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作者：趙小飛
上周，國際標準化組織3GPP在韓國仁川舉辦6G國際標準研討會。作為全球首個6G國際標準研討會，此次會議受到業(yè)界高度關(guān)注。根據(jù)3GPP官方消息，748位專家參加了線下會議，加上線上參會人員，實際參會人數(shù)達1676位，共提交了219份會議文件，6G標準制定征程正式開啟。10年前5G標準開始起步，業(yè)界對于物聯(lián)網(wǎng)和賦能行業(yè)充滿期待，那么10年后，6G標準化工作啟動，未來對于物聯(lián)網(wǎng)還會帶來哪些新的場景和技術(shù)？
在筆者看來，6G時代，物聯(lián)網(wǎng)依然是其中一個重要賽道，納入6G標準家族的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)既有5G時代的持續(xù)演進，又有6G新特征下全新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)問世。
回顧一下3GPP推出的物聯(lián)網(wǎng)標準歷程
3GPP作為全球影響力最大的電信標準化組織，承擔了移動通信的國際標準的制定工作，早已成為全球移動通信發(fā)展的風(fēng)向標。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的全球標準制定，當然也離不開3GPP這一組織的工作。因此，3GPP針對物聯(lián)網(wǎng)標準化工作的歷程，基本反映了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變遷。研究6G物聯(lián)網(wǎng)可能的方向，首先可以回顧一下3GPP對物聯(lián)網(wǎng)標準化的工作。
1、初次擁抱物聯(lián)網(wǎng)
早在2005年，物聯(lián)網(wǎng)在很多場合以M2M（機器對機器通信）的名稱出現(xiàn)，這一概念已被廣泛接受。3GPP在那個時候已啟動了MTC（Machine Type Communication）的研究工作，即開始了《Study on Facilitating Machine to Machine Communication in 3GPP Systems》的研究項目。
根據(jù)3GPP的工作流程，針對一項新的技術(shù)標準化工作分為研究項目（SI）和工作項目（WI）兩個階段，研究項目階段進行可行性研究，對業(yè)務(wù)需求、解決方案可行性進行評估，最終輸出技術(shù)報告；工作項目階段就開始了標準的制定，根據(jù)研究項目階段的結(jié)論，形成相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，輸出標準。
針對MTC的首個研究項目于2007年在3GPP R8版本中以技術(shù)報告形式發(fā)布，并在后續(xù)開展標準化工作，于2011年完成了首個完整的技術(shù)規(guī)范，在3GPP R10版本中發(fā)布。筆者翻閱了3GPP此前的部分技術(shù)報告和技術(shù)規(guī)范文檔，針對首個MTC的文檔如下：
該版本針對M2M通信在物流、健康醫(yī)療、遠程管理、無線支付、無線抄表等方面的需求進行研究，支持通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入大量物聯(lián)網(wǎng)終端。
2、針對終端的分類
對于物聯(lián)網(wǎng)的支持，除了接入網(wǎng)的架構(gòu)、核心網(wǎng)支持等網(wǎng)絡(luò)側(cè)的規(guī)范外，終端也需要有專門的標準規(guī)范，才能實現(xiàn)有效通信。伴隨著4G LTE標準的制定，3GPP對于終端的規(guī)范也在持續(xù)推進，最為典型的是通過上下行速率對終端進行分類，適應(yīng)了各種類別物聯(lián)網(wǎng)終端的接入特點，這一分類在后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中產(chǎn)生了重大影響。
3GPP在R8版本中就包含了對用戶終端接入能力的標準化工作，定義了Cat 1-Cat 5的等級，體現(xiàn)在TS 36.306規(guī)范中。3GPP在后續(xù)版本中持續(xù)研究和更新，如在R10中定義了Cat 6-Cat8，在R11中定義了Cat 9-10。
Cat 4以及以上級別的終端主要針對手機終端，這些級別需要更高速率，而Cat 4以下級別更適合物聯(lián)網(wǎng)，尤其是Cat 1的定義，對后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，目前國內(nèi)乃至全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中速率主要是Cat 1的終端。3GPP在R12版進一步降低終端等級，首次定義的Cat 0的終端等級，工作帶寬為20 MHz，上下行速率僅為1Mbps。
3、低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)標準橫空出世
從2013年開始，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）進入人們視線中，低速率、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)場景需求越來越多，Sigfox、LoRa等非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始成為業(yè)界寵兒，大范圍攻城略地。3GPP陣營現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不能滿足LPWAN場景需求，面對蜂窩技術(shù)的彎道超車，3GPP陣營專家們快速響應(yīng)，針對LPWAN的需求，開始制定新的標準，并于2016年R13版本中凍結(jié)了基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的LPWAN標準，而且一次性發(fā)布了3個標準，即eMTC、EC-GSM和NB-IoT，其中eMTC是基于4G LTE網(wǎng)絡(luò)的演進，EC-GSM是基于2G GSM網(wǎng)絡(luò)演進，而NB-IoT則是相對獨立的物聯(lián)網(wǎng)標準。
