近日(ri)，在上海舉行的(de)3GPP RAN（無線接入網絡）第(di)(di)(di)104次會議上，3GPP R18標(biao)準(zhun)宣(xuan)布凍結(jie)。雖然R18仍在等待SA的(de)最終(zhong)復審，但凍結(jie)一事基本上沒有懸念。R18是5G標(biao)準(zhun)史上第(di)(di)(di)4版演進標(biao)準(zhun)，更為重要的(de)是它被視作5G下半場5G-Advanced第(di)(di)(di)一個正式的(de)標(biao)準(zhun)，對于，支持5G發展進入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)會議(yi)的決(jue)議(yi)，梳(shu)理物聯網技(ji)術(shu)領域的主要進(jin)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(biao)準中，針對物(wu)聯網最具代表(biao)性的(de)進展是(shi)完成了(le)RedCap的(de)增強版本標(biao)準，即eRedCap，在R18所立項的(de)課(ke)題是(shi)《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在本次(ci)3GPP RAN第(di)104次(ci)會議上，通(tong)(tong)(tong)過(guo)了(le)該(gai)課(ke)題的(de)多個(ge)方向(xiang)，例如在RAN2就通(tong)(tong)(tong)過(guo)了(le)以下文案并提交全(quan)會通(tong)(tong)(tong)過(guo)。
眾(zhong)所周知，RedCap的首(shou)個標準在R17已經(jing)凍結，面向(xiang)中速率物聯網終端接(jie)入(ru)場景，將NR的帶(dai)寬從100MHz裁剪為20MHz，天線配置減(jian)少到1T1R或1T2R，引(yin)入(ru)半(ban)雙工模式等優(you)化，使其在Sub 6GHz頻段(duan)范圍內可支持約20Mbps-100Mbps的上下行理論峰值速率，與LTE Cat.4終端能力接(jie)近。
目前，RedCap已經(jing)成(cheng)為5G物聯網的(de)重(zhong)點領域(yu)，產業(ye)界高度重(zhong)視其商(shang)用(yong)(yong)進展(zhan)，中國(guo)(guo)市(shi)(shi)場(chang)發(fa)(fa)展(zhan)尤其亮眼。去年10月份(fen)，工信部發(fa)(fa)布(bu)(bu)的(de)《關于(yu)推(tui)進5G輕量化（RedCap）技術演進和應用(yong)(yong)創新發(fa)(fa)展(zhan)的(de)通(tong)知》，今年4月，工信部又發(fa)(fa)布(bu)(bu)了《關于(yu)開展(zhan)2024年度5G輕量化（RedCap）貫通(tong)行(xing)動(dong)的(de)通(tong)知》，對RedCap全(quan)面發(fa)(fa)展(zhan)提供(gong)了政(zheng)策(ce)保障(zhang)。產業(ye)各方也積(ji)極響(xiang)應，近日舉行(xing)的(de)RedCap產業(ye)峰會上，中國(guo)(guo)移動(dong)表示其RedCap商(shang)用(yong)(yong)網絡(luo)已覆蓋全(quan)國(guo)(guo)200多個(ge)城(cheng)市(shi)(shi)超30萬站，并宣布(bu)(bu)2024年底前在(zai)超過300個(ge)國(guo)(guo)內城(cheng)市(shi)(shi)啟(qi)動(dong)全(quan)球規模(mo)最(zui)大的(de)5G-A商(shang)用(yong)(yong)部署；中國(guo)(guo)電信攜手中國(guo)(guo)聯通(tong)在(zai)浙(zhe)江(jiang)、貴州、廣東、河南、上海5個(ge)省市(shi)(shi)現(xian)網環境下完成(cheng)全(quan)球首個(ge)全(quan)頻段、全(quan)制式、全(quan)場(chang)景5G RedCap商(shang)用(yong)(yong)驗證，啟(qi)動(dong)百城(cheng)規模(mo)商(shang)用(yong)(yong)進程。
本次凍結的(de)R18標準中(zhong)，增強(qiang)版的(de)eRedCap則面向(xiang)10Mbps中(zhong)低速率物聯應用，定義(yi)5MHz新終端，進一步降低終端成本，不少性能與(yu)LTE Cat.1和Cat.1 bis終端能力類(lei)似，為未來5G一張網絡支(zhi)持(chi)中(zhong)低速物聯提供(gong)便利(li)。
