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详解5natasha marley G R17标准议题:中国话语权再提升


更新日期:2020-01-06 06:22:47来源:网络点击:1528509

导语:

在2G、3G、4G、5G无线通信发展中,标准制定扮演着极为重要的角色。

以前我们无线产业之所以落后,处于跟随状态,是因为无线标准几乎都是欧美等国外制定,我们没有太多存在感。

直到4G、5G,这样的情况发生巨大改变,中国标准力量在崛起。在刚刚制定的重要的R17议题中,中国企业如中国移动、中国电信、中国联通、信通院、华为、vivo、中兴、OPPO等,都积极做出贡献。

最近,笔者看到通信阿牛的一篇对R17议题和中国贡献的梳理,分享给大家。

R15主要针对embb场景,已经于2018年冻结。

Rel-16作为5G第二阶段标准版本,主要关注垂直行业应用及整体系统的提升,主要功能包括面向智能汽车交通领域的5G V2X,在工业IoT和URLLC增强方面增加可以在工厂全面替代有线以太网的5G NR能力如时间敏感联网等,包括LAA与独立非授权的非授权频段的5G NR,其他系统提升与增强包括定位、MIMO增强、功耗改进等。目前Rel-16规范正在制定过程中,计划在2020年3月完成物理层规范。

2019年12月,在西班牙锡切斯举行的3GPP RAN第86次全会上,3GPP确定了针对5G R17版本的20多个研究和工作项目,预计将于2021年中或年底完成。本次3GPP RAN全会上,3GPP标准专家对Rel-17进行了规划和布局,围绕“网络智慧化、能力精细化、业务外延化”三大方向共设立二十多个标准立项,涵盖面向网络智能运维的数据采集及应用增强,面向赋能垂直行业的无线切片增强、精准定位、IoT及URLLC增强、低成本终端,以及面向能力拓展的非地面网络通信(卫星通信及地空宽带通信)、覆盖增强、MIMO增强(含高铁增强)等项目。

其中,3GPP RAN通过了Rel-17 RAN1/2/3主导的立项包,Rel-17计划15个月完成,各工作Rel-17开始时间和主导立项数如下:

  • RAN1从2020 Q1开始,RAN1主导立项11个;

  • RAN2从2020 Q2开始,RAN2主导立项10个;

  • RAN3从2020 Q2开始,RAN3主导立项4个;

  • RAN4从2020 Q3开始,2020年6月通过新立项。

本次3GPP RAN全会上,中国企业牵头了3GPP RAN R17版本多项重要标准立项,其中来自中国的运营商广泛参与和主导了多项重要标准立项,尤其在负责网络架构与接口的RAN3中新立项都由中国运营商牵头。

R17的主要讨论方向:

  • NR Light:针对中档NR设备(例如MTC、可穿戴等)运作进行优化设计;

  • 小数据传输优化:小数据包/非活动数据传输优化;

  • Sidelink增强:sidelink是D2D直联通信采用的技术,Rel-17会进一步探索其在V2X、商用终端、紧急通信领域的使用案例,实现这几个应用中的最大共性,并包括FR2(>6GHz)频段的部分;

  • 52.6GHz以上频率:Rel-15中定义的FR2毫米波频段上限为52.6GHz,Rel-17中将对52.6GHz以上频段的波形进行研究。

  • 多SIM卡操作:研究采用多SIM卡操作时对RAN的影响及规范的影响;

  • NR多播/广播:驱动来自于V2X和公共安全应用;

  • 覆盖增强:明确所有相关场景的要求,重点是极端覆盖,包括室内与更宽广区域;

  • 非陆地网络NR:NR支持卫星通信相关标准化;

  • 定位增强:工厂/校园定位,IoT,V2X定位,3D定位,实现厘米级精度,包括延迟及可靠性提升;

  • RAN数据收集增强:包括SON和MDT增强,采集数据以实现AI;

  • NB-IoT和eMTC增强

  • IIoT和URLLC增强

  • MIMO增强

  • 综合接入与回传增强

  • 非授权频谱NR增强

  • 节能增强

那么,这些项目将研究些什么?

一、频谱范围扩到71GHz

5G NR频谱范围(FR)分为FR1和FR2,其中FR1为410MHz - 7.125GHz,FR2为24.25GHz – 52.6GHz。现在,R17将5G NR的频段范围从52.6GHz扩展到了71GHz。

这与ITU的频段划分节奏是一致的,就在11月份,国际电联世界无线电通信会议(WRC-19)为5G确定了更多的频段,包括24.25~27.5GHz、37~43.5GHz、45.5~47GHz、47.2~48.2GHz和66~71GHz。

二、轻量版NR来了

大家都知道,NB-IoT和eMTC是简化版、轻量版的LTE,针对低功耗、低成本、低速率、大连接和广覆盖的物联网应用而生。进入5G万物互联时代,也需要一个简化版、轻量版的5G NR,他就是NR-Light。

为什么需要NR-Light呢?

