作为一家国际化标准组织,3GPP由全球七大标准制定组织(SSO)合作形成,包括日本无线工业及商贸联合会(ARIB)、中国通信标准化协会(CCSA)、美国电信行业解决方案联盟(ATIS)、日本电信技术委员会(TTC)、欧洲电信标准协会(ETSI)、印度电信标准开发协会(TSDSI)以及韩国电信技术协会(TTA)。其宗旨非常简单,就是制定和维护全球无线通信标准,而不是关注某个局域或某个地区的需要。

“各组织与3GPP相互合作,包括制定总体政策和策略,以及技术规范、产业政策等,3GPP则负责准备、批准、增强和维护全球适用的技术规格。这是一种非常重要的协作,只有这样才会确保最终制定的标准符合行业需求,保证不同厂商之间实现无缝互操作,也能保证移动通信的全球规模化。”3GPP TSG RAN1主席陈万士博士说。

3GPP的组织架构

自1998年开始,3GPP从事蜂窝技术标准的制定已经超过18年,至今已经管理产生12个版本(Release)的标准,产生最终能够实现商业产品化的技术规范已经超过1200个,来自成员公司的技术提案已经有数十万项。目前,3GPP共有16个工作组,成员公司超过550家,相关会议的累积时长超过2000人/年。

陈万士表示,3GPP定义的是完整的端到端系统规范,以保证整个系统可以完成通信需求,覆盖整体网络所需要的全部要素。其中无线接入网络(RAN)是必须的元素,因为这是移动通信最重要的部分之一。RAN负责部署空中接口的无线接入技术,管理无线链路以连接用户设备和核心网;服务也是核心要素之一,它包括面向服务架构、功能、多媒体等框架。核心网(CN)主要管理无线接入网络并向外部世界传输数据。此外还有与消费者切身相关的用户设备(UE),如讲手机性能和用户体验提升至更好的水平。

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除了无线接入网络,3GPP分布式系统级工程架构中还包括业务与系统、核心网络与终端两部分,具体技术工作由三大技术规范组(TSG)和16个专门的工作组(WG)完成。比如无线接入网络TSG下有6个工作组,其中RAN WG1负责物理规范也就是Layer 1,其它还包括RAN2、RAN3、RAN4、RAN5、RAN6等不同工作组,他们各司其职。同理,业务与系统、核心网与终端也都有对应的专门工作组。简而言之,TSG的主要职能就是告诉产业做什么,而工作组的主要职能就是根据TSG的要求把需要实现的东西做出来。

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3GPP的工作流程

陈万士将3GPP的工作流程定义为协作式系统级工程。也就是说,每个组之间、每个成员公司之间必须要有很好的协作,需要系统地看问题。如果只有一组做完而另外一组没做完,那是没有任何意义的。总体而言,全部工作流程可分为四步:第一,早期研发及向管理层提交项目提案;第二,将项目细分至专业领域;第三,进行可行性研究并探索不同技术解决方案;第四,根据议定的工作技术开发解决方案。

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早期研发

任何成员都可以提出全新特性,但必须获得至少4位成员支持。会员通常会在多次会议上重申概念,但新的工作必须由技术规范组全体会议批准,获批之后成为研究项目

可行性研究项目

成员提交全部技术文件(提案)以提出解决方案和技术,并在3GPP会议中讨论。不同于很多人的想象,3GPP的大多数技术决策并不经过会议投票形成,而是由技术驱动,并来自基于共识且向全体成员开放的流程。流程是迭代式且非线性的(许多讨论在3GPP外仍在继续),技术报告中的绝大多数议定概念都在原始提案基础上进行过改动。经过TSG批准的技术报告可产生相应的工作项目——范围可能比研究项目更窄。

工作项目

同样的由提案驱动、基于共识、迭代的流程,明确选定的解决方案,所有的工作项目组成3GPP工作计划并可在3GPP网站上获取。每个工作项目都有支持公司和报告人,技术规范中明确议定的部署细节—包括全新或现有规范。规范一旦获批,其变更仅可通过正式的修改请求进行;规范一旦发布,业界开始竞相提供符合标准的终端和基础设施以支持部署。

