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3GPP在4G到5G的演進中扮演的角色淺析
本文主要聊一聊,這一年來3GPP在4G向5G演進的路上,都忙了些啥?
LTE演進
1 LTE與WiFi
為了滿足不斷增長的流量需求,WiFi成為流量卸載的重要補充。為此,3GPP定義了兩種流量卸載到未授權頻譜的選項:
①LTE與WiFi協(xié)同工作
②LAA
LTE與WiFi協(xié)同工作
關于LTE與WiFi協(xié)同,在LTE標準的第一個版本已經(jīng)提出,在release 12開始討論RAN層面的兩者協(xié)同工作。為了進一步滿足運營商的需求,在Release 13版本里,3GPP定義了一些新的互聯(lián)功能:
①LTE和WLAN在PDCP層數(shù)據(jù)聚合(LWA,LTE and WLAN aggregation)
●允許聚合LTE和WLAN下行無線鏈路
●LWA由LTE eNB控制;基于UE的測量報告;無需與LTE核心網(wǎng)交互;無需WLAN專用的核心網(wǎng)絡節(jié)點
② LTE和WLAN通過IPSec Tunnel的方式聚合(LWIP,LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel )
●相互協(xié)同更緊密,可在兩種無線鏈路間快速切換
●LWIP由LTE eNB控制;基于UE的測量報告
●UE通過eNB和 UE之間的IPsec tunnel接入WLAN
到了Release 14 ,3GPP定義了eLWA和eLWIP,即增強型LWA和增強型LWIP:
●eLWA:支持上行鏈路,增強了移動性,并對802.11技術的高數(shù)據(jù)速率進行了優(yōu)化
●eLWIP:流量控制,支持新接口(Xw)之上的測量報告
LAA
LAA的全稱是Licensed Assisted Access,即在非授權頻段中使用LTE網(wǎng)絡技術, 基于載波聚合的架構,由授權頻段載波作為主小區(qū)(PCell),非授權頻段載波只能作為輔小區(qū)(SCell)。同時為了保證和其他在非授權頻段工作的技術共存,采用了先聽后說(Listen-Before-Talk)的信道競爭接入機制。
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)標準:eMTC、NB-IOT和EC-GSM-IoT。
eMTC,即MTC的增強版本,在R12中叫Low-Cost MTC,有時統(tǒng)稱為LTE-M,是基于LTE演進的物聯(lián)網(wǎng)技術。
EC-GSM-IoT,即擴展覆蓋GSM(Extended Coverage-GSM)物聯(lián)網(wǎng)。各種LPWA技術的興起,傳統(tǒng)GPRS應用于物聯(lián)網(wǎng)的劣勢凸顯,EC-GSM是為了讓GSM/EDGE滿足新形勢下的物聯(lián)網(wǎng)需求。
NB-IOT,即窄帶物聯(lián)網(wǎng),可直接部署于GSM網(wǎng)絡和LTE網(wǎng)絡,以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。
在R14版本,主要對eMTC和NB-IOT的一些功能進行了完善,包括組播、移動性增強、新的功率等級和接入/尋呼功能增強(NB-IOT)、支持高速率數(shù)據(jù)傳輸和VoLTE(eMTC)等。
三種物聯(lián)網(wǎng)標準的技術參數(shù)對比:
LTE V2X
在R14,3GPP定義了LTE支持V2X應用,以推動車聯(lián)網(wǎng)商機。V2X包括V2V、V2P和V2I,V2V即車輛對車輛,V2P是車輛對行人,V2I則是車輛對基礎設施。
V2X包括兩種互補的傳輸模式:
●直接通信
基于LTE D2D(Device-to-Device)技術,并對其在支持高速移動、高可靠的多用戶調(diào)度和低時延上進行了改善。
●網(wǎng)絡通信
V2X服務器可發(fā)送廣播消息給汽車,同時,汽車也可通過組播方式發(fā)送消息給服務器。
在車輛對車輛安全應用上的基本功能已于2016年9月完成,V2X標準將于2017年3月最終完成。
低時延LTE
為了提升網(wǎng)絡性能和用戶體驗,擴展LTE應用場景,3GPP正致力于縮短LTE空口時延,主要目標有兩個:縮短處理時延和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。下面這部分將單獨介紹3GPP在5G方面的一些進展。
5G標準時間安排
5G標準制定工作分為兩個階段:
●5G標準第一個版本將于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標準第二個版本將于2020年3月完成(Release-16),將滿足IMT 2020提出的目標和所有可識別的用例與需求。
關鍵需求:5G-NR的設計在核心網(wǎng)應該是先前兼容的,以便于在后期版本中加入新功能。
介紹一下3GPP旗下的兩個技術標準群組(Technical Specification Groups, TSA);其中TSG RAN(Radio Access Network)負責制定無線接入部分的功能、需求和接口等。另外一個群組TSG SA(Service and System Aspects)負責有關整體網(wǎng)絡架構和系統(tǒng)服務能力相關工作,具體任務包括制定整體架構、服務框架和系統(tǒng)安全框架等。
TSG RAN主要工作
1)定義了下一代接入技術的場景和需求
三大場景:
? eMBB (enhanced Mobile Broadband),增強移動寬帶