详解5G R17标准议题:中国话语权再提升

5G定义了eMBB、uRLLC和mMTC三大场景,eMBB主要针对4K/8K、VR/AR等大带宽应用,uRLLC主要针对远程机器人控制、自动驾驶等超高可靠超低时延应用,而NB-IoT将演进为mMTC,主要针对低速率的大规模物联网连接。

简单的讲,uRLLC针对的是“高端”物联网应用场景,而mMTC针对的是“低端”物联网应用场景,那么问题就来了,在eMBB、mMTC与uRLLC之间存在的“中端物联网市场”的空白地带谁来解决?

比如以5G智能制造为例,只有机器人控制、AI质量检查等应用才需要超大带宽和超低时延的网络能力,而对于工厂内的监控摄像头、大量传感器而言,超大带宽和超低时延可能就是浪费,而NB-IoT在时延和带宽能力上又不能满足需求。

这个空白地带就是NR-Light的用武之地。

NR-Light的性能与成本介于NB-IoT与NR eMBB/URLLC之间,仅占用10MHz或20MHz带宽,支持下行速率100Mbps,上行速率50Mbps,主要应用于工业物联网传感器、监控摄像头、可穿戴设备等场景。

NR-Light主要研究方向包括:

•降低UE成本和复杂性

•减少UE上下行带宽

•减少UE RX天线,包括2RX和1RX

•降低基带复杂度

•降低UE Tx功率等级

•研究进一步提升UE能效的技术

•研究RRC IDLE/INACTIVE节电技术,包括空闲模式RRM、寻呼唤醒等

•研究基于RRC CONNECTED态的低功耗技术

三、关于NTN(非地面网络)

记住,5G的梦想是万物互联,是全连接、全覆盖。但要实现这个梦想太难,运营商不得不花很多钱,建很多基站,尤其是偏远山区,建站成本高的吓死人,还几乎没有收入。即使不差钱,海上行驶的船只、空中飞翔的飞机,你怎么去覆盖?

详解5G R17标准议题:中国话语权再提升

最好的办法就是让地面的蜂窝网络“通天”,即与非地面网络(NTN),比如卫星网络融合,打造立体式的广覆盖。

3GPP R16已经研究5G NR与非地面网络的融合,R17版本将进一步研究NB-IoT与非地面网络集成,以支持位于偏远山区的农业、矿业、林业,以及海洋运输等垂直行业的物联网应用。

四、NR覆盖增强

R17将评估5G NR重耕低频段的性能,评估上下行物理信道的覆盖等,研究覆盖增强方案。

五、定位精度提升到厘米级

卫星定位在室内无法使用,LTE和WiFi定位技术又不精准,为此,5G在R16版本中增加了定位功能,其利用MIMO多波束特性,定义了基于蜂窝小区的信号往返时间(RTT)、信号到达时间差(TDOA)、到达角测量法(AoA)、离开角测量法(AoD)等室内定位技术,定位精度可达到3-10米。

但这样的定位精度对于一些工业物联网应用还不够,比如室内资产追踪、AGV追踪等,为此,R17将进一步把室内定位精准度提升到厘米级,大概是20-30厘米左右。这对于5G使能工业物联网非常重要。

六、XR评估

XR指的是扩展现实,其中包括AR、VR和MR(混合现实)。5G边缘计算让云端的计算、存储能力和内容更接近用户侧,使得网络时延更低,用户体验更极致,使能AR、VR和MR等应用。同时,得益于5G低时延、大带宽能力,终端侧的计算能力还可以上移到边缘云,使得VR头盔等终端更轻量化、更省电、更低成本。这种“轻终端+宽管道+边缘云”的模式将砍掉VR/AR昂贵的终端的门槛,摆脱有线的束缚,从而推动XR应用普及。R17将评估这种边缘云+轻量化终端的分布式架构,并优化网络时延、处理能力和功耗等。