此前(qian)，3GPP在R15-R17版本(ben)(ben)標準(zhun)中，引入(ru)(ru)了針對NB-IoT和LTE-M的增強(qiang)標準(zhun)，讓NB-IoT和LTE-M平滑演進到(dao)5G家族中，5G一張網(wang)絡(luo)(luo)可(ke)以(yi)實(shi)現對NB-IoT和LTE-M的兼容。R17引入(ru)(ru)了RedCap后(hou)，使得(de)5G能(neng)夠(gou)實(shi)現大部分從低(di)速(su)到(dao)高速(su)物(wu)聯(lian)終(zhong)端接入(ru)(ru)的支持(chi)，然而對于速(su)率處于10Mbps級(ji)別的物(wu)聯(lian)網(wang)終(zhong)端，5G網(wang)絡(luo)(luo)無法實(shi)現對其支持(chi)。本(ben)(ben)次R18凍(dong)結并引入(ru)(ru)eRedCap，實(shi)現了5G對低(di)速(su)到(dao)高速(su)物(wu)聯(lian)網(wang)終(zhong)端接入(ru)(ru)的全覆蓋。
不(bu)(bu)過，雖(sui)然eRedCap的(de)標準(zhun)已凍結，但其(qi)規模化(hua)應用(yong)(yong)尚(shang)需時日，筆者在(zai)(zai)一文中(zhong)對(dui)此(ci)進行分析。RedCap商(shang)用(yong)(yong)分成三個不(bu)(bu)同的(de)發展(zhan)階(jie)(jie)段，2026年前(qian)后第二階(jie)(jie)段啟動，這個階(jie)(jie)段開(kai)始eRedCap有一定的(de)應用(yong)(yong)，在(zai)(zai)蜂(feng)窩物(wu)聯網(wang)中(zhong)速領(ling)域占絕(jue)了一席(xi)之地，但其(qi)連(lian)接(jie)規模還(huan)是遠遠低于LTE Cat.1系(xi)列，對(dui)Cat.1不(bu)(bu)能形(xing)成壓(ya)倒性(xing)優(you)(you)勢(shi)；只有在(zai)(zai)第三階(jie)(jie)段，即主(zhu)管(guan)部門(men)、運營商(shang)明確4G退網(wang)的(de)時間(jian)節點時，eRedCap才能對(dui)4G物(wu)聯網(wang)系(xi)列逐漸具備了壓(ya)倒性(xing)優(you)(you)勢(shi)，替代Cat.1加速，形(xing)成規模化(hua)應用(yong)(yong)態(tai)勢(shi)。
同時(shi)，在R18立(li)項(xiang)的(de)《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課題中(zhong)，面向功耗(hao)敏感的(de)物聯應用，引(yin)入超低能耗(hao)喚醒(xing)接收機，大(da)幅降低終端待機電流提升續(xu)航。另外，本次(ci)(ci)3GPP RAN第104次(ci)(ci)會(hui)議(yi)針對RedCap提出了(le)一(yi)個新的(de)課題，聚焦終端進一(yi)步節(jie)能的(de)標準，即(ji)《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(ben)標準凍結，其中(zhong)一(yi)個(ge)備受關(guan)注(zhu)的(de)特性就(jiu)是衛(wei)星(xing)(xing)(xing)通(tong)信。在這一(yi)版(ban)標準中(zhong)，有兩個(ge)工作組對NTN來進行標準化工作，一(yi)個(ge)是針(zhen)(zhen)對移動寬帶(dai)的(de)NTN標準，另一(yi)個(ge)是針(zhen)(zhen)對物聯網用例(li)的(de)NTN標準，前(qian)一(yi)個(ge)采用5G NR框架來進行衛(wei)星(xing)(xing)(xing)通(tong)信，實現(xian)從地(di)面到衛(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)固(gu)定(ding)無線接入(ru)回傳，并(bing)為智能手機直接提供(gong)低(di)速率數據(ju)服務和(he)語音服務；后一(yi)個(ge)側重支持低(di)復(fu)雜度LTE-M和(he)NB-IoT等LPWAN終端衛(wei)星(xing)(xing)(xing)接入(ru)，擴大很多場景的(de)網絡覆蓋范圍(wei)，如全球資產追蹤。
R18立項課題(ti)中(zhong)，就包括了(le)《IoT NTN enhancements》這一課題(ti)。在(zai)R17 NTN的(de)基礎(chu)上，為進一步解決中(zhong)低軌衛星由(you)于(yu)超高速(su)移(yi)動導致(zhi)的(de)頻繁切換難(nan)題(ti)，R18通過協(xie)同網絡(luo)和終端的(de)衛星通信等信息，實現終端無感知(zhi)切換，有(you)效避免了(le)傳統(tong)切換帶來的(de)頻繁信令風暴(bao)和業務中(zhong)斷問題(ti)。
從(cong)3GPP RAN第104次會(hui)議的(de)(de)文檔列表(biao)中(zhong)可(ke)以看出(chu)(chu)，針對NB-IoT的(de)(de)標準(zhun)研究均圍繞衛星(xing)(xing)物聯網的(de)(de)方向進行的(de)(de)。例如RAN4針對《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通過了(le)(le)多個文檔，銥(yi)星(xing)(xing)公司提出(chu)(chu)了(le)(le)針對NB-IoT NTN進一步增強的(de)(de)新提案，包括提升(sheng)能效和使用(yong)新的(de)(de)頻(pin)段(duan)等，希望在R19版(ban)本中(zhong)完成凍結。