3GPP這三大LPWAN標準的問世，在業(yè)界產(chǎn)生了巨大反響，成為移動通信產(chǎn)業(yè)的一大亮點，似乎承載了蜂窩通信運營商在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的未來。當然，這三類技術(shù)后來的命運差別很大，尤其是EC-GSM問世后不久就慘遭拋棄，NB-IoT和eMTC則分別受到了全球不同國家地區(qū)和運營商的青睞，直至今天形成了明顯的市場格局。
4、5G和后5G時代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
隨著5G的商用，業(yè)界將目光聚焦于5G支持的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上。從5G最初提出的三大場景來看，eMBB更多是為支持移動互聯(lián)網(wǎng)需求而生，而uRLLC和mMTC則更多是為物與物通信提供技術(shù)支持，近年來5G的發(fā)展也印證了這一初衷。
當然，5G三大場景是高度凝練的總結(jié)，沿著以往物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑，業(yè)界仍然關(guān)注5G標準體系中重點支持物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方向。3GPP在設(shè)立標準研究方向時，充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)場景和需求發(fā)展的趨勢，已啟動了多個重點方向的研究，最為典型的方向包括：
一是開展RedCap的標準化工作。RedCap作為輕量級的5G，目前已成為業(yè)界關(guān)注的熱點。2022年6月，R17標準凍結(jié)，首個RedCap標準問世，主要面向中速率物聯(lián)網(wǎng)終端接入場景，將NR的帶寬從100MHz裁剪為20MHz，天線配置減少到1T1R或1T2R，引入半雙工模式等優(yōu)化，使其在Sub 6GHz頻段范圍內(nèi)可支持約20Mbps-100Mbps的上下行理論峰值速率，與LTE Cat.4終端能力接近；2024年6月，R18標準凍結(jié)，RedCap增強版本標準eRedCap問世，將帶寬進一步裁剪至5MHz，面向10Mbps中低速率物聯(lián)應(yīng)用，進一步降低終端成本，不少性能與LTE Cat.1和Cat.1 bis終端能力類似，為未來5G一張網(wǎng)絡(luò)支持中低速物聯(lián)提供便利。
二是開展無源物聯(lián)網(wǎng)的標準化工作。3GPP R18版本已將無源物聯(lián)網(wǎng)納入研究項目中，多個代表也開始了無源物聯(lián)網(wǎng)前期研究工作。在3GPP全會上，多家企業(yè)代表認為，無源物聯(lián)網(wǎng)將形成千億級連接規(guī)模，當前大量行業(yè)已明確了需求。不過，無源物聯(lián)網(wǎng)的標準化工作似乎并不是很快，無源物聯(lián)網(wǎng)在R19階段依然是以研究項目的形式立項，未進入技術(shù)規(guī)范編寫階段，由于基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)面臨著非常復(fù)雜的環(huán)境，在非常嚴苛的條件下還要考慮到室內(nèi)、室外、固定、移動等各種不同情況，一些候選技術(shù)還在探討中，標準化的可行性還需要進一步評估，或許在R20階段會實現(xiàn)商用標準的問世。
三是將NB-IoT/LTE-M標準演進納入5G中。NB-IoT/LTE-M是源于4G的技術(shù)，為了滿足5G mMTC的承諾，3GPP在后續(xù)的標準演進中對NB-IoT/LTE-M進行進一步增強，例如提升峰值速率、移動性、容量密度等，形成5G mMTC的主要場景承載技術(shù)。
四是開展IoT-NTN標準化工作。針對衛(wèi)星通信，3GPP也希望將其納入自己的陣營中。2022年6月凍結(jié)的R17版本中，一個備受關(guān)注的特性就是衛(wèi)星通信，其中一個分支就是針對物聯(lián)網(wǎng)用例的NTN標準，支持LTE-M和NB-IoT等終端衛(wèi)星接入，擴大很多地面網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。R18版本中，對于IoT-NTN進行增強，帶來一些新的特性，解決了中低軌衛(wèi)星由于超高速移動導(dǎo)致的頻繁切換等難題。如今，3GPP陣營的IoT-NTN生態(tài)伙伴進一步擴大，有望成為衛(wèi)星運營商的主流選擇。
當然，3GPP還推出了針對車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等方向的課題，這些也構(gòu)成了3GPP陣營物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的重要組成部分。正是由于十多年來3GPP陣營的努力，才構(gòu)成了完善的技術(shù)體系，支持目前數(shù)十億蜂窩物聯(lián)網(wǎng)終端的接入，并持續(xù)形成支持百億甚至千億接入的能力。
有哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可能會納入6G中？
