近日，在上海舉行的(de)(de)3GPP RAN（無線(xian)接入網絡(luo)）第(di)104次會議上，3GPP R18標(biao)準宣布凍結。雖(sui)然R18仍在等待SA的(de)(de)最終復審，但凍結一事基本上沒有懸(xuan)念。R18是5G標(biao)準史上第(di)4版(ban)演進(jin)標(biao)準，更為重要的(de)(de)是它被視(shi)作5G下(xia)半場5G-Advanced第(di)一個(ge)正(zheng)式的(de)(de)標(biao)準，對于，支持(chi)5G發展進(jin)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(ben)次3GPP RAN第104次會議的決(jue)議，梳理(li)物聯網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標準中，針對(dui)物(wu)聯(lian)網最具代(dai)表性(xing)的(de)進(jin)展是完成(cheng)了RedCap的(de)增強版本(ben)標準，即(ji)eRedCap，在(zai)(zai)(zai)R18所立項的(de)課(ke)(ke)題(ti)是《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在(zai)(zai)(zai)本(ben)次3GPP RAN第(di)104次會議上，通過(guo)了該課(ke)(ke)題(ti)的(de)多(duo)個(ge)方向，例如在(zai)(zai)(zai)RAN2就(jiu)通過(guo)了以(yi)下文案并提交全會通過(guo)。
眾所周知(zhi)，RedCap的(de)首個標準在(zai)(zai)R17已(yi)經凍結，面向中速率物聯網(wang)終端接(jie)入(ru)(ru)場景(jing)，將NR的(de)帶寬從100MHz裁剪為20MHz，天線配置減少到(dao)1T1R或1T2R，引入(ru)(ru)半雙工模式(shi)等優化，使其在(zai)(zai)Sub 6GHz頻段(duan)范(fan)圍內(nei)可(ke)支持約20Mbps-100Mbps的(de)上下行理(li)論峰值(zhi)速率，與LTE Cat.4終端能力接(jie)近。
目前，RedCap已經成為5G物聯網(wang)(wang)的重點(dian)領域，產(chan)業(ye)(ye)界高度(du)重視(shi)其商(shang)(shang)用(yong)進(jin)展，中國(guo)(guo)(guo)市場發展尤(you)其亮眼。去年(nian)(nian)10月份(fen)，工信(xin)部發布的《關于推進(jin)5G輕量化(hua)（RedCap）技術演進(jin)和應(ying)用(yong)創新發展的通(tong)(tong)知》，今(jin)年(nian)(nian)4月，工信(xin)部又發布了(le)《關于開展2024年(nian)(nian)度(du)5G輕量化(hua)（RedCap）貫通(tong)(tong)行動(dong)的通(tong)(tong)知》，對(dui)RedCap全(quan)(quan)(quan)面(mian)發展提供了(le)政策(ce)保障。產(chan)業(ye)(ye)各方也積極(ji)響(xiang)應(ying)，近日舉行的RedCap產(chan)業(ye)(ye)峰會上，中國(guo)(guo)(guo)移(yi)動(dong)表示(shi)其RedCap商(shang)(shang)用(yong)網(wang)(wang)絡(luo)已覆蓋全(quan)(quan)(quan)國(guo)(guo)(guo)200多(duo)個城市超(chao)30萬站(zhan)，并宣(xuan)布2024年(nian)(nian)底(di)前在(zai)(zai)超(chao)過300個國(guo)(guo)(guo)內城市啟(qi)動(dong)全(quan)(quan)(quan)球規模(mo)最大的5G-A商(shang)(shang)用(yong)部署；中國(guo)(guo)(guo)電信(xin)攜手中國(guo)(guo)(guo)聯通(tong)(tong)在(zai)(zai)浙江、貴(gui)州、廣東、河南、上海5個省市現網(wang)(wang)環境下完成全(quan)(quan)(quan)球首個全(quan)(quan)(quan)頻段、全(quan)(quan)(quan)制式、全(quan)(quan)(quan)場景5G RedCap商(shang)(shang)用(yong)驗證，啟(qi)動(dong)百城規模(mo)商(shang)(shang)用(yong)進(jin)程(cheng)。
本次(ci)凍(dong)結的(de)(de)R18標準中(zhong)(zhong)，增強(qiang)版的(de)(de)eRedCap則面向10Mbps中(zhong)(zhong)低(di)速(su)率物(wu)聯應(ying)用，定義(yi)5MHz新(xin)終(zhong)端(duan)，進一步降低(di)終(zhong)端(duan)成本，不少性能(neng)(neng)與LTE Cat.1和(he)Cat.1 bis終(zhong)端(duan)能(neng)(neng)力類似，為(wei)未(wei)來5G一張網絡支持中(zhong)(zhong)低(di)速(su)物(wu)聯提供便利。
