近日，在(zai)上海舉行的3GPP RAN（無線接(jie)入(ru)網(wang)絡）第104次會議(yi)上，3GPP R18標(biao)準宣(xuan)布凍結。雖然R18仍在(zai)等待SA的最終復審，但凍結一事基本(ben)上沒有懸念。R18是5G標(biao)準史上第4版演進標(biao)準，更為重要的是它(ta)被視作5G下(xia)半場(chang)5G-Advanced第一個正式的標(biao)準，對(dui)于，支持(chi)5G發展進入(ru)5G-A商用新階段。
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(gen)據本次(ci)3GPP RAN第104次(ci)會(hui)議的決議，梳理(li)物(wu)聯網(wang)技術領域的主要進展。
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(zhong)，針對物(wu)聯網最具(ju)代(dai)表性(xing)的(de)進(jin)展(zhan)是完(wan)成了(le)RedCap的(de)增強版本標準(zhun)，即(ji)eRedCap，在R18所立項(xiang)的(de)課題(ti)(ti)是《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在本次3GPP RAN第(di)104次會(hui)議上，通(tong)過了(le)該課題(ti)(ti)的(de)多個方向，例(li)如在RAN2就通(tong)過了(le)以下文案并提(ti)交全會(hui)通(tong)過。
眾所周知，RedCap的(de)(de)首個(ge)標準在R17已經(jing)凍(dong)結，面向中速率物(wu)聯網終(zhong)端接(jie)入(ru)場景，將NR的(de)(de)帶(dai)寬(kuan)從100MHz裁剪(jian)為20MHz，天線(xian)配置減少到1T1R或1T2R，引(yin)入(ru)半雙工(gong)模式(shi)等優化，使其在Sub 6GHz頻(pin)段范圍內可支(zhi)持約20Mbps-100Mbps的(de)(de)上下(xia)行理論(lun)峰值速率，與LTE Cat.4終(zhong)端能力(li)接(jie)近。
目前，RedCap已(yi)經成為5G物聯網的(de)(de)重點領域，產業(ye)界高度重視(shi)其(qi)商(shang)用(yong)(yong)(yong)(yong)進(jin)(jin)展(zhan)，中(zhong)國(guo)市場(chang)發(fa)展(zhan)尤(you)其(qi)亮(liang)眼。去年(nian)(nian)10月(yue)份(fen)，工(gong)信部發(fa)布的(de)(de)《關(guan)于(yu)推進(jin)(jin)5G輕量化（RedCap）技術演進(jin)(jin)和應用(yong)(yong)(yong)(yong)創(chuang)新發(fa)展(zhan)的(de)(de)通知》，今(jin)年(nian)(nian)4月(yue)，工(gong)信部又發(fa)布了《關(guan)于(yu)開展(zhan)2024年(nian)(nian)度5G輕量化（RedCap）貫通行動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)通知》，對RedCap全(quan)(quan)面(mian)發(fa)展(zhan)提供了政策保障。產業(ye)各方也積極響(xiang)應，近日舉行的(de)(de)RedCap產業(ye)峰(feng)會上(shang)，中(zhong)國(guo)移(yi)動(dong)(dong)(dong)表示(shi)其(qi)RedCap商(shang)用(yong)(yong)(yong)(yong)網絡已(yi)覆蓋全(quan)(quan)國(guo)200多個(ge)(ge)城(cheng)市超(chao)30萬站，并宣布2024年(nian)(nian)底(di)前在(zai)超(chao)過(guo)300個(ge)(ge)國(guo)內城(cheng)市啟(qi)動(dong)(dong)(dong)全(quan)(quan)球規模(mo)(mo)最大的(de)(de)5G-A商(shang)用(yong)(yong)(yong)(yong)部署；中(zhong)國(guo)電信攜手中(zhong)國(guo)聯通在(zai)浙(zhe)江(jiang)、貴州、廣東、河(he)南、上(shang)海(hai)5個(ge)(ge)省(sheng)市現網環境下完(wan)成全(quan)(quan)球首個(ge)(ge)全(quan)(quan)頻段、全(quan)(quan)制式(shi)、全(quan)(quan)場(chang)景5G RedCap商(shang)用(yong)(yong)(yong)(yong)驗證(zheng)，啟(qi)動(dong)(dong)(dong)百城(cheng)規模(mo)(mo)商(shang)用(yong)(yong)(yong)(yong)進(jin)(jin)程。
本次凍結的R18標準中(zhong)，增(zeng)強版的eRedCap則面(mian)向10Mbps中(zhong)低(di)(di)速(su)率物聯應用(yong)，定義5MHz新(xin)終端(duan)，進一(yi)步降低(di)(di)終端(duan)成本，不少(shao)性能與LTE Cat.1和Cat.1 bis終端(duan)能力類似，為未來(lai)5G一(yi)張網絡支持中(zhong)低(di)(di)速(su)物聯提供便利。