技术规范

技术规范是3GPP工作完成的最终成果。目前有超过1200个活跃3GPP技术规范,每个规范的制定都基于数百个提交的技术提案,每个规范都有一位报告人(编辑者和管理者),遵循工作组指导,特定的技术规范组负责在季度会议上对功能稳定的规范进行冻结。规范通过5位数字标识号识别,该标识号将规范分类至有意义的技术类别,下游制造商则利用技术规范进行产品开发

全新特性通过不同3GPP Release引入到蜂窝系统中,这跟主流操作系统的不同版本非常类似,当前正在推进的是Release 15。根据预期完成的时间,Release到了某个规定的时间点就会进行冻结,冻结后就不大可能再引入新的特性了,但可以进行一些小修小补。以4G LTE为例,该标准从Release 8开始到Release 15一直在持续演进,多个版本的不同阶段工作可并行展开。尽管当前主要是集中推进Release 15,包括LTE和5G技术的演进,但同时也要考虑Release 14的一些改进请求。此外,在3GPP中,保证后向兼容是非常重要的。也就是说,LTE Rel-10用户设备(UE)可在LTE Rel-8基站工作,LTE Rel-8用户设备(UE)可在LTE Rel-10基站工作。

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提案质量远比数量重要

“有一些观点主张根据提案的数量来衡量某个成员在3GPP的领导力,我认为这是不科学的。”在陈万士看来,并非全部提案在提案推动进程中都具有同等价值,对于3GPP领导力而言,提案质量远比数量重要。

因为我们最终是要产出一个以技术为主导的技术规范,需要通过技术的主导作用和领导力来产生一个全球适用的标准。而3GPP的技术决策和规范并非通过接受或反对个别提案的直接机制而建立,许多不同类型的提案(包括修改请求)并不包含任何新技术发明,所以很难评估任何单一技术提案的影响力,更何况许多提案还主要集中在一个特性或一项研究的某一部分,因此难以实现标准化。

众所周知,蜂窝技术建立在过往3GPP内部以及整个产业所完成的工作基础之上的,我们熟悉的LTE采用了许多源于2G和3G技术的技术概念,包括来自3GPP2的技术。此外,提案的数量还可能会受到主观因素的影响,一些成员公司可能通过向他们驻3GPP的代表提供奖励,以最大化提案的数量,导致多个工作组不得已执行“每家公司针对每个议程项目仅可提交一个提案”的政策。同时,数据库是为工程师建立的,并不适合进行宏观分析,也容易出现不同的诠释,所以说提案数量到底怎么去理解就会存在争议。

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陈万士认为,3GPP领导力是驱动演进的能力,特别在5G时代,怎样能更好地拓展移动生态系统是3GPP关注的重点。从下图可以看到,5G演进到现阶段并不仅仅是增强宽带这么简单,它还关注如何更好地拓展整个移动生态系统、如何在公司层面上去领导和驱动这种拓展、以及如何在技术上更好地前进,这才是衡量3GPP领导力的重要标准。由于3GPP是端到端的标准化组织,所以在引领标准拓展和演进的时候,就必须考虑在端到端方面的技术和研发领导力,这是基础。

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另一方面,3GPP整个系统设计工作由多个工作组逐个进行决策,分散进行,端到端的监管比较少。在核心网、无线接入网络和用户设备等几个方面,每个工作组都会根据技术规范组的要求进行具体的技术设计。因此,尽管3GPP工作是分布式的,但在驱动工作组的工作时,却必须要从端到端的角度去进行推动,无论是LAA、免许可LTE、LTE IoT,还是D2D、C-V2X、数字广播等技术都是如此。

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高通的两个小故事

“在业界看来,Qualcomm最出名的是芯片产品,但从Qualcomm的企业DNA和发展历史角度而言,我们最根本的使命是要解决端到端的系统级设计问题。”Qualcomm技术标准副总裁柯诗亚以许可辅助接入(LAA)与NB-IoT为例,讲述了Qualcomm如何参与3GPP的工作并做出重要贡献。

Qualcomm在2009-2010年就开始了关于LAA的基础性研究,并随后向3GPP提交了概念提案。但遗憾的是,该提案引发了成员公司间的不同意见,未能达成广泛一致,只有Qualcomm和爱立信选择支持,在接下来的6个月里,高通花费了大量的时间和努力说服20家公司参与其中,再之后的3个月内,3GPP最终通过了LAA的研究项目,前后耗时共9个月。