此前(qian)，3GPP在R15-R17版本標(biao)準中，引入了針對(dui)NB-IoT和(he)LTE-M的(de)增強標(biao)準，讓NB-IoT和(he)LTE-M平滑演進(jin)到(dao)5G家(jia)族中，5G一張網絡(luo)可以實(shi)現(xian)對(dui)NB-IoT和(he)LTE-M的(de)兼(jian)容。R17引入了RedCap后，使得5G能夠實(shi)現(xian)大部分從低速到(dao)高速物聯終(zhong)端接(jie)入的(de)支持，然而對(dui)于速率處于10Mbps級別的(de)物聯網終(zhong)端，5G網絡(luo)無法實(shi)現(xian)對(dui)其支持。本次R18凍結并引入eRedCap，實(shi)現(xian)了5G對(dui)低速到(dao)高速物聯網終(zhong)端接(jie)入的(de)全覆蓋。
不(bu)過，雖(sui)然(ran)eRedCap的(de)(de)標(biao)準已凍(dong)結，但其(qi)規模(mo)化應(ying)用尚需時日(ri)，筆者(zhe)在(zai)一文中對此進行分(fen)析。RedCap商(shang)用分(fen)成(cheng)(cheng)三(san)個不(bu)同的(de)(de)發展階(jie)段(duan)，2026年前后第二(er)階(jie)段(duan)啟動(dong)，這個階(jie)段(duan)開始eRedCap有一定的(de)(de)應(ying)用，在(zai)蜂窩物聯網(wang)中速領域占絕了一席之(zhi)地，但其(qi)連接規模(mo)還是遠(yuan)遠(yuan)低于LTE Cat.1系列，對Cat.1不(bu)能(neng)形(xing)成(cheng)(cheng)壓倒性(xing)優勢(shi)；只有在(zai)第三(san)階(jie)段(duan)，即主管(guan)部(bu)門、運營商(shang)明確4G退網(wang)的(de)(de)時間節點時，eRedCap才能(neng)對4G物聯網(wang)系列逐漸具備了壓倒性(xing)優勢(shi)，替代Cat.1加速，形(xing)成(cheng)(cheng)規模(mo)化應(ying)用態勢(shi)。
同(tong)時，在R18立項的(de)(de)《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課題(ti)中，面向功耗敏感(gan)的(de)(de)物聯應用(yong)，引入超(chao)低(di)能(neng)耗喚醒接收機，大幅降低(di)終端待(dai)機電流提升續(xu)航。另(ling)外，本次3GPP RAN第104次會議針(zhen)對RedCap提出了一(yi)個新的(de)(de)課題(ti)，聚(ju)焦終端進(jin)一(yi)步(bu)節能(neng)的(de)(de)標(biao)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，3GPP R17版本標(biao)準(zhun)凍結，其(qi)中(zhong)一(yi)(yi)個(ge)備受關注的(de)(de)特(te)性(xing)就(jiu)是(shi)衛(wei)星通信。在這一(yi)(yi)版標(biao)準(zhun)中(zhong)，有兩個(ge)工作組對NTN來進(jin)行標(biao)準(zhun)化工作，一(yi)(yi)個(ge)是(shi)針對移動寬帶(dai)的(de)(de)NTN標(biao)準(zhun)，另一(yi)(yi)個(ge)是(shi)針對物聯(lian)網用例的(de)(de)NTN標(biao)準(zhun)，前(qian)一(yi)(yi)個(ge)采(cai)用5G NR框架來進(jin)行衛(wei)星通信，實現(xian)從地面到衛(wei)星的(de)(de)固定無線接入(ru)回傳，并為(wei)智能手機直接提供低速率數據服(fu)務和語音(yin)服(fu)務；后一(yi)(yi)個(ge)側重(zhong)支持(chi)低復雜度LTE-M和NB-IoT等LPWAN終端衛(wei)星接入(ru)，擴大很多場景的(de)(de)網絡覆蓋范圍(wei)，如全球資產追蹤(zong)。
R18立項(xiang)課題中(zhong)，就包(bao)括(kuo)了《IoT NTN enhancements》這一課題。在R17 NTN的基礎上，為進一步解決(jue)中(zhong)低軌衛星由于超高(gao)速移動導致的頻繁(fan)(fan)切換(huan)(huan)難題，R18通(tong)過協同網(wang)絡(luo)和終端的衛星通(tong)信(xin)等信(xin)息，實(shi)現終端無感(gan)知切換(huan)(huan)，有效避免(mian)了傳統(tong)切換(huan)(huan)帶(dai)來的頻繁(fan)(fan)信(xin)令風暴和業務中(zhong)斷問題。
從3GPP RAN第104次(ci)會議的(de)文檔列表中(zhong)可以(yi)看出，針對NB-IoT的(de)標準研究(jiu)均圍繞(rao)衛星物聯網的(de)方向進行的(de)。例如(ru)RAN4針對《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通(tong)過了多個文檔，銥星公司(si)提出了針對NB-IoT NTN進一步增強的(de)新提案，包括提升能效和使用新的(de)頻段等，希望在R19版(ban)本中(zhong)完成(cheng)凍結。
