近日，在上(shang)海(hai)舉行的(de)3GPP RAN（無線接入(ru)網絡(luo)）第104次會(hui)議上(shang)，3GPP R18標(biao)準(zhun)宣布凍結(jie)。雖然R18仍在等待(dai)SA的(de)最終復審，但凍結(jie)一事基本上(shang)沒(mei)有懸念。R18是5G標(biao)準(zhun)史上(shang)第4版演進標(biao)準(zhun)，更為重要的(de)是它被(bei)視(shi)作5G下半場(chang)5G-Advanced第一個正式的(de)標(biao)準(zhun)，對于，支持5G發展進入(ru)5G-A商用新(xin)階段(duan)。
2021年12月，3GPP在R18標準中立項了近30個課題，其中包括多個物聯網技術方向的課題。如今，R18凍結，相關的物聯網方向課題也如期完成，為物聯網產業界規劃下一步產品和方案提供支持。同時，R18階段也對一些新的方向進行前期討論和預研，為R19以及后續的標準演進和制定打下基礎。可以看出，構建一張網絡支持各種類型物聯終端接入能力是5G演進的一個顯著趨勢。筆者根據本次(ci)3GPP RAN第104次(ci)會議的決議，梳理(li)物聯網技術(shu)領域的主要進展。
RedCap增強版標準，完善了5G對不同速率等級終端的支持
R18標準(zhun)中，針對(dui)物聯(lian)網最(zui)具代(dai)表性的進展(zhan)是(shi)完成(cheng)了RedCap的增強版本標準(zhun)，即eRedCap，在(zai)(zai)R18所(suo)立項的課題(ti)是(shi)《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在(zai)(zai)本次3GPP RAN第104次會議(yi)上，通過了該(gai)課題(ti)的多個方(fang)向(xiang)，例如在(zai)(zai)RAN2就通過了以下文案并提交(jiao)全會通過。
眾所周知，RedCap的首個標準在(zai)R17已經凍結，面向中速(su)率(lv)物聯網(wang)終端接入場景，將NR的帶寬從100MHz裁剪(jian)為20MHz，天線配置減少到1T1R或(huo)1T2R，引(yin)入半雙工模(mo)式等優化(hua)，使其在(zai)Sub 6GHz頻(pin)段范圍內(nei)可(ke)支(zhi)持約20Mbps-100Mbps的上下行理論(lun)峰值速(su)率(lv)，與(yu)LTE Cat.4終端能力(li)接近(jin)。
目前，RedCap已(yi)經成為5G物聯(lian)網的(de)重點領域，產(chan)(chan)業界(jie)高度重視其(qi)商(shang)(shang)用(yong)(yong)進(jin)展(zhan)(zhan)(zhan)，中國(guo)市(shi)(shi)場(chang)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)尤其(qi)亮眼。去年(nian)10月份，工信部發(fa)布(bu)的(de)《關于推進(jin)5G輕(qing)量(liang)化(hua)（RedCap）技術演進(jin)和應(ying)用(yong)(yong)創新發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)通(tong)知》，今年(nian)4月，工信部又發(fa)布(bu)了(le)(le)《關于開展(zhan)(zhan)(zhan)2024年(nian)度5G輕(qing)量(liang)化(hua)（RedCap）貫(guan)通(tong)行(xing)動(dong)的(de)通(tong)知》，對RedCap全(quan)(quan)(quan)面發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)提供了(le)(le)政策保障。產(chan)(chan)業各(ge)方(fang)也積極響應(ying)，近(jin)日舉行(xing)的(de)RedCap產(chan)(chan)業峰會(hui)上(shang)，中國(guo)移動(dong)表示(shi)其(qi)RedCap商(shang)(shang)用(yong)(yong)網絡已(yi)覆蓋全(quan)(quan)(quan)國(guo)200多個城市(shi)(shi)超30萬站(zhan)，并宣布(bu)2024年(nian)底前在超過300個國(guo)內城市(shi)(shi)啟動(dong)全(quan)(quan)(quan)球規模(mo)(mo)最大的(de)5G-A商(shang)(shang)用(yong)(yong)部署(shu)；中國(guo)電信攜手(shou)中國(guo)聯(lian)通(tong)在浙江、貴(gui)州、廣東、河南、上(shang)海5個省市(shi)(shi)現網環(huan)境下完成全(quan)(quan)(quan)球首個全(quan)(quan)(quan)頻段、全(quan)(quan)(quan)制式、全(quan)(quan)(quan)場(chang)景5G RedCap商(shang)(shang)用(yong)(yong)驗證，啟動(dong)百(bai)城規模(mo)(mo)商(shang)(shang)用(yong)(yong)進(jin)程。
本次凍(dong)結(jie)的R18標準中，增強版(ban)的eRedCap則(ze)面向10Mbps中低(di)速(su)率物聯應用，定義5MHz新終端，進一步(bu)降低(di)終端成本，不(bu)少性能(neng)與LTE Cat.1和Cat.1 bis終端能(neng)力類似，為未來5G一張網絡(luo)支持中低(di)速(su)物聯提(ti)供(gong)便利(li)。
