4G到5G的演進(jìn) 3GGP都做了些什么？ - 全文

　　本文主要聊一聊，這一年來(lái)3GPP在4G向5G演進(jìn)的路上，都忙了些啥？

　　LTE演進(jìn)

　　LTE與WiFi

　　為了滿足不斷增長(zhǎng)的流量需求，WiFi成為流量卸載的重要補(bǔ)充。為此，3GPP定義了兩種流量卸載到未授權(quán)頻譜的選項(xiàng)：

　?、貺TE與WiFi協(xié)同工作

　?、贚AA

　　LTE與WiFi協(xié)同工作

　　關(guān)于LTE與WiFi協(xié)同，在LTE標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本已經(jīng)提出，在release 12開(kāi)始討論RAN層面的兩者協(xié)同工作。為了進(jìn)一步滿足運(yùn)營(yíng)商的需求，在Release 13版本里，3GPP定義了一些新的互聯(lián)功能：

　?、貺TE和WLAN在PDCP層數(shù)據(jù)聚合（LWA，LTE and WLAN aggregation）

　　●允許聚合LTE和WLAN下行無(wú)線鏈路

　　●LWA由LTE eNB控制；基于UE的測(cè)量報(bào)告；無(wú)需與LTE核心網(wǎng)交互；無(wú)需WLAN專用的核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

　?、?LTE和WLAN通過(guò)IPSec Tunnel的方式聚合（LWIP，LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel ）

　　●相互協(xié)同更緊密，可在兩種無(wú)線鏈路間快速切換

　　●LWIP由LTE eNB控制；基于UE的測(cè)量報(bào)告

　　●UE通過(guò)eNB和 UE之間的IPsec tunnel接入WLAN

　　到了Release 14 ，3GPP定義了eLWA和eLWIP，即增強(qiáng)型LWA和增強(qiáng)型LWIP：

　　●eLWA：支持上行鏈路，增強(qiáng)了移動(dòng)性，并對(duì)802.11技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率進(jìn)行了優(yōu)化

　　●eLWIP：流量控制，支持新接口（Xw）之上的測(cè)量報(bào)告

　　LAA

　　LAA的全稱是Licensed Assisted Access，即在非授權(quán)頻段中使用LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 基于載波聚合的架構(gòu)，由授權(quán)頻段載波作為主小區(qū)（PCell），非授權(quán)頻段載波只能作為輔小區(qū)（SCell）。同時(shí)為了保證和其他在非授權(quán)頻段工作的技術(shù)共存，采用了先聽(tīng)后說(shuō)（Listen-Before-Talk）的信道競(jìng)爭(zhēng)接入機(jī)制。

　　主小區(qū)傳遞重要消息和保障QoS，而從小區(qū)主要功能是提升數(shù)據(jù)速率。

　　LTE物聯(lián)網(wǎng)

　　在Release 13中，3GPP定義了3種物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：eMTC、NB-IOT和EC-GSM-IoT。

　　eMTC，即MTC的增強(qiáng)版本，在R12中叫Low-Cost MTC，有時(shí)統(tǒng)稱為L(zhǎng)TE-M，是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

　　EC-GSM-IoT，即擴(kuò)展覆蓋GSM（Extended Coverage-GSM）物聯(lián)網(wǎng)。各種LPWA技術(shù)的興起，傳統(tǒng)GPRS應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的劣勢(shì)凸顯，EC-GSM是為了讓GSM/EDGE滿足新形勢(shì)下的物聯(lián)網(wǎng)需求。

　　NB-IOT，即窄帶物聯(lián)網(wǎng)，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

　　在R14版本，主要對(duì)eMTC和NB-IOT的一些功能進(jìn)行了完善，包括組播、移動(dòng)性增強(qiáng)、新的功率等級(jí)和接入/尋呼功能增強(qiáng)（NB-IOT）、支持高速率數(shù)據(jù)傳輸和VoLTE（eMTC）等。

　　三種物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)對(duì)比：

　　LTE V2X

　　在R14，3GPP定義了LTE支持V2X應(yīng)用，以推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)商機(jī)。V2X包括V2V、V2P和V2I，V2V即車輛對(duì)車輛，V2P是車輛對(duì)行人，V2I則是車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施。

　　V2X包括兩種互補(bǔ)的傳輸模式：

　　●直接通信

　　基于LTE D2D（Device-to-Device）技術(shù)，并對(duì)其在支持高速移動(dòng)、高可靠的多用戶調(diào)度和低時(shí)延上進(jìn)行了改善。

