5G-A首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，補(bǔ)充和增強(qiáng)了哪些物聯(lián)網(wǎng)的能力？

作者：趙小飛物聯(lián)網(wǎng)智庫 原創(chuàng)

近日，在上海舉行的3GPP RAN（無線接入網(wǎng)絡(luò)）第104次會(huì)議上，3GPP R18標(biāo)準(zhǔn)宣布凍結(jié)。雖然R18仍在等待SA的最終復(fù)審，但凍結(jié)一事基本上沒有懸念。R18是5G標(biāo)準(zhǔn)史上第4版演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，更為重要的是它被視作5G下半場5G-Advanced第一個(gè)正式的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于，支持5G發(fā)展進(jìn)入5G-A商用新階段。

2021年12月，3GPP在R18標(biāo)準(zhǔn)中立項(xiàng)了近30個(gè)課題，其中包括多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方向的課題。如今，R18凍結(jié)，相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)方向課題也如期完成，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界規(guī)劃下一步產(chǎn)品和方案提供支持。同時(shí)，R18階段也對(duì)一些新的方向進(jìn)行前期討論和預(yù)研，為R19以及后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)和制定打下基礎(chǔ)?？梢钥闯?，構(gòu)建一張網(wǎng)絡(luò)支持各種類型物聯(lián)終端接入能力是5G演進(jìn)的一個(gè)顯著趨勢。筆者根據(jù)本次3GPP RAN第104次會(huì)議的決議，梳理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的主要進(jìn)展。

RedCap增強(qiáng)版標(biāo)準(zhǔn)，完善了5G對(duì)不同速率等級(jí)終端的支持

R18標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)最具代表性的進(jìn)展是完成了RedCap的增強(qiáng)版本標(biāo)準(zhǔn)，即eRedCap，在R18所立項(xiàng)的課題是《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在本次3GPP RAN第104次會(huì)議上，通過了該課題的多個(gè)方向，例如在RAN2就通過了以下文案并提交全會(huì)通過。

眾所周知，RedCap的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在R17已經(jīng)凍結(jié)，面向中速率物聯(lián)網(wǎng)終端接入場景，將NR的帶寬從100MHz裁剪為20MHz，天線配置減少到1T1R或1T2R，引入半雙工模式等優(yōu)化，使其在Sub 6GHz頻段范圍內(nèi)可支持約20Mbps-100Mbps的上下行理論峰值速率，與LTE Cat.4終端能力接近。

目前，RedCap已經(jīng)成為5G物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)界高度重視其商用進(jìn)展，中國市場發(fā)展尤其亮眼。去年10月份，工信部發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)5G輕量化（RedCap）技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的通知》，今年4月，工信部又發(fā)布了《關(guān)于開展2024年度5G輕量化（RedCap）貫通行動(dòng)的通知》，對(duì)RedCap全面發(fā)展提供了政策保障。產(chǎn)業(yè)各方也積極響應(yīng)，近日舉行的RedCap產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，中國移動(dòng)表示其RedCap商用網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國200多個(gè)城市超30萬站，并宣布2024年底前在超過300個(gè)國內(nèi)城市啟動(dòng)全球規(guī)模最大的5G-A商用部署；中國電信攜手中國聯(lián)通在浙江、貴州、廣東、河南、上海5個(gè)省市現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下完成全球首個(gè)全頻段、全制式、全場景5G RedCap商用驗(yàn)證，啟動(dòng)百城規(guī)模商用進(jìn)程。

本次凍結(jié)的R18標(biāo)準(zhǔn)中，增強(qiáng)版的eRedCap則面向10Mbps中低速率物聯(lián)應(yīng)用，定義5MHz新終端，進(jìn)一步降低終端成本，不少性能與LTE Cat.1和Cat.1 bis終端能力類似，為未來5G一張網(wǎng)絡(luò)支持中低速物聯(lián)提供便利。

此前，3GPP在R15-R17版本標(biāo)準(zhǔn)中，引入了針對(duì)NB-IoT和LTE-M的增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)，讓NB-IoT和LTE-M平滑演進(jìn)到5G家族中，5G一張網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NB-IoT和LTE-M的兼容。R17引入了RedCap后，使得5G能夠?qū)崿F(xiàn)大部分從低速到高速物聯(lián)終端接入的支持，然而對(duì)于速率處于10Mbps級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)終端，5G網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)其支持。本次R18凍結(jié)并引入eRedCap，實(shí)現(xiàn)了5G對(duì)低速到高速物聯(lián)網(wǎng)終端接入的全覆蓋。

不過，雖然eRedCap的標(biāo)準(zhǔn)已凍結(jié)，但其規(guī)?；瘧?yīng)用尚需時(shí)日，筆者在《5G RedCap在未來10多年將經(jīng)歷什么樣的發(fā)展歷程？》一文中對(duì)此進(jìn)行分析。RedCap商用分成三個(gè)不同的發(fā)展階段，2026年前后第二階段啟動(dòng)，這個(gè)階段開始eRedCap有一定的應(yīng)用，在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中速領(lǐng)域占絕了一席之地，但其連接規(guī)模還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LTE Cat.1系列，對(duì)Cat.1不能形成壓倒性優(yōu)勢；只有在第三階段，即主管部門、運(yùn)營商明確4G退網(wǎng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，eRedCap才能對(duì)4G物聯(lián)網(wǎng)系列逐漸具備了壓倒性優(yōu)勢，替代Cat.1加速，形成規(guī)?；瘧?yīng)用態(tài)勢。