市(shi)場研究機(ji)構ABI Research和Juniper research等(deng)均預測(ce)(ce)到(dao)2030年(nian)5G NTN連(lian)接(jie)數超過1億，而這超過1億的(de)連(lian)接(jie)中，物聯(lian)網連(lian)接(jie)應(ying)(ying)該是(shi)占據大多(duo)數份額(e)。相對(dui)于支(zhi)持手機(ji)寬帶數據和語音的(de)NR-NTN，支(zhi)持物聯(lian)網的(de)IoT-NTN似乎(hu)更快實現(xian)了落地商用(yong)，從器件到(dao)測(ce)(ce)試再到(dao)應(ying)(ying)用(yong)場景，業(ye)界都(dou)開始形成(cheng)初(chu)步(bu)成(cheng)果。
過(guo)去幾年，衛(wei)星(xing)物(wu)聯網(wang)(wang)(wang)賽道(dao)出現大量廠商(shang)，筆者(zhe)曾多(duo)(duo)次(ci)撰文指出，衛(wei)星(xing)物(wu)聯網(wang)(wang)(wang)技術路(lu)線(xian)越來越多(duo)(duo)選擇3GPP標準(zhun)(zhun)化(hua)(hua)路(lu)線(xian)，因為(wei)(wei)3GPP NTN標準(zhun)(zhun)化(hua)(hua)路(lu)線(xian)影響力(li)越來越大，借(jie)助3GPP陣(zhen)營(ying)成(cheng)(cheng)熟的(de)(de)產業生態，衛(wei)星(xing)物(wu)聯網(wang)(wang)(wang)領(ling)域的(de)(de)成(cheng)(cheng)本會(hui)快速降低，有利(li)于(yu)形成(cheng)(cheng)規模化(hua)(hua)，未來基于(yu)3GPP的(de)(de)IoT-NTN成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)大部分衛(wei)星(xing)物(wu)聯網(wang)(wang)(wang)運營(ying)廠商(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次會議通過了(le)一(yi)(yi)個(ge)無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)研(yan)(yan)究項(xiang)目（SI）立項(xiang)，預期在5G R19階段版(ban)本中發布，該(gai)SI項(xiang)目建(jian)立在R18階段的研(yan)(yan)究課題之(zhi)上。本次RAN第104次會議針(zhen)對(dui)無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)展開(kai)討(tao)論，對(dui)于無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)研(yan)(yan)究方向形成一(yi)(yi)些共識。這些討(tao)論包括(kuo)對(dui)無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)在R19階段研(yan)(yan)究計劃、無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)研(yan)(yan)究范圍、無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)演進等，為(wei)未來R19中無(wu)源(yuan)(yuan)物聯(lian)網(wang)(wang)研(yan)(yan)究奠定基礎。
筆者曾在(zai)一(yi)文中提(ti)出(chu)，無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)作為(wei)R19中的(de)SI課題，可能不會(hui)隨(sui)著R19凍結形成可進(jin)行商用(yong)(yong)參考的(de)技術規范。因(yin)此，基于蜂窩技術的(de)無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)商用(yong)(yong)還需要一(yi)段較長的(de)時間，未來(lai)在(zai)R19階段的(de)研究(jiu)取(qu)得預期成果后(hou)，或許R20階段會(hui)迎來(lai)無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)標準(zhun)規范的(de)問(wen)世，R20作為(wei)5G-A最后(hou)一(yi)個版(ban)本，屆(jie)時無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)補齊了5G-A承諾的(de)功能模塊，趕上5G標準(zhun)應用(yong)(yong)的(de)“末班(ban)車”，實現3GPP陣營無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)的(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。