　　●網(wǎng)絡(luò)通信

　　V2X服務(wù)器可發(fā)送廣播消息給汽車，同時(shí)，汽車也可通過(guò)組播方式發(fā)送消息給服務(wù)器。

　　在車輛對(duì)車輛安全應(yīng)用上的基本功能已于2016年9月完成，V2X標(biāo)準(zhǔn)將于2017年3月最終完成。

　　低時(shí)延LTE

　　為了提升網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)，擴(kuò)展LTE應(yīng)用場(chǎng)景，3GPP正致力于縮短LTE空口時(shí)延，主要目標(biāo)有兩個(gè)：縮短處理時(shí)延和TTI，分別將于2017年3月和6月完成。

　　5G部分

　　前面LTE工作是為了向5G演進(jìn)。下面這部分將單獨(dú)介紹3GPP在5G方面的一些進(jìn)展。

　　5G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間安排

　　5G標(biāo)準(zhǔn)制定工作分為兩個(gè)階段：

　　●5G標(biāo)準(zhǔn)第一個(gè)版本將于2018年9月完成（Release-15），主要為了滿足比較急迫的商業(yè)需求。

　　●5G標(biāo)準(zhǔn)第二個(gè)版本將于2020年3月完成（Release-16），將滿足IMT 2020提出的目標(biāo)和所有可識(shí)別的用例與需求。

　　關(guān)鍵需求：5G-NR的設(shè)計(jì)在核心網(wǎng)應(yīng)該是先前兼容的，以便于在后期版本中加入新功能。

　　介紹一下3GPP旗下的兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)群組（Technical Specification Groups， TSA）；其中TSG RAN（Radio Access Network）負(fù)責(zé)制定無(wú)線接入部分的功能、需求和接口等。另外一個(gè)群組TSG SA（Service and System Aspects）負(fù)責(zé)有關(guān)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和系統(tǒng)服務(wù)能力相關(guān)工作，具體任務(wù)包括制定整體架構(gòu)、服務(wù)框架和系統(tǒng)安全框架等。

　　TSG RAN主要工作

　　1）定義了下一代接入技術(shù)的場(chǎng)景和需求

　　三大場(chǎng)景：

　　eMBB （enhanced Mobile Broadband），增強(qiáng)移動(dòng)寬帶

　　mMTC （massive Machine Type Communications），大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)

　　URLLC （Ultra-Reliable and Low Latency Communications），低時(shí)延高可靠連接

　　這三大場(chǎng)景分別對(duì)應(yīng)的頻譜分配是：

　　（5G頻譜分為6GHz以下和6GHz以上兩類）

　　eMBB：6GHz以下和6GHz以上頻段

　　mMTC：6GHz以下頻段

　　URLLC ：6GHz以下頻段

　　對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景：

　　室內(nèi)點(diǎn)場(chǎng)景：室內(nèi)高流量和高用戶密度。

　　密集城區(qū)：密集城區(qū)高流量和高用戶密度區(qū)域（宏站和小基站聯(lián)合覆蓋，或宏站單獨(dú)覆蓋）

　　農(nóng)村：農(nóng)村大面積連續(xù)覆蓋（需重點(diǎn)關(guān)注高速行駛的汽車）

　　城區(qū)宏站：城區(qū)連續(xù)覆蓋

　　高速場(chǎng)景：高鐵、動(dòng)車等連續(xù)覆蓋

　　超偏僻超遠(yuǎn)覆蓋場(chǎng)景：為低ARPU和用戶稀少區(qū)域提供基本通信服務(wù)，包括荒野和公路沿線部署的物聯(lián)網(wǎng)。

　　城區(qū)大規(guī)模連接覆蓋場(chǎng)景：主要針對(duì)城區(qū)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋

　　公路或高速路場(chǎng)景：對(duì)高速行駛的車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)覆蓋

　　車聯(lián)網(wǎng)城區(qū)網(wǎng)格場(chǎng)景：密集城區(qū)車聯(lián)網(wǎng)

　　5G-NR需求：

　　從省電狀態(tài)到數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)的控制面時(shí)延：10ms