此前，3GPP在R15-R17版本標準中，引(yin)入了針對NB-IoT和(he)LTE-M的增(zeng)強(qiang)標準，讓NB-IoT和(he)LTE-M平滑演進到(dao)5G家(jia)族中，5G一張網絡(luo)可以實(shi)現(xian)對NB-IoT和(he)LTE-M的兼容。R17引(yin)入了RedCap后，使得(de)5G能夠實(shi)現(xian)大部分從低速(su)到(dao)高(gao)速(su)物聯(lian)終(zhong)端接入的支(zhi)持，然而(er)對于(yu)(yu)速(su)率處于(yu)(yu)10Mbps級別(bie)的物聯(lian)網終(zhong)端，5G網絡(luo)無法實(shi)現(xian)對其(qi)支(zhi)持。本次R18凍結并引(yin)入eRedCap，實(shi)現(xian)了5G對低速(su)到(dao)高(gao)速(su)物聯(lian)網終(zhong)端接入的全(quan)覆蓋。
不過(guo)，雖然eRedCap的(de)標準已凍結，但(dan)其(qi)規(gui)(gui)模(mo)化應(ying)用尚需(xu)時日，筆者(zhe)在(zai)一文中對(dui)此(ci)進行分(fen)析。RedCap商(shang)用分(fen)成三個不同的(de)發展階(jie)段，2026年前后第二階(jie)段啟(qi)動，這個階(jie)段開(kai)始(shi)eRedCap有(you)一定的(de)應(ying)用，在(zai)蜂(feng)窩物聯(lian)網(wang)中速(su)領域占絕(jue)了一席之地，但(dan)其(qi)連接規(gui)(gui)模(mo)還(huan)是遠遠低于LTE Cat.1系(xi)(xi)列(lie)(lie)，對(dui)Cat.1不能形成壓倒(dao)性優(you)勢(shi)；只有(you)在(zai)第三階(jie)段，即主管(guan)部門、運營商(shang)明(ming)確4G退(tui)網(wang)的(de)時間(jian)節(jie)點時，eRedCap才能對(dui)4G物聯(lian)網(wang)系(xi)(xi)列(lie)(lie)逐漸具(ju)備(bei)了壓倒(dao)性優(you)勢(shi)，替代(dai)Cat.1加速(su)，形成規(gui)(gui)模(mo)化應(ying)用態(tai)勢(shi)。
同時，在R18立(li)項的《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課題(ti)中，面向功耗(hao)敏感(gan)的物聯(lian)應(ying)用(yong)，引入超低(di)能耗(hao)喚醒接收機，大幅降低(di)終(zhong)端待機電(dian)流提升續航。另外，本次(ci)3GPP RAN第(di)104次(ci)會議(yi)針(zhen)對RedCap提出了一個新(xin)的課題(ti)，聚焦終(zhong)端進(jin)一步節(jie)能的標準，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(yue)，3GPP R17版(ban)本標準(zhun)凍結，其中一(yi)個備(bei)受關注的特性就是(shi)衛(wei)星(xing)通信。在(zai)這一(yi)版(ban)標準(zhun)中，有兩(liang)個工(gong)作組對NTN來(lai)進行標準(zhun)化(hua)工(gong)作，一(yi)個是(shi)針對移動寬帶(dai)的NTN標準(zhun)，另一(yi)個是(shi)針對物(wu)聯(lian)網用例的NTN標準(zhun)，前一(yi)個采用5G NR框架來(lai)進行衛(wei)星(xing)通信，實現從地面到(dao)衛(wei)星(xing)的固定(ding)無線(xian)接入回傳，并為智能手(shou)機直接提供(gong)低速率數據服務(wu)和語音服務(wu)；后一(yi)個側重(zhong)支持低復(fu)雜(za)度(du)LTE-M和NB-IoT等LPWAN終端衛(wei)星(xing)接入，擴大很多場(chang)景的網絡覆蓋范圍，如全(quan)球(qiu)資產(chan)追(zhui)蹤。
R18立(li)項課題(ti)(ti)中(zhong)，就包括了(le)《IoT NTN enhancements》這一課題(ti)(ti)。在R17 NTN的(de)基(ji)礎上，為進一步解決中(zhong)低軌衛(wei)星(xing)由于超高速移動(dong)導致的(de)頻(pin)繁切(qie)換難題(ti)(ti)，R18通過協同(tong)網(wang)絡(luo)和終端的(de)衛(wei)星(xing)通信等信息，實現終端無感知切(qie)換，有效避免了(le)傳統切(qie)換帶(dai)來(lai)的(de)頻(pin)繁信令風暴和業務中(zhong)斷問題(ti)(ti)。
從3GPP RAN第104次會議的(de)(de)文檔(dang)列表(biao)中(zhong)可以看(kan)出(chu)，針對(dui)(dui)(dui)NB-IoT的(de)(de)標準研(yan)究(jiu)均(jun)圍繞(rao)衛星物(wu)聯網的(de)(de)方向進(jin)行的(de)(de)。例如RAN4針對(dui)(dui)(dui)《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通(tong)過了多個文檔(dang)，銥星公司提(ti)(ti)出(chu)了針對(dui)(dui)(dui)NB-IoT NTN進(jin)一步增強的(de)(de)新提(ti)(ti)案，包(bao)括(kuo)提(ti)(ti)升(sheng)能效和使用新的(de)(de)頻段等，希望在R19版本中(zhong)完(wan)成(cheng)凍結。
