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    深度揭秘3GPP:2G/3G/4G/Pre-5G標準化制定流程

    時間:2017/11/17

     

    當陳萬士博士當選為新一屆3GPP TSG RAN1主席的那一刻,沒有人想到,這是中國人首次摘此殊榮。陳萬士駐扎電信行業17年,自2006年加入高通,一直從事4G/5G技術相關的工作。9年前,他開始代表高通參與3GPP的活動,2013年,他當選3GPP RAN1副主席,今年8月,他又被票選為RAN1主席。

     

    3GPP TSG RAN1,主要負責物理層空中接口(OTA)標準化,在5G標準制定中,這是第一項關鍵步驟,因此,主席職位的重要性可想而知。

     

    然而,3GPP向來是個神秘的組織。3GPP如何制定標準?中間的流程是怎樣的?5G標準進展如何?3GPP研究哪些課題?帶著這些問題,我們最近在高通“揭秘3GPP”沙龍采訪了陳萬士和高通技術標準副總裁柯詩亞,進行了全干貨的解讀。

     

    組織架構定義“端到端”

     

    3GPP是The 3rd Generation Partnership Project(第三代合作伙伴計劃)的簡稱,成立于1998年12月,由全球七大標準制定組織(SSO)合作形成——這七個標準制定組織分布世界各大州,包括日本無線工業及商貿聯合會(ARIB)、中國通信標準化協會(CCSA)、美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)、日本電信技術委員會(TTC)、歐洲電信標準協會(ETSI)、印度電信標準開發協會(TSDSI)以及韓國電信技術協會(TTA),且目前有550多名成員公司,這些公司來自于40多個國家,包含網絡運營商、終端制造商、芯片制造商、基礎制造商以及學術界、研究機構、政府機構。

     

    3G、4G到目前的Pre-5G時代,成員數量一直不斷在增加。尤其臨近5G時代,越來越多的行業、企業、機構參與到3GPP的生態系統中。

     

    至今,3GPP規范和研究,一直由成員公司、工作組和技術規范組共同推動!斑@是一種非常重要的協作”,陳萬士介紹,這樣才能確!皹藴省狈闲袠I需求,保證廠商之間無縫互操作,保證移動通信的全球規;。

     

    3GPP定義端到端的系統規范,它的系統架構分為3個技術規范組(TSG)和內部16個工作組(WG)。3個技術規范組包括RAN(Radio Access Network,無線接入網絡)、SA(SA, Service/System Aspects,業務與系統)、以及CT(Core Network & Terminals,核心網與終端)。

     

     

    直白點說,TSG的主要職能就是“告訴我們要做什么”,比如規定在某段時間需要做哪些功能、發布哪些規范;而WG的主要職能就是“怎么去做”,根據TSG的要求,把具體技術需要實現的東西做出來。

     

    需要指出的是,每個技術規范組和工作組的主席和副主席都來自3GPP的成員公司,通過選舉產生,必須客觀中立,拋開任何一家公司的觀點,只代表3GPP工作,選舉每兩年一次,最多可連任兩屆。他們的工作主要負責組內技術工作的整體管理和進度,也會根據個體成員提案管理會議日程,確保符合3GPP工作流程和政策。

     

    可以說,3GPP對技術創新起著決定性的驅動作用。從2G、3G、4G到現在的Pre-5G,每一代通信技術之間的迭代基本上花費10年:上世紀90年代基本集中于數字語音的應用;本世紀初,3GPP著手推動移動數據演進;到了2010年左右,移動互聯網開始成為主要的應用場景,人們可以上網、看視頻、玩移動應用;從現在開始,5G正在如火如荼的進行當中,它涉及的范圍更廣,提供的業務也越多。目前,3GPP所做的項目涉及蜂窩電信網絡技術,包括無線接入、核心傳輸網絡和服務能力,包括編解碼器、安全性、服務質量等工作,從而提供完整的系統規范。

     

    對于一個標準化組織而言,手里能掌握多少有含量的技術規范,就能有多少話語權。據悉,3GPP至今從事蜂窩技術標準的制定已經超過18年,已經管理產生12個版本(Release)的標準,手握能夠實現商業產品化的技術規范超過1200個,來自成員公司的技術提案已經有數十萬項。

     

    工作流程講究team work

     

    正如前文所說,3GPP的工作是一種協作式系統級工程,既講究team work,又需要系統地看問題。如果說,只有一組做完而另外一組沒做完,那么也沒有任何意義。

     

    3GPP的管理方式類似于其他復雜的系統級工程,例如設計噴氣式飛機。大體上看,共分為五步:第一,早期研發,并向管理層提交項目提案;第二,將項目細分至對應的專業領域;第三,進行可行性研究,并根據需求探索不同的技術解決方案;第四,探索完成后可以制定工作計劃并開發解決方案;第五,有了這些計劃后,再進行具體規范的管理。

     

     