七、INACTIVE态下小数据包传输

全称为NR small data transmissions in INACTIVE state。

详解5G R17标准议题:中国话语权再提升

4G LTE的RRC状态只有两种:RRC_IDLE和RRC_CONNECTED,5G NR多引入了RRC_INACTIVE。

在RRC INACTIVE状态下,终端处于省电的睡眠状态,但它仍然保留部分RAN上下文(安全上下文,UE能力信息等),始终保持与网络连接,并且可以通过消息快速唤醒从RRC INACTIVE状态转移到RRC CONNECTED状态。这样做可以减少信令开销,可以快速接入,降低时延,还能更省电。现在R17将支持在INACTIVE状态下就能直接进行小数据包传输,可以最大程度地降低功耗,这对于一些工业物联网应用(比如传感器升级)和智能手机的微信、Whatsapp等聊天应用非常受用。

八、NR Sidelink增强

什么是Sidelink?就是传说中的D2D(设备与设备之间直接通信)的增强扩充版,不同于我们熟知的Uplink和Downlink链路,Sidelink是为了支持设备与设备之间直接通信而引入的新链路。车联网技术叫V2X,Vehicle-to-everything,意思是车辆与可能影响车辆的任何实体之间的信息交互。基于蜂窝网络的车联网技术叫C-V2X,包括LTE V2X和NR V2X。

C-V2X支持车辆与车辆、车辆与其他设备之间的直接通信和基于蜂窝网络的通信,包括V2N(车辆与网络/云)、V2V(车辆与车辆)、V2I(车辆与道路基础设施)和V2P(车辆与行人)之间的通信。其中,车辆与车辆、车辆与其他设备(V2V,V2I)之间的通信采用PC5接口。在3GPP规范中,Sidelink是指通过PC5接口进行直接通信的术语。

详解5G R17标准议题:中国话语权再提升

3GPP早在R13版本就定义了PC5接口,不过,当时只是为了满足公共安全(PS-LTE)的关键任务需求,比如救灾中的对讲通信。到了R14版本,PC5接口扩展应用到LTE V2X技术,即基于LTE系统的V2X服务。进入5G时代,R15又将V2X技术扩展支持5G,即NR V2X。NR V2X补充了4G时代的LTE V2X解决方案,可提供更好的车联网服务。同时也引入了NR Sidelink,以支持车辆与车辆、车辆与路边单元等其他设备之间直接通信。

而本次NR Sidelink增强将直接通信的应用场景从V2X扩展到公共安全、紧急服务,乃至手机与手机之间直接通信应用。为了更好的让Sidelink支持新应用,R17将致力于优化Sidelink的功耗、频谱效率、可靠性、时延等。

九、IAB增强

IAB,Integrated Access & Backhaul,就是指无线接入和回传集成,其通过无线回传来代替光纤前传/回传,组成无线网状网回传拓扑,从而避免挖沟架线费力地铺设光纤,让基站部署更加灵活、简单、低成本。

R17的IAB增强致力于提升效率和支持更广泛的用例,比如让网状网拓扑更动态,比如将IAB应用于通信应急抢险。

十、NR MIMO

进一步增强MIMO能力,改善波束赋形和波束管理,并减少相关开销。

十一、NR DSS增强

DSS,动态频谱共享,在R16中已进行了大改进。R17将进一步探索更优的跨载波调度。

十二、进一步增强MRDC

MRDC,Multi-Radio Dual Connectivity,该机制可在用户流量下降时快速deactivate不需要的无线发射,从而可节省电量。

十三、

NR UE Power Saving Enhancements

5G终端耗电和发热是用户最关心的问题之一,3GPP正在研究进一步降低5G设备功耗的办法。

十四、Multi-SIM

这是3GPP首次研究支持双SIM卡或多SIM卡的Multi-SIM设备,3GPP将致力于改进Multi-SIM技术,比如一部手机支持多张SIM卡、支持不同的网络时可互不影响。

十五、无线网切片增强

另外,研究RAN切片、SON/最小化路测数据收集增强、针对5G不同业务需求的QoE管理和优化、NB-IoT和LTE-MTC增强等项目。

此外,

中国企业的贡献

中国移动重点关注无线切片增强、网络智慧化、多播组播业务、非地面网络通信和高铁优化等课题,在Rel-17版本标准化工作中,承担面向智慧网络的“无线切片增强”、“SON/MDT数据采集增强”、“多播广播”标准项目的报告人职责。

其中,无线切片增强项目将研究基于无线切片的小区选择和随机接入资源配置,以及面向切片业务连续性的移动性优化,在原有无线切片基础上,进一步加强切片需求与无线资源的精准匹配;SON/MDT数据采集增强项目将为5G网络与人工智能(5G+AI)深度结合提供有力抓手,有望为全球运营商提供更加自动化、智能化和标准化的手段,进一步降低网络运维成本,提升网络性能;多播广播项目将赋能5G网络按需提供高效的多播组播业务,满足不断涌现的移动直播业务和垂直行业群组通信等需求,降低网络拥塞概率,提升用户体验。