市場研究機構ABI Research和Juniper research等均預測(ce)到2030年5G NTN連(lian)接數(shu)超過1億，而這超過1億的連(lian)接中，物(wu)聯(lian)網連(lian)接應該是占據大(da)多數(shu)份額(e)。相對于(yu)支持(chi)(chi)手機寬(kuan)帶數(shu)據和語音的NR-NTN，支持(chi)(chi)物(wu)聯(lian)網的IoT-NTN似乎更(geng)快實現(xian)了落地商用，從器(qi)件到測(ce)試再到應用場景，業界都(dou)開始(shi)形成(cheng)初步成(cheng)果(guo)。
過(guo)去幾年，衛(wei)星(xing)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)(lian)網賽道出現大量廠商，筆者曾多(duo)次撰(zhuan)文指出，衛(wei)星(xing)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)(lian)網技術路線(xian)越來(lai)越多(duo)選擇3GPP標準化(hua)路線(xian)，因為3GPP NTN標準化(hua)路線(xian)影(ying)響力越來(lai)越大，借助3GPP陣營成熟的產業生態(tai)，衛(wei)星(xing)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)(lian)網領域的成本會快速降低(di)，有利(li)于形成規模化(hua)，未來(lai)基于3GPP的IoT-NTN成為大部分(fen)衛(wei)星(xing)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)(lian)網運營廠商的選擇。
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(hui)議通過了一個(ge)無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)研(yan)究項目（SI）立項，預(yu)期在5G R19階段(duan)(duan)版(ban)本(ben)中發布(bu)，該SI項目建立在R18階段(duan)(duan)的研(yan)究課題之上。本(ben)次(ci)RAN第104次(ci)會(hui)議針對(dui)無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)展開討論，對(dui)于無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)研(yan)究方向(xiang)形成一些(xie)共識。這些(xie)討論包(bao)括對(dui)無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)在R19階段(duan)(duan)研(yan)究計劃、無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)研(yan)究范圍、無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)演進等(deng)，為(wei)未來R19中無(wu)源(yuan)(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)(lian)網(wang)研(yan)究奠定基礎。
筆者曾在(zai)一(yi)(yi)文中(zhong)提(ti)出，無(wu)源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)作為R19中(zhong)的(de)SI課題，可能不(bu)會隨著R19凍結形成可進行(xing)商(shang)(shang)用(yong)參考(kao)的(de)技(ji)(ji)術規范。因此，基于蜂窩技(ji)(ji)術的(de)無(wu)源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)商(shang)(shang)用(yong)還需要(yao)一(yi)(yi)段較長(chang)的(de)時(shi)間，未來(lai)(lai)在(zai)R19階(jie)段的(de)研究取得預(yu)期成果后(hou)，或許R20階(jie)段會迎來(lai)(lai)無(wu)源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)標準(zhun)規范的(de)問世，R20作為5G-A最后(hou)一(yi)(yi)個(ge)版本，屆時(shi)無(wu)源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)補齊了5G-A承諾的(de)功(gong)能模塊，趕(gan)上5G標準(zhun)應用(yong)的(de)“末班(ban)車”，實現3GPP陣營無(wu)源(yuan)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)的(de)商(shang)(shang)用(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。