市場(chang)研(yan)究(jiu)機(ji)構ABI Research和Juniper research等(deng)均預測到(dao)2030年5G NTN連(lian)接數超過(guo)1億，而這超過(guo)1億的(de)連(lian)接中(zhong)，物聯網連(lian)接應該是占(zhan)據大多(duo)數份額。相(xiang)對于支持手(shou)機(ji)寬(kuan)帶數據和語音的(de)NR-NTN，支持物聯網的(de)IoT-NTN似乎更快實現了(le)落地商用(yong)，從器件(jian)到(dao)測試再到(dao)應用(yong)場(chang)景，業界都(dou)開始形成(cheng)初步成(cheng)果。
過去(qu)幾(ji)年，衛星(xing)物(wu)(wu)(wu)聯(lian)網賽道出現大量廠(chang)商(shang)，筆者(zhe)曾多(duo)次撰文指(zhi)出，衛星(xing)物(wu)(wu)(wu)聯(lian)網技術路線(xian)越來(lai)越多(duo)選擇3GPP標(biao)準化(hua)路線(xian)，因為3GPP NTN標(biao)準化(hua)路線(xian)影(ying)響(xiang)力越來(lai)越大，借助3GPP陣營成(cheng)熟的(de)(de)產業生態，衛星(xing)物(wu)(wu)(wu)聯(lian)網領(ling)域的(de)(de)成(cheng)本(ben)會快速降低，有利于形(xing)成(cheng)規模化(hua)，未來(lai)基于3GPP的(de)(de)IoT-NTN成(cheng)為大部(bu)分衛星(xing)物(wu)(wu)(wu)聯(lian)網運(yun)營廠(chang)商(shang)的(de)(de)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次會議(yi)(yi)通過(guo)了(le)一個無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)研究(jiu)(jiu)項(xiang)目(mu)（SI）立項(xiang)，預期在(zai)5G R19階段版本中發布，該SI項(xiang)目(mu)建立在(zai)R18階段的(de)研究(jiu)(jiu)課題之上(shang)。本次RAN第104次會議(yi)(yi)針對無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)展開討論(lun)，對于無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)研究(jiu)(jiu)方向形成一些共識。這些討論(lun)包括對無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)在(zai)R19階段研究(jiu)(jiu)計劃(hua)、無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)研究(jiu)(jiu)范圍、無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)演進等，為未(wei)來R19中無源(yuan)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)研究(jiu)(jiu)奠(dian)定(ding)基(ji)礎。
筆(bi)者(zhe)曾在一(yi)文(wen)中提出，無源物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)作(zuo)為R19中的SI課題，可能不會(hui)隨著R19凍結形(xing)成可進(jin)行商(shang)用(yong)參考的技術(shu)規范(fan)。因此，基于蜂窩技術(shu)的無源物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)商(shang)用(yong)還(huan)需要一(yi)段較長的時(shi)間，未(wei)來(lai)在R19階(jie)(jie)段的研(yan)究(jiu)取得預期(qi)成果后，或許R20階(jie)(jie)段會(hui)迎來(lai)無源物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)標準(zhun)規范(fan)的問世，R20作(zuo)為5G-A最后一(yi)個版本，屆時(shi)無源物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)補齊了5G-A承諾(nuo)的功(gong)能模塊(kuai)，趕上5G標準(zhun)應用(yong)的“末班車”，實(shi)現3GPP陣營無源物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)的商(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。