    從以上步驟可以進一步推出3GPP的具體流程。來自于3GPP成員公司的早期研發成果,會被提交到3GPP進入提案階段,一旦獲批,就進入可行性研究項目階段,如果得出結論,就會形成技術報告,并進入開發工作項目階段,然后才會形成技術規范,最后實現商用部署。商用,也是一個再完善的過程,有時,3GPP也會提出修改請求。

     

     

    項目提案階段當中,成員公司的早期研發很重要,這是先決條件。提案一旦獲TSG的批準,就會成為研究項目。一般而言,提案至少需要得到4位成員的支持。

     

    可行性研究項目階段當中,3GPP成員通過“提案”提出不同的解決方案和技術,接著提案在3GPP會議上進行公開討論,這時,任何成員可在任何時候對一項提案提出反對(許多討論在3GPP會議之外仍在持續),豪不夸張的說,最終呈現出來的3GPP技術報告和技術規范中,絕大部分概念是3GPP成員們在原始提案基礎上做出改動的成果。

     

     

    第四個步驟到了“工作項目階段”,與上一步“可行性研究項目階段”類似,過程中同樣充滿討論和迭代,區別在于上一步是技術范圍,而這一步就細化到技術細節,包括復雜度分析、對標準的影響、對產品實現的影響等。即使商用部署了,必要時候3GPP還是需要根據修改請求不斷修繕,譬如3GPP正在做Release 15,同時也會收到關于Release 14或Release 13的修改請求。

     

     

    技術演進貫穿始終

     

    陳萬士認為,3GPP提案的質量比數量要重要的多,因為不是所有的提案都具有同等的價值。3GPP技術決策和規范并非通過直接接受或反對個別提案的機制而建立,而是通過技術能力和協作來產生一個全球適用的標準。更何況,難以評估單一提案的影響力,很多提案主要集中在一個特性或者一項研究的某一部分,因此很難標準化。

     

    他更有理由相信,技術提案按數量算不上一個科學的方法。因為蜂窩技術建立在以往移動通信技術的基礎上不斷演進;另有一種可能,提案的數量會受到主觀因素的影響,成員公司可能通過向其駐3GPP代表提供獎勵,以最大化提案數量,例如本來一個提案文稿就可以把事情說清楚,但如果有鼓勵性措施的話,這個提案可能就會被分成三個;另外,數據庫是為工程師建立的,并不適合進行宏觀分析,容易出現不同詮釋。

     

    綜上所述,3GPP更看重驅動技術演進的能力。尤其即將步入5G時代,3GPP重點關注怎樣能更好地擴展整個移動生態系統,這也就意味著,需要從核心網、無線接入網絡和用戶設備這三個層面系統地推動端到端的發展。

     

     

     

    更進一步,5G拓展將重新定義行業,比如超高保真媒體、沉浸式娛樂、公共安全的提升、城市的基礎設施可持續發展、工廠自動化、能源公共設施、遠程醫療、以及如何使交通運輸更加安全和自動化,這都是3GPP需要考慮的5G問題。

     

    相較于3G發展早期,5G數據下載的速度增長已經超過650倍,數據流量增長也超過250倍。一定程度上,很難斷定到底是需求推動了無線技術的發展,還是無線技術發展推動了數據的需求,兩者更多的是相輔相成,且進一步演進,呈指數性上升趨勢。

     

    技術規范是最終成果

     

    技術規范是3GPP工作完成的最終成果。截止2017年6月2日,共有超過1200個活躍的3GPP技術規范,技術規范的規則是這樣的:

     

    1、每個規范的制定都是基于數百個提交的提案;

     

    2、每個提案都至少有一位報告人(編輯者和管理者),遵循工作組的指導;

     

    3、特定的技術規范組負責在季度會議上對功能穩定的規范進行凍結;

     

    4、下游制造商再利用技術規范進行產品開發。

     

    5、每個技術規范都有一個五位數字的標識號,該識別號將規范分類至有意義的技術類別——前幾位基本代表了它是3G、4G還是5G相關,中間幾位代表它屬于哪個層(比如物理層是211、212等等)。

     

    6、每個技術規范都特別的詳細,因此技術規范的文檔會非常長,有的時候技術內容太多一個文檔無法承載,甚至需要分成幾個部分。

     

    3GPP通過Release(版本)將最新的技術特性引入到蜂窩系統,保證技術在一定時期內能夠滿足市場需求。根據預期完成的時間,Release到了某個規定的時間點就會凍結,凍結后就不大可能再引入新的特性了,但是可以進行一些小修小補。通常,某一個時間段并非僅針對一個Release進行工作,因為之前完成的Release可能還需要進一步改正、完善和更新,同時未完成的Release需要繼續完成,因此多個Release的不同階段工作都是交錯推進、并行展開的。 當前,3GPP正在推進的是Release 15。

     

    跟主流操作系統的不同版本類似,全新特性通過不同3GPP Release(版本)引入,例如4G LTE在超過8個不同版本中持續演進(從Release 8到Release 15),而目前3GPP正在集中推進Release 15,會引入正在演進的5G技術。

