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3GPP在4G到5G的演進中扮演的角色淺析

發表時間:2016/11/7  來源:RF技術社區  瀏覽次數:9977  
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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協同工作

②LAA

LTE與WiFi協同工作

關于LTE與WiFi協同,在LTE標準的第一個版本已經提出,在release 12開始討論RAN層面的兩者協同工作。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功能:

①LTE和WLAN在PDCP層數據聚合(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核心網交互;無需WLAN專用的核心網絡節點

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技術的高數據速率進行了優化

●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網絡技術, 基于載波聚合的架構,由授權頻段載波作為主小區(PCell),非授權頻段載波只能作為輔小區(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。

主小區傳遞重要消息和保障QoS,而從小區主要功能是提升數據速率。

LTE物聯網

在Release 13中,3GPP定義了3種物聯網標準:eMTC、NB-IOT和EC-GSM-IoT。

eMTC,即MTC的增強版本,在R12中叫Low-Cost MTC,有時統稱為LTE-M,是基于LTE演進的物聯網技術。

EC-GSM-IoT,即擴展覆蓋GSM(Extended Coverage-GSM)物聯網。各種LPWA技術的興起,傳統GPRS應用于物聯網的劣勢凸顯,EC-GSM是為了讓GSM/EDGE滿足新形勢下的物聯網需求。

NB-IOT,即窄帶物聯網,可直接部署于GSM網絡和LTE網絡,以降低部署成本、實現平滑升級。

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)、支持高速率數據傳輸和VoLTE(eMTC)等。

三種物聯網標準的技術參數對比:

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LTE V2X

在R14,3GPP定義了LTE支持V2X應用,以推動車聯網商機。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。

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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、高可靠的多用戶調度和低時延上進行了改善。

●網絡通信

V2X服務器可發送廣播消息給汽車,同時,汽車也可通過組播方式發送消息給服務器。

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

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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)負責有關整體網絡架構和系統服務能力相關工作,具體任務包括制定整體架構、服務框架和系統安全框架等。

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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),大規模物聯網

? 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

對應的網絡部署場景:

?室內點場景:室內高流量和高用戶密度。

?密集城區:密集城區高流量和高用戶密度區域(宏站和小基站聯合覆蓋,或宏站單獨覆蓋)

?農村:農村大面積連續覆蓋(需重點關注高速行駛的汽車)

?城區宏站:城區連續覆蓋

?高速場景:高鐵、動車等連續覆蓋

?超偏僻超遠覆蓋場景:為低ARPU和用戶稀少區域提供基本通信服務,包括荒野和公路沿線部署的物聯網。

?城區大規模連接覆蓋場景:主要針對城區大規模物聯網實現連續覆蓋

?公路或高速路場景:對高速行駛的車聯網實現覆蓋

?車聯網城區網格場景:密集城區車聯網

5G-NR需求:

?從省電狀態到數據傳輸狀態的控制面時延:10ms

?URLLC用戶面時延:0.5ms

?eMBB用戶面時延:4ms

?非頻發小數據包時延:10s

?移動性中斷時間:0ms

?非頻發物聯網小數據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模天線系統,這些使得現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:城區微蜂窩(Urband Microcell, UMi)、室內辦公室和購物商城、城區宏蜂窩(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)組網方式

?定義了兩種NR(New Radio)組網方式:Standalone(獨立)和 Non-Standalone(非獨立) NR組網

非獨立NR組網就是將NR控制面錨定于現有的LTE核心網,而獨立NR組網是指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)的組網選項

各成員提出了多種組網選項,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

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包括:

●增強型移動寬帶(Enhanced Mobile Broadband, eMBB):包括增強現實、虛擬現實等需要高速率高容量的網絡應用。

●關鍵通信(Critical Communications, CriC):包括工業控制、云端機器人、無人機對可靠性要求極高的應用。

●大規模物聯網(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。

●網絡運營(Network Operation, NEO):包括網絡切片等需要更加靈活的運維網絡。

●增強型車聯網(Enhancement of Vehicle-to-Everything, eV2X):包括車對車、車對人等車聯網應用。

2)下一代通信的網絡結構和安全

主要包括QoS構架、策略管理、對話管理、計費、鑒權、切片管理等等內容。

比如網絡切片是一個很熱門的話題,其目的就是網絡根據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,或某一個網絡切片服務中斷,都不會影響到其它網絡切片的連接服務。

但是,這樣一來,無線接入網如何識別和選擇UE就變成了一大挑戰。UE如何接收所屬切片的信息?無線接入網如何識別切片并將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容。

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