? mMTC (massive Machine Type Communications),大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)
? URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications),低時延高可靠連接
這三大場景分別對應的頻譜分配是:
(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
對應的網(wǎng)絡部署場景:
?室內(nèi)點場景: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,或宏站單獨覆蓋)
?農(nóng)村:農(nóng)村大面積連續(xù)覆蓋(需重點關注高速行駛的汽車)
?城區(qū)宏站:城區(qū)連續(xù)覆蓋
?高速場景:高鐵、動車等連續(xù)覆蓋
?超偏僻超遠覆蓋場景:為低ARPU和用戶稀少區(qū)域提供基本通信服務,包括荒野和公路沿線部署的物聯(lián)網(wǎng)。
?城區(qū)大規(guī)模連接覆蓋場景:主要針對城區(qū)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)連續(xù)覆蓋
?公路或高速路場景:對高速行駛的車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)覆蓋
?車聯(lián)網(wǎng)城區(qū)網(wǎng)格場景: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)的控制面時延:10ms
?URLLC用戶面時延:0.5ms
?eMBB用戶面時延:4ms
?非頻發(fā)小數(shù)據(jù)包時延:10s
?移動性中斷時間: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
?移動性范圍:0km/h到500km/h
?無線接入網(wǎng)應該具備最小化回傳和信令負荷的能力
2)完成了6GHz以上頻段信道模型討論
由于5G將運行于 6GHz以上的毫米波頻段和更復雜的應用場景,比如500公里/小時的高速移動或大規(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5G需求。
其中信道模型的研究場景包括:城區(qū)微蜂窩(Urband Microcell, UMi)、室內(nèi)辦公室和購物商城、城區(qū)宏蜂窩(Urband Macrocell, Uma)等。
建模方法主要討論了:隨機模型(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(獨立)和 Non-Standalone(非獨立) NR組網(wǎng)
非獨立NR組網(wǎng)就是將NR控制面錨定于現(xiàn)有的LTE核心網(wǎng),而獨立NR組網(wǎng)是指NR的用戶面和控制面獨立部署于5G。
?待確定LTE和5G-NR(Next Generation Radio)的組網(wǎng)選項
各成員提出了多種組網(wǎng)選項,比如德國電信提出了12種,但哪些選項將被列入標準,將在2016年12月或2017年3月確定。
另外,關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啟動了新服務和市場使能技術(SMARTER,New Services and Markets Technology Enablers)研究項目,探討未來5G的潛在服務、市場、應用場景和可能的使能技術。今年6月份已完成SMARTER研究,預計標準將于2017年3月完成。
SMARTER主要歸納了五大應用范圍
包括:
●增強型移動寬帶(Enhanced Mobile Broadband, eMBB):包括增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等需要高速率高容量的網(wǎng)絡應用。
●關鍵通信(Critical Communications, CriC):包括工業(yè)控制、云端機器人、無人機對可靠性要求極高的應用。
●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用。
●網(wǎng)絡運營(Network Operation, NEO):包括網(wǎng)絡切片等需要更加靈活的運維網(wǎng)絡。
●增強型車聯(lián)網(wǎng)(Enhancement of Vehicle-to-Everything, eV2X):包括車對車、車對人等車聯(lián)網(wǎng)應用。
2)下一代通信的網(wǎng)絡結構和安全
主要包括QoS構架、策略管理、對話管理、計費、鑒權、切片管理等等內(nèi)容。
比如網(wǎng)絡切片是一個很熱門的話題,其目的就是網(wǎng)絡根據(jù)不同的場景或服務需求提供不同的切片,因為它可以將不同UE隔離,當這些不同類型的UE連接網(wǎng)絡時,彼此不會相互影響,即使當某個切片中的UE斷線,或某一個網(wǎng)絡切片服務中斷,都不會影響到其它網(wǎng)絡切片的連接服務。
但是,這樣一來,無線接入網(wǎng)如何識別和選擇UE就變成了一大挑戰(zhàn)。UE如何接收所屬切片的信息?無線接入網(wǎng)如何識別切片并將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。
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