　　URLLC用戶面時(shí)延：0.5ms

　　eMBB用戶面時(shí)延：4ms

　　非頻發(fā)小數(shù)據(jù)包時(shí)延：10s

　　移動(dòng)性中斷時(shí)間：0ms

　　非頻發(fā)物聯(lián)網(wǎng)小數(shù)據(jù)包流量模式的電池壽命：15年

　　移動(dòng)性范圍：0km/h到500km/h

　　無(wú)線接入網(wǎng)應(yīng)該具備最小化回傳和信令負(fù)荷的能力

　　2）完成了6GHz以上頻段信道模型討論

　　由于5G將運(yùn)行于 6GHz以上的毫米波頻段和更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，比如500公里/小時(shí)的高速移動(dòng)或大規(guī)模天線系統(tǒng)，這些使得現(xiàn)在的信道模型不再適用，因此，3GPP討論了頻段從6GHz到100GHz的新一代信道模型和建模方法等，以滿足未來(lái)5G需求。

　　其中信道模型的研究場(chǎng)景包括：城區(qū)微蜂窩（Urband Microcell， UMi）、室內(nèi)辦公室和購(gòu)物商城、城區(qū)宏蜂窩（Urband Macrocell， Uma）等。

　　建模方法主要討論了：隨機(jī)模型（Stochastic model）、基于地圖模型（Map-based model）、和混合式模型（Hybrid model）等。

　　3）確定NR（New Radio）組網(wǎng)方式

　　定義了兩種NR（New Radio）組網(wǎng)方式：Standalone（獨(dú)立）和 Non-Standalone（非獨(dú)立） NR組網(wǎng)

　　非獨(dú)立NR組網(wǎng)就是將NR控制面錨定于現(xiàn)有的LTE核心網(wǎng)，而獨(dú)立NR組網(wǎng)是指NR的用戶面和控制面獨(dú)立部署于5G。

　　待確定LTE和5G-NR（Next Generation Radio）的組網(wǎng)選項(xiàng)

　　各成員提出了多種組網(wǎng)選項(xiàng)，比如德國(guó)電信提出了12種，但哪些選項(xiàng)將被列入標(biāo)準(zhǔn)，將在2016年12月或2017年3月確定。

　　另外，關(guān)于用戶面和控制面的分離、C-RAN功能分離和前傳接口等討論將在2017年1月完成。

　　TSG SA主要工作

　　1）SMARTER

　　TSG SA啟動(dòng)了新服務(wù)和市場(chǎng)使能技術(shù)（SMARTER，New Services and Markets Technology Enablers）研究項(xiàng)目，探討未來(lái)5G的潛在服務(wù)、市場(chǎng)、應(yīng)用場(chǎng)景和可能的使能技術(shù)。今年6月份已完成SMARTER研究，預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將于2017年3月完成。

　　SMARTER主要?dú)w納了五大應(yīng)用范圍

　　包括：

　　●增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband， eMBB）：包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等需要高速率高容量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

　　●關(guān)鍵通信（Critical Communications， CriC）：包括工業(yè)控制、云端機(jī)器人、無(wú)人機(jī)對(duì)可靠性要求極高的應(yīng)用。

　　●大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（Massive Machine Type Communication， mMTC）：包括智慧城市、智能電表等需要連接大量終端的應(yīng)用。

　　●網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)（Network Operation， NEO）：包括網(wǎng)絡(luò)切片等需要更加靈活的運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)。

　　●增強(qiáng)型車聯(lián)網(wǎng)（Enhancement of Vehicle-to-Everything， eV2X）：包括車對(duì)車、車對(duì)人等車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　2）下一代通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和安全

　　主要包括QoS構(gòu)架、策略管理、對(duì)話管理、計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)、切片管理等等內(nèi)容。

　　比如網(wǎng)絡(luò)切片是一個(gè)很熱門的話題，其目的就是網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的場(chǎng)景或服務(wù)需求提供不同的切片，因?yàn)樗梢詫⒉煌琔E隔離，當(dāng)這些不同類型的UE連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，彼此不會(huì)相互影響，即使當(dāng)某個(gè)切片中的UE斷線，或某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)中斷，都不會(huì)影響到其它網(wǎng)絡(luò)切片的連接服務(wù)。

　　但是，這樣一來(lái)，無(wú)線接入網(wǎng)如何識(shí)別和選擇UE就變成了一大挑戰(zhàn)。UE如何接收所屬切片的信息？無(wú)線接入網(wǎng)如何識(shí)別切片并將UE的信息傳送到其所屬的切片？UE如何連接不同類型的切片？等等，這些都屬于這一部分要討論的內(nèi)容。