同時(shí)，在R18立項(xiàng)的《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課題中，面向功耗敏感的物聯(lián)應(yīng)用，引入超低能耗喚醒接收機(jī)，大幅降低終端待機(jī)電流提升續(xù)航。另外，本次3GPP RAN第104次會(huì)議針對(duì)RedCap提出了一個(gè)新的課題，聚焦終端進(jìn)一步節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，即《NR power class 2 RedCap (Reduced Capability) UE in FR1》。

IoT-NTN增強(qiáng)版標(biāo)準(zhǔn)，提升衛(wèi)星直連物聯(lián)網(wǎng)通信能力

2022年6月，3GPP R17版本標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，其中一個(gè)備受關(guān)注的特性就是衛(wèi)星通信。在這一版標(biāo)準(zhǔn)中，有兩個(gè)工作組對(duì)NTN來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，一個(gè)是針對(duì)移動(dòng)寬帶的NTN標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用例的NTN標(biāo)準(zhǔn)，前一個(gè)采用5G NR框架來進(jìn)行衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)從地面到衛(wèi)星的固定無線接入回傳，并為智能手機(jī)直接提供低速率數(shù)據(jù)服務(wù)和語音服務(wù)；后一個(gè)側(cè)重支持低復(fù)雜度LTE-M和NB-IoT等LPWAN終端衛(wèi)星接入，擴(kuò)大很多場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，如全球資產(chǎn)追蹤。

R18立項(xiàng)課題中，就包括了《IoT NTN enhancements》這一課題。在R17 NTN的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步解決中低軌衛(wèi)星由于超高速移動(dòng)導(dǎo)致的頻繁切換難題，R18通過協(xié)同網(wǎng)絡(luò)和終端的衛(wèi)星通信等信息，實(shí)現(xiàn)終端無感知切換，有效避免了傳統(tǒng)切換帶來的頻繁信令風(fēng)暴和業(yè)務(wù)中斷問題。

從3GPP RAN第104次會(huì)議的文檔列表中可以看出，針對(duì)NB-IoT的標(biāo)準(zhǔn)研究均圍繞衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的方向進(jìn)行的。例如RAN4針對(duì)《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通過了多個(gè)文檔，銥星公司提出了針對(duì)NB-IoT NTN進(jìn)一步增強(qiáng)的新提案，包括提升能效和使用新的頻段等，希望在R19版本中完成凍結(jié)。

市場研究機(jī)構(gòu)ABI Research和Juniper research等均預(yù)測到2030年5G NTN連接數(shù)超過1億，而這超過1億的連接中，物聯(lián)網(wǎng)連接應(yīng)該是占據(jù)大多數(shù)份額。相對(duì)于支持手機(jī)寬帶數(shù)據(jù)和語音的NR-NTN，支持物聯(lián)網(wǎng)的IoT-NTN似乎更快實(shí)現(xiàn)了落地商用，從器件到測試再到應(yīng)用場景，業(yè)界都開始形成初步成果。

過去幾年，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)賽道出現(xiàn)大量廠商，筆者曾多次撰文指出，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線越來越多選擇3GPP標(biāo)準(zhǔn)化路線，因?yàn)?GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)化路線影響力越來越大，借助3GPP陣營成熟的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的成本會(huì)快速降低，有利于形成規(guī)?；?，未來基于3GPP的IoT-NTN成為大部分衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營廠商的選擇。

無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)展望，面向千億物聯(lián)市場

此前，相關(guān)機(jī)構(gòu)就在無線接入網(wǎng)技術(shù)組立項(xiàng)了名為“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究課題，隨著R18階段標(biāo)準(zhǔn)化的工作接近尾聲，這一課題最終形成了編號(hào)為3GPP TR 38.848的技術(shù)報(bào)告，作為R18階段無線接入技術(shù)組無源物聯(lián)網(wǎng)的核心成果。

3GPP RAN第102次會(huì)議通過了一個(gè)無源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目（SI）立項(xiàng)，預(yù)期在5G R19階段版本中發(fā)布，該SI項(xiàng)目建立在R18階段的研究課題之上。本次RAN第104次會(huì)議針對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)展開討論，對(duì)于無源物聯(lián)網(wǎng)研究方向形成一些共識(shí)。這些討論包括對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)在R19階段研究計(jì)劃、無源物聯(lián)網(wǎng)研究范圍、無源物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)等，為未來R19中無源物聯(lián)網(wǎng)研究奠定基礎(chǔ)。

筆者曾在《藍(lán)牙和WiFi陣營已加速，基于5G無源物聯(lián)網(wǎng)的商用還需多久？》一文中提出，無源物聯(lián)網(wǎng)作為R19中的SI課題，可能不會(huì)隨著R19凍結(jié)形成可進(jìn)行商用參考的技術(shù)規(guī)范。因此，基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用還需要一段較長的時(shí)間，未來在R19階段的研究取得預(yù)期成果后，或許R20階段會(huì)迎來無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的問世，R20作為5G-A最后一個(gè)版本，屆時(shí)無源物聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)齊了5G-A承諾的功能模塊，趕上5G標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的“末班車”，實(shí)現(xiàn)3GPP陣營無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。

總結(jié)來看，RedCap增強(qiáng)、IoT-NTN增強(qiáng)以及無源物聯(lián)網(wǎng)的探索，都在不斷補(bǔ)齊和強(qiáng)化5G能夠支持的各類物聯(lián)網(wǎng)終端接入能力。除此之外，還有諸如定位能力優(yōu)化、XR增強(qiáng)等技術(shù)方向都對(duì)物聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)提供強(qiáng)力支撐。雖然本次R18并未完全實(shí)現(xiàn)各類連接技術(shù)的完善，但可以看出，5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的一個(gè)趨勢是持續(xù)構(gòu)建全場景物聯(lián)，提升能力，讓一張蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠支持更多類型物聯(lián)連接。