中国电信牵头的5G网络覆盖增强立项得到了全球四十多家公司的支持,并获得全会通过;该项目将全面评估现有5G SA组网技术下的覆盖性能,研究并制定进一步覆盖增强方案;通过该项目工作,一般城区环境下5G SA网络小区边缘上行不低于1Mbps。预计2020年6月该项目将完成研究阶段,并步入标准制定阶段;项目开展过程中,中国电信将与业界伙伴紧密合作,融合海内外不同运营商的需求,制定全球统一的覆盖增强方案,助推5G SA商用部署进程。

中国联通、中国电信联合牵头的在2.1GHz频段上增加50MHz带宽的项目成功立项,相关工作预计在2020年3月份完成。推动2.1GHz频段更大带宽支持和更灵活带宽配置也是中国联通“弹性空口”技术研究体系的一部分内容,“弹性空口”是中国联通为了更好的满足未来5G多场景应用而自主提出的新型无线技术方案,在匹配用户业务需求,做到“网随业变,网随人动”的同时最大化系统的效率,打造“弹性”、“智能”、“协同”的网络,实现业务体验与系统效率的双提升。该项目的成功立项意味着,中国联通、中国电信的共建共享又进入一个里程碑的阶段,未来中国联通、中国电信将在标准化工作的合作将更加紧密。

中国终端厂商首获RAN牵头立项

设备商方面,来自中国的华为、中兴、大唐等设备商均在RAN1和RAN2广泛参与。

除了运营商和设备商以外,本次3GPP RAN全会上的另一大亮点便是,来自中国的手机终端及芯片厂商也首次参与到3GPP RAN R17版本多项重要标准立项。

基于这几年在3GPP的全面参与和积累,vivo和OPPO首获RAN牵头立项。其中,vivo牵头的Support for Multi-SIM devices项目成功立项,重点关注一个手机有多张SIM卡时,多张卡面向不同网络的冲突处理;OPPO牵头的Study on NR sidelink relay项目成功立项。

此外,芯片厂商方面,来自中国台湾的联发科牵头的NB-IoT/eTMC supportfor NTN项目成功立项,以及NR UE Power SavingEnhancements项目成功立项。

3GPP改选中国企业代表担任多个重要职位

这次3GPP RAN第86次全会上来自中国通信企业的专家代表也早已在3GPP改选中担任了多个重要职位。

中国移动研究院专家徐晓东连任3GPP RAN全会副主席,这是我国运营商在3GPP担任的最高职务;中国移动研究院安全专家齐旻鹏成功当选新一任3GPP SA3组(隐私与安全组)副主席;中国移动研究院孙滔博士也在今年当选3GPP SA2工作组副主席;中国电信夏旭当选3GPP SA1副主席,这是中国运营商专家首次担任SA1副主席职位。

大唐移动通信设备有限公司标准部艾明博士代表大唐电信集团当选3GPP TSG CT副主席,这是大唐电信集团迄今为止首次在3GPP中层组织当选的领导职位。

华为公司的Peter Schmitt成功当选CT4工作组主席,作为5G核心网基础架构的SBA(基于服务的网络架构)详细技术规范就是在CT4工作组中完成的;华为子公司Futurewei专家陈翔当选3GPP RAN4主席;值得一提的是,华为公司的万蕾博士还被授予了3GPP终身成就奖,以表彰其15年来在3GPP内部及代表RAN项目所做的卓有成效的工作。

中兴通讯无线专家Sergio Parolari成功当选新一届3GPP RAN2副主席,这是继2017年8月中兴通讯专家高音成为RAN3工作组副主席后,中兴通讯在全球最重要的通讯标准组织3GPP中实现的领导席位创纪录突破。此外,还有联发科的技术专家Johan Johansson当选3GPP RAN2主席职务,助力5G时代新技术标准化工作。

近年来中国企业在3GPP标准制定过程中开始发挥越来越重要的作用,话语权也在进一步提升,这些都是在中国的移动通信产业经历了1G空白、2G追随、3G突破、4G并跑之后,在5G时代处于领先地位之后,获得的国际认可。

来源:新浪微博“通信阿牛”

详解5G R17标准议题:中国话语权再提升

黄海峰:

资深科技媒体人,关注通信、终端、互联网、IT的融合发展。

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