此前，3GPP在R15-R17版(ban)本標(biao)準(zhun)中，引入(ru)了(le)針(zhen)對NB-IoT和LTE-M的(de)(de)增強標(biao)準(zhun)，讓NB-IoT和LTE-M平(ping)滑(hua)演(yan)進到5G家族中，5G一張網絡可(ke)以實(shi)現(xian)對NB-IoT和LTE-M的(de)(de)兼容(rong)。R17引入(ru)了(le)RedCap后(hou)，使得5G能(neng)夠實(shi)現(xian)大部分從低速(su)到高(gao)速(su)物聯終(zhong)端接入(ru)的(de)(de)支(zhi)持，然(ran)而對于速(su)率處(chu)于10Mbps級別的(de)(de)物聯網終(zhong)端，5G網絡無(wu)法實(shi)現(xian)對其(qi)支(zhi)持。本次R18凍(dong)結并引入(ru)eRedCap，實(shi)現(xian)了(le)5G對低速(su)到高(gao)速(su)物聯網終(zhong)端接入(ru)的(de)(de)全覆蓋(gai)。
不過，雖然eRedCap的(de)標準已(yi)凍結，但其規模(mo)化應用(yong)(yong)尚需時(shi)日，筆(bi)者在一(yi)文中對(dui)此進(jin)行(xing)分(fen)析。RedCap商用(yong)(yong)分(fen)成(cheng)三(san)個不同的(de)發(fa)展階(jie)段(duan)(duan)，2026年前后第(di)(di)二階(jie)段(duan)(duan)啟動(dong)，這個階(jie)段(duan)(duan)開(kai)始eRedCap有一(yi)定(ding)的(de)應用(yong)(yong)，在蜂窩物(wu)聯(lian)網中速領(ling)域(yu)占絕了一(yi)席(xi)之地(di)，但其連接規模(mo)還是遠遠低于LTE Cat.1系列，對(dui)Cat.1不能(neng)形(xing)成(cheng)壓倒(dao)性優勢(shi)；只有在第(di)(di)三(san)階(jie)段(duan)(duan)，即(ji)主管部門、運營商明(ming)確4G退網的(de)時(shi)間節點時(shi)，eRedCap才能(neng)對(dui)4G物(wu)聯(lian)網系列逐(zhu)漸具備(bei)了壓倒(dao)性優勢(shi)，替代Cat.1加速，形(xing)成(cheng)規模(mo)化應用(yong)(yong)態勢(shi)。
同時，在R18立(li)項的《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課(ke)題中，面向功耗敏(min)感的物聯應用，引入超低能(neng)耗喚(huan)醒接收機，大幅(fu)降(jiang)低終端待機電流提(ti)升(sheng)續航。另外，本次(ci)(ci)3GPP RAN第104次(ci)(ci)會(hui)議針對RedCap提(ti)出了(le)一個新(xin)的課(ke)題，聚焦終端進一步節能(neng)的標準，即《NR power class 2 RedCap (Reduced Capability) UE in FR1》。
IoT-NTN增強版標準，提升衛星直連物聯網通信能力
2022年6月，3GPP R17版(ban)(ban)本標(biao)(biao)(biao)準(zhun)凍結，其中一(yi)個(ge)備(bei)受(shou)關注的特(te)性就是衛(wei)星通信。在這(zhe)一(yi)版(ban)(ban)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)中，有兩(liang)個(ge)工(gong)作組(zu)對NTN來(lai)進行標(biao)(biao)(biao)準(zhun)化工(gong)作，一(yi)個(ge)是針對移動寬帶的NTN標(biao)(biao)(biao)準(zhun)，另一(yi)個(ge)是針對物(wu)聯網用(yong)例(li)的NTN標(biao)(biao)(biao)準(zhun)，前一(yi)個(ge)采用(yong)5G NR框(kuang)架來(lai)進行衛(wei)星通信，實現(xian)從地面到衛(wei)星的固定無(wu)線接(jie)入(ru)回傳，并為智能(neng)手(shou)機直接(jie)提供低速率(lv)數據服(fu)務和語音服(fu)務；后一(yi)個(ge)側重支持低復(fu)雜度LTE-M和NB-IoT等(deng)LPWAN終端衛(wei)星接(jie)入(ru)，擴大很多場景的網絡覆蓋范圍(wei)，如全(quan)球資產追蹤。
R18立項課題(ti)中(zhong)(zhong)，就包括了(le)《IoT NTN enhancements》這(zhe)一課題(ti)。在R17 NTN的(de)基礎上，為進一步解(jie)決中(zhong)(zhong)低軌衛(wei)星由于超高速移動(dong)導致的(de)頻(pin)繁(fan)切換難(nan)題(ti)，R18通過協同(tong)網絡(luo)和終(zhong)端的(de)衛(wei)星通信等信息，實現(xian)終(zhong)端無感知(zhi)切換，有(you)效避免了(le)傳統切換帶來的(de)頻(pin)繁(fan)信令風暴和業(ye)務中(zhong)(zhong)斷問(wen)題(ti)。
從3GPP RAN第104次會(hui)議的(de)(de)文檔列表中(zhong)可以看出，針對(dui)NB-IoT的(de)(de)標準研究均圍(wei)繞衛星物聯網的(de)(de)方向進行(xing)的(de)(de)。例如(ru)RAN4針對(dui)《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通過了(le)(le)多個文檔，銥星公司提出了(le)(le)針對(dui)NB-IoT NTN進一步(bu)增強的(de)(de)新提案(an)，包(bao)括提升(sheng)能效(xiao)和使用新的(de)(de)頻段等，希望在R19版本中(zhong)完成凍(dong)結。