     

     

    正是由于3GPP規范通過高度迭代的方式演進,所以要求構建在之前版本的基礎之上保證后向兼容。例如,LTE Release 10用戶設備可在LTE Release 8基站工作。反之,LTE Release 8用戶設備也可在LTE Release 10基站工作。

     

    標準化進程之路的一股力量

     

    按照目前的標準化進程,3GPP正在驅動5G向前發展,各組織成員同行,其中不乏高通、華為、中興的身影。

     

    高通首當其沖。3GPP還未發布5G規范,而高通驍龍X50已經實現了第一個5G數據連接,高通首款5G智能手機參考設計也一同亮相,為的是指導OEM廠商明年開始研發相關設備。驍龍X50是業界首款5G新空口多模調制解調器,通過單芯片支持2G/3G/4G/5G多模功能,以及6GHz以下和多頻段毫米波等不同頻段。這款芯片從發布到具備5G數據連接能力,僅僅用了12個月的時間。業界也因此認為,這次演示將推動全新一代蜂窩技術向前發展。

     

    柯詩亞說,除了眾所周知的芯片業務,高通最根本的使命正是解決端到端的系統級設計問題。實際上,高通所做的技術工作一直以來都在通過3GPP推動業界關鍵移動蜂窩技術的發展。

     

    譬如LAA技術,即許可輔助接入,是免許可頻譜上的LTE技術。蜂窩移動通信技術現在已經能夠達到千兆級LTE數據速率,這樣的一個技術之所以能夠實現,背后支撐的技術之一就是LAA。

     

    柯詩亞介紹了LAA技術進入3GPP的故事。

     

    大約2009年、2010年左右,高通就開始了關于LAA的基礎性研究,首先要做的第一步是向3GPP提出一個基礎概念,當時高通提出,將LTE引入至免許可頻段。從首次概念提出的只有兩家成員公司支持,到研究項目獲得批準,總共花費了九個月。

     

    柯詩亞說,在3GPP,不是說提交了一份概念提案,就等同巨大創新,這恰恰只是一個開始,而后漫長時間里,一方面要說服各方接受這個概念和想法,與此同時還要解決從來沒有預想過的新問題。最終,所有問題都得到了解決,目前LAA這項技術已經在多個國家開展部署,且有多款支持這一功能的智能手機已經上市。

     

     

    柯詩亞另外介紹了目前相當熱門的話題:物聯網的連接技術NB-IoT(窄帶物聯網)的演進故事。

     

    NB-IoT之前,曾經存在著兩個相互競爭的提案標準,一個是GERAM蜂窩IoT,另一個是NB-LTE(窄帶LTE)。這兩個提案的方向其實都一致的,但它們是兩個不同的提案并且彼此競爭,各有其一套理論和支持者。當時業界就有人擔心會出現標準的分裂,時至今日你還可以在網上找到2015年的一篇文章,文章認為整個行業因為這兩個的不同標準將會被分裂。正是在這樣的時間節點上,高通開始參與這項技術的發展。

     

    高通提出了自己的提案,以融合兩個標準避免出現分裂。這個提案取兩者精華,將兩種技術路線中最基本的優點提取出來進行融合,從而形成單一路線,高通把這個單一路線命名為NB-IoT,換句話說,NB-IoT的命名和概念來源于高通。高通當時一邊撰寫大量文件,一邊尋求來自雙方支持者的支持,協調各方做出適當讓步,推動整個業界走向融合,讓大家愿意為了實現統一標準而各自做出妥協。

     

    最后的結果就是現在,業界普遍認可NB-IoT。但這對高通來說才是開始,它接下來進行了大量的工程工作,既有在無線空口方面的,也有在系統級架構方面的,并提交了大量的技術提案,當中的基礎性觀點最后被行業所接受,成為標準的一部分!拔艺J為提案是否被接受其實不重要,重要的是這些提案的內容得以流傳,它們超越規范的范疇成為標準的一部分。作為這些提案的貢獻者,高通展示了我們的領導力。而這些技術最終也在整個行業當中實現了部署!笨略妬喺J為。

     

     

    再提到5G,高通一方面推動3GPP的5G相關工作:在千兆級LTE、信道編碼、獨立子幀、毫米波移動化、大規模MIMO等5G關鍵技術上都有相應的研究和部署,并和眾多行業企業、運營商聯合進行5G試驗和早期部署。

     

     

    在高通和眾多合作伙伴的推動下,3GPP決定加速5G的標準化進程,將5G規范形成的時間表提前了6個月。接下來的2018年,3GPP即將啟動的5G工作,包括5G NR(5G新空口)在免許可頻譜運行、5G NR URLLC(高可靠低時延通信)、5G在車聯網領域的應用即C-V2X、5G NR回程技術以及面向衛星系統的5G NR,而這將是一個開始,也給5G帶來了更多可能。

     

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