2023年11月，國際電信聯(lián)盟（ITU）正式發(fā)布了6G系統(tǒng)標準和空口技術(shù)開發(fā)的框架，提出了6G系統(tǒng)將應(yīng)實現(xiàn)包容性、泛在連接、可持續(xù)性、創(chuàng)新、安全性、隱私性和彈性、標準化和互操作、互通性等七大目標，支撐構(gòu)建包容性的信息社會，實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標。
6G 將實現(xiàn)人、機、物的連接，實現(xiàn)物理世界和虛擬世界的連接，同時，有望將感知和人工智能等能力融合到網(wǎng)絡(luò)中，成為承載新用戶、賦能新應(yīng)用的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。在場景方面，ITU認為6G 在5G三大場景基礎(chǔ)上增強和擴展，包含沉浸式通信、超大規(guī)模連接、極高可靠低時延、人工智能與通信的融合、感知與通信的融合、泛在連接等6G六大場景。
其中，超大規(guī)模連接和泛在連接這兩大場景更多是面向物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計的。因此，物聯(lián)網(wǎng)在很大長度上依然是6G的一個重要領(lǐng)域。那么，6G家庭中會包括哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢？
分析3GPP過去十多年來推動的物聯(lián)網(wǎng)標準化工作，我們不難發(fā)現(xiàn)，每一代網(wǎng)絡(luò)既要具備上一代網(wǎng)絡(luò)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能力，又會發(fā)展出一些新的方向，實現(xiàn)更廣泛和多元化的場景覆蓋，這一趨勢在5G標準化工作中顯得尤為明顯：
首先，對4G時代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能力兼容和替代方面，5G將NB-IoT/LTE-M納入，實現(xiàn)進一步演進；同時，雖然RedCap及eRedCap是5G的原生技術(shù)，但其對標的正是4G時代Cat.4和Cat.1的能力。其次，推出新的發(fā)展方向方面，5G標準中引入無源物聯(lián)網(wǎng)和IoT-NTN，進一步擴展了4G時代的連接能力。
以此來分析，筆者對6G家族中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有一個初步的預(yù)期，主要包括：
一是繼承和發(fā)展5G時代物聯(lián)網(wǎng)系列技術(shù)
包括目前5G家族中比較明確的一些方向，如RedCap、eRedCap系列輕量化5G技術(shù)，NB-IoT/LTE-M系列LPWAN技術(shù)，無源物聯(lián)網(wǎng)以及IoT-NTN等，未來可能會進一步演進，納入6G家族中，讓6G首先具備5G所具備的所有物聯(lián)的能力，并在此基礎(chǔ)上形成能力演進和優(yōu)化。其中，針對衛(wèi)星通信的IoT-NTN和無源物聯(lián)網(wǎng)的演進預(yù)計會成為6G物聯(lián)網(wǎng)的重點，實現(xiàn)泛在連接和超大規(guī)模連接的愿景。
同時，6G是否會效仿5G推出一個輕量版的6G也值得探討，尤其是6G帶寬、可靠性、時延等方面相對5G有大幅提升的情況下，是否可能會推出對標5G eMBB和uRLLC等技術(shù)的“Light 6G”技術(shù)，實現(xiàn)對5G eMBB和uRLLC等技術(shù)支持的物聯(lián)網(wǎng)場景進一步優(yōu)化和替代。
二是基于增強和擴展的功能形成新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
ITU針對6G定義了15個能力指標，與5G相比指標分為兩類，即針對5G增強的功能和支持6G擴展使用場景的新功能，每種功能在不同的使用場景中可能具有不同的相關(guān)性和適用性。其中，9項功能源自現(xiàn)有的5G系統(tǒng)，并對其進行增強，主要包括：峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率、區(qū)域流量密度、連接數(shù)密度、移動性、時延、可靠性、安全隱私韌性性能；支持6G擴展使用場景的新功能包括：覆蓋、感知相關(guān)指標、AI相關(guān)指標、可持續(xù)性性能指標、互操作、定位6個指標。
這15大指標提升了對更多場景支持的能力，包括更多物聯(lián)網(wǎng)的場景，其中一些指標需要引入新的技術(shù)來實現(xiàn)。例如為達到感知相關(guān)指標、定位的要求，引入新的技術(shù)能夠直接為物聯(lián)網(wǎng)感知側(cè)的能力提升打下基礎(chǔ)，通過通信技術(shù)的進步，減少傳感設(shè)備的使用。
本次6G標準征程啟動，業(yè)界更感興趣的則是AI賽道，期待AI帶來6G作為新一代移動通信技術(shù)的飛躍。中國電信首席科學(xué)家畢奇談到本次6G研討會時表示，雖然此次討論會對6G的期待低于同期的5G，與會者對6G的發(fā)展，仍寄希望于AI的助力，未來AI應(yīng)用的健康發(fā)展，將是6G能否超過5G的關(guān)鍵所在。預(yù)計AI相關(guān)的指標也將催生6G家族中AIoT的標準問世，形成AI原生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進一步支撐“萬物智聯(lián)”的愿景。
6G標準化大幕已經(jīng)拉開，按照計劃，到2030年前會如約形成可商用化的標準，未來6G中將有哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，歡迎一起來探討。