市場(chang)研究機(ji)構ABI Research和Juniper research等均預測(ce)到2030年5G NTN連接(jie)數超過1億(yi)，而這超過1億(yi)的(de)連接(jie)中，物(wu)聯(lian)網(wang)連接(jie)應(ying)該是占據大多數份額。相對于支持手機(ji)寬帶數據和語音的(de)NR-NTN，支持物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)IoT-NTN似乎更快實(shi)現了落地(di)商用(yong)，從器(qi)件到測(ce)試再(zai)到應(ying)用(yong)場(chang)景，業界都開始形成初步(bu)成果。
過去(qu)幾年，衛(wei)星物(wu)聯網(wang)(wang)賽(sai)道出(chu)現大(da)量廠商，筆者曾(ceng)多次(ci)撰文指出(chu)，衛(wei)星物(wu)聯網(wang)(wang)技術(shu)路線越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多選擇(ze)3GPP標(biao)準化路線，因為3GPP NTN標(biao)準化路線影(ying)響力越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大(da)，借助3GPP陣營成(cheng)熟的(de)(de)產業生態，衛(wei)星物(wu)聯網(wang)(wang)領域的(de)(de)成(cheng)本會快(kuai)速降低，有利(li)于形成(cheng)規模化，未(wei)來基(ji)于3GPP的(de)(de)IoT-NTN成(cheng)為大(da)部分衛(wei)星物(wu)聯網(wang)(wang)運營廠商的(de)(de)選擇(ze)。
無源物聯網標準展望，面向千億物聯市場
此前，相關機構就在無線接入網技術組立項了名為“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究課題，隨著R18階段標準化的工作接近尾聲，這一課題最終形成了編號為3GPP TR 38.848的技術報告，作為R18階段無線接入技術組無源物聯網的核心成果。
3GPP RAN第102次(ci)會議通(tong)過了一個無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)研(yan)究項(xiang)(xiang)目(mu)（SI）立項(xiang)(xiang)，預期在(zai)5G R19階段版本中發布，該SI項(xiang)(xiang)目(mu)建立在(zai)R18階段的研(yan)究課題之上。本次(ci)RAN第104次(ci)會議針對無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)展(zhan)開討論，對于無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)研(yan)究方向形成一些共識。這些討論包括對無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)在(zai)R19階段研(yan)究計(ji)劃、無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)研(yan)究范(fan)圍、無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)演進等，為未(wei)來R19中無源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)研(yan)究奠定基礎。
筆者曾(ceng)在一文中(zhong)提出，無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)作(zuo)為R19中(zhong)的(de)(de)(de)SI課題，可能不(bu)會(hui)隨著R19凍(dong)結(jie)形成(cheng)可進行商用(yong)(yong)參考(kao)的(de)(de)(de)技術規范。因此，基(ji)于蜂窩技術的(de)(de)(de)無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)商用(yong)(yong)還需要一段較(jiao)長的(de)(de)(de)時間，未來在R19階段的(de)(de)(de)研究取得預期成(cheng)果后，或許R20階段會(hui)迎來無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)標(biao)準規范的(de)(de)(de)問(wen)世，R20作(zuo)為5G-A最后一個版本，屆時無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)補(bu)齊了5G-A承諾(nuo)的(de)(de)(de)功(gong)能模塊，趕上5G標(biao)準應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)“末班車”，實現3GPP陣營(ying)無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)的(de)(de)(de)商用(yong)(yong)。
總結來看，RedCap增強、IoT-NTN增強以及無源物聯網的探索，都在不斷補齊和強化5G能夠支持的各類物聯網終端接入能力。除此之外，還有諸如定位能力優化、XR增強等技術方向都對物聯網能力增強提供強力支撐。雖然本次R18并未完全實現各類連接技術的完善，但可以看出，5G標準演進的一個趨勢是持續構建全場景物聯，提升能力，讓一張蜂窩網絡能夠支持更多類型物聯連接。