在研究项目获批后,就要进入执行阶段,具体需要多个工作组来完成。在这过程中,Qualcomm提出了很多极为重要的提案,贡献了很多具体技术文件,有针对性解决LAA发展中的技术障碍。当然,并不是所有的技术文件都能够被3GPP接受,重要的是,这些提案所蕴含的观点和想法却能继续流传,被行业接受。

有趣的一点是,在LAA项目中,Qualcomm面临着LTE如何能与Wi-Fi实现共存的挑战。Qualcomm开展了大量工作来推动与Wi-Fi行业之间的合作,例如举办研讨会,驱动Wi-Fi与LAA共同向前发展。除此以外,在进行LAA研究项目时,可能会面临来自某些国家监管要求的挑战。为了解决这个问题,Qualcomm又提出了另外一个新的研究项目—USOS,用以解决来自韩国和日本方面的监管挑战。

目前,LAA技术已经在多个国家开展部署,而且有多款支持这一功能的智能手机上市。这项技术的发展经历了漫长的过程,同时还需要具备很强的适应能力,应对一些从没想过的新问题。

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关于NB-IoT,据柯诗亚介绍,当时存在GERAM蜂窝IoT和NB-LTE两个相互竞争的提案标准,各有其一套理论和支持者。在这样的时间节点上,Qualcomm提出了自己的提案,意在融合两个标准以避免出现标准的分裂。Qualcomm的做法是将两种技术路线中最基本的优点提取出来进行融合,从而形成单一路线,命名为NB-IoT。最终,提案获得了业界的认同,提案中所蕴含的基础性观点最后被行业所接受,成为标准的一部分。

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柯诗亚认为,提案是否被接受其实不重要,重要的是这些提案的内容得以流传,它们超越规范的范畴成为标准的一部分。“一家企业要从基础性研究开始,然后在3GPP提出概念提案,在概念提案提出后的漫长时间里,一方面要说服各方接受这个概念和想法,与此同时还要解决从来没有预想过的新问题。最终,所有问题都得到了解决才能形成标准,Qualcomm在这方面起到了带头的作用。”

5G新空口的发展

3GPP当前正在制定5G新空口标准。从部署的时间表来看,2019年将成为重要分水岭,此前为研究项目阶段(study item)和2017年开始的工作项目阶段(work item),之后进入5G NR阶段部署阶段。预计第一个版本的5G工作项目阶段应该会在2018年之前完成。

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2016年,高通分别在世界移动大会(MWC)与MWC上海展期间展示了28GHz和6GHz以下5G NR原型系统和试验平台。2017年,高通宣布与中兴通讯和中国移动在下半年合作开展基于5G新空口规范的互操作性测试和OTA外场试验,试验将基于中国移动的5G指导建议书要求,使用高通的终端原型和中兴通讯的基站解决方案,模拟真实场景并支持广泛的5G新空口用例和部署场景。

考虑到未来3.5GHz将会是中国移动部署频段的一个重要资源,因此高通在5G NR原型系统第一阶段所做的实验也是专门针对3.5GHz来实现的。据悉,试验将使用多项先进的3GPP 5G新空口技术,包括大规模多入多输出(MIMO)天线技术、自适应独立TDD、多项波束技术、基于OFDM的可扩展波形以支持更大带宽、先进编码与调制方案以及基于低时延时隙结构的全新灵活设计。而在MWC2017上,中国移动和Qualcomm展台还将共同演示Qualcomm首个基于3GPP 5G 新空口标准工作的5G连接。

从端到端的原型系统来看,除了28GHz和6GHz以下5G NR原型系统和试验平台外,对频谱共享原型系统的测试也非常重要。为此,MWC2017期间,高通还展示了首个MulteFire OTA无缝移动性,以及面向工业物联网的私有LTE/MulteFire网络,将LTE优势带入更广阔的生态系统中。

同时,高通还发展多项关键的5G技术,包括千兆级LTE、可扩展OFDM参数、先进LDPC信道编码、独立TDD子帧、毫米波移动化、大规模MIMO等。“5G工作绝不会停在此时此刻,不会止步于Release 15,也不会止步于我们推出的首款调制解调器。”柯诗亚表示,2018年3GPP要开展的工作将包括5G NR(5G新空口)在免许可频谱运行、5G NR URLLC(高可靠低时延通信)、5G在车联网领域的应用(C-V2X)、5G NR回程技术以及面向卫星系统的5G NR。

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