此外，随着移动通信业务量的不断增长，用户对高数据传输速率和无缝移动性的要求越来越高，授权频谱资源短缺问题日益凸显，因此，在5G蜂窝网络中引入非授权频谱特性的必要性不断提高。
对于5G蜂窝网络运营商来说，非授权频谱可以作为授权频谱的有效补充，以帮助解决特定场景中的流量爆炸问题。如图1-9所示，5G非授权频谱的典型应用场景包括密集城区、回传/前传、室内热点、智能交通系统（ITS）/车联网、工厂自动化/IIoT、火车站/机场/体育场馆等人流稠密的热点地区。
图1-9 5G非授权频谱的典型应用场景
目前蜂窝网络已经从4G LTE进入下一个演进阶段，即基于5G NR的新一代移动通信网络。因此，需要将这些5G NR最新的研究成果融入LTE LAA非授权频谱特性的演进中。5G蜂窝通信系统中的非授权频谱接入技术被称为“基于NR的非授权频谱接入（NR-U）”。
2017年3月，5G Rel-16 NR-U研究项目正式成立 [14] 。但是，为了在2017年年底率先完成NR NSA版本的冻结，NR特性中不重要或无须按时完成的议题、新成立的一些NR研究项目/工作项目都延后研究。因此，直到2018年2月RAN1第92次会议，3GPP才开始正式讨论Rel-16 NR-U SI相关内容。2018年12月，5G Rel-16 NR-U工作项目正式成立 [15] ，开启5G Rel-16 NR-U的标准化工作。2020年7月3日，3GPP宣布5G标准的第二版规范Rel-16冻结。相应的，Rel-16位于低频段（5～7GHz）非授权频谱接入技术的研究和标准制定工作也已完成。在后续的工作组会议上，3GPP主要讨论Rel-16 NR-U的一些不完善之处。
从2020年5月开始，3GPP开始进入Rel-17高频段（52.6～71GHz，其中包括授权频段和非授权频段）技术的研究和标准制定工作中 [16,17] ，并且在IIoT/URLLC等课题 [18] 中同步开展对非授权频谱接入技术的研究（主要研究内容包括UE发起的信道占用）。2020年12月，Rel-17 NR高频段（52.6～71GHz）研究项目完成，并根据研究项目达成的结论修改了原工作项目 [17] 计划研究的内容，新的工作项目研究内容在12月RAN第90-e次全会上被批准 [19] 。2021年12月，Rel-17 NR高频段（52.6～71GHz）工作项目在RAN1的标准化工作完成，整个Rel-17标准在2022年6月被冻结。此外，在2022年启动研究的Rel-18中，直连链路通信、定位、无人机等课题均包括研究非授权频谱接入下的增强。
蜂窝网络非授权频谱接入技术演进史如图1-10所示，共包括5个阶段，跨越了两代移动通信技术。
图1-10 蜂窝网络非授权频谱接入技术演进史
5G NR-U（Rel-16 NR-U、Rel-17 NR-U）沿用了4G LTE LAA的部分设计思路，同样引入了LBT（先听后说）机制来保证NR-U设备与同系统设备、异系统设备之间的公平共存。与4G LTE LAA相比，5G NR-U所使用的非授权频段的载波带宽可以更宽，对于Rel-16 NR，其除能使用与4G LTE LAA相同的20MHz带宽以外，还可以使用40MHz、60MHz及80MHz带宽。对于Rel-17 NR-U，其可以使用100MHz、400MHz、800MHz、1600MHz甚至2000MHz带宽。与小带宽的载波相比，当需要达到Gbit/s级别数据传输速率时，5G NR-U会降低gNB或UE侧的实现复杂度，它也可以支持更大规模的连接和更多的用户数。此外，5G NR-U与4G LTE LAA相比，支持更多的场景，不仅包括载波聚合，还包括双连接及独立组网等场景，这使得非授权频段的网络部署可以不再依赖于授权频段。
需要说明的是，Rel-16 NR-U工作在sub-7GHz频段，该频段隶属于Rel-15 NR定义的FR1（频率范围1）频段（410MHz～7.125GHz），因此Rel-16 NR-U可以基于Rel-15 NR现有的成熟协议进行设计。而Rel-17 NR高频工作项目针对的是52.6～71GHz频段，该频段既不属于FR1频段，又不属于FR2-1频段（24.25～52.6GHz），是3GPP标准化尚未涉及的一个全新频段，并且在该频段中既包含授权频段，又包含非授权频段。因此，在Rel-17 NR高频工作项目中，授权频段和非授权频段的设计是同步考虑的。从标准化的复杂性角度出发，两者尽量寻求能够公用的设计。
基于5G NR的非授权频谱接入作为授权频谱接入的有力补充，能够进一步丰富5G的使用场景和潜在用例，更好地满足eMBB、URLLC、mMTC等不同场景和业务的应用需求，从而有助于实现5G万物互联的通信需求，促进5G更快速的发展。5G NR-U为运营商降低运营成本、增强覆盖、提高系统容量及使用非授权频谱开展新业务提供了新的可能。3GPP将在5G演进版本中继续完善和增强5G NR-U，支持更高的非授权频段、更宽的频带及应用于更多场景，5G NR-U的发展前景非常广阔。