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3GPP:5G新空口标准解读

 达坂城大豆 2017-12-07



12月1日,3GPP分组大会上宣布,第1个5G国际标准正式完成并冻结。该标准是3GPP R15(第一版5G)标准的非独立组网(NSA)5G新空口标准。这一新标准有何特点和优势,详见下文分析:


3GPP的基本情况——


12月1日,美国3GPP的工作组小组会议结束,本次工作组会议主要关注技术层面。


12月17日,3GPP全会将会对工作层面的技术标准进行批准,因此全会后会有正式的协议发布。


3GPP分为RAN、SA和CT。RAN负责空中接口的标准制定;SA负责业务、网络架构、安全等标准制定;CT负责核心网标准落地。这三个小组的工作形成了通信系统端到端的标准的制定。从各家公司的争夺专利上的角度来看,各个公司比较关注RAN。


标准落地的时间表——


2017年12月17日~21日,非独立组网(NSA)标准将会首先发布。经过三个月的小修,2018年3月,NSA标准的ASN.1协议将会冻结,标准将会趋于稳定。


2018年6月独立组网标准将会发布,同理2018年9月为SA版本的ASN.1的冻结。届时Release 15版本5G将会完成。5G的初步版本届时将会完成,运营商、设备商、终端商、芯片商等全产业链将会根据标准开展产品的研发、外场的测试等相关工作。


2018年6月将会启动Release 16的研究,到2019年12月将会完成,Release 16是5G的第一个增强版本标准。


会议的核心议题——


标准要实现底层到高层端到端的打通。本次会议物理层标准基本完成(不能代表目前产品就可以顺利工作,其中还有很多小错误留待后面CR阶段修订)。


物理层会议即RAN1小组会,是RAN参会者最多的会议,大概有600+参会代表,主流公司都在其中。会议从早上8点到晚上12点连续进行了5天。


3GPP标准组织由于本身历史原因,最早由欧洲和日本公司提出和主导。因此RAN会议上,传统的国外通信厂商,如诺基亚、爱立信、日本的NTT DoCoMo等公司,不论是标准的制定还是主席副主席的设置依然占有重要地位。高通、三星等公司在3GPP中也具有很大的影响力和核心地位。


但我国公司从参会规模、提案质量和贡献相比2007年都有很大进步。可以看出我国公司的话语权确实在增强。


此次会议对5G三大场景的促进作用——


5G面向三大场景。本次会议主要面增强移动宽带(eMBB)场景和高可靠低时延通信(uRLLC)场景。


5G的另一个场景物联网场景(mMTC)由于4G阶段已有NB-IoT/eMTC,目前还不够成熟,相关提案和公司还不多,相关标准预计到2020年才有机会。


此次eMBB非独立主网(NSA)标准是运营商、终端厂商和消费者更关注也更有市场前景的方向。但时间比较紧,标准制作上比较仓促。


uRLLC场景对时延、可靠性要求更高。国际知名芯片厂商高通、Intel等积极提出了更高的处理能力的要求,对联发科等后面追赶的芯片厂商造成一定压力。


5G频谱相关情况——


5G的频谱分为6GHz以上部分和6GHz以下部分。6GHz以上部分主要包括28GHz等。最近美国运营商Verizon在28GHz试验了5G覆盖,室外可以实现500m覆盖,但室内覆盖不好。6GHz以上毫米波通信技术相对成熟度低一点,在国内研发也较薄弱,国外相对领先。


我国6GHz以下频谱已经在3.5GHz为5G分配了频谱,但是还没有分配运营商,预计2018年年初或年中分配。运营商分配频谱后才会进行网络测试联调。运营商之间的网络频率的分配也存在博弈。


能否对比几大设备商在3GPP中的情况? 


爱立信公司近年表现不佳,在3GPP中总体走保守路线。公司在4G及以前已经占有一定市场份额,在专利和网络占比方面有优势,在欧洲市场相对领先。爱立信的提案相对保守,希望在原有的系统上进行部署,新的标准尽量可以延续原有的技术方案。这样一方面自己的专利可以存续,另一方面新系统可以和现有设备绑定部署。爱立信在3GPP物理层协议的制定上影响力最大,但整体看处于优势被逐渐拉近的局面。


华为从2007到2017年发展很快。在3GPP会议中,现如今华为的参会规模排名第一,远远多于其他公司。专利布局方面进步明显,业内有目共睹。华为以一个3GPP后进入者的角色到目前已经进入核心圈。


中兴通讯主设备产品在国内市场早期和华为竞争较激烈,在国际市场的拓展不错但略逊于华为。参会人员规模、提案数量上也较大。近年中兴通讯实力有所提升,但和华为存在些许差距。


NSA和SA有半年的差距,不同的运营商会有不同选择么,不同的选择会给运营商带来什么不同的布局安排和投资节奏?


5G的加速背景有韩日因为奥运会需要提早商用5G,Verizon也提出了V5G等,因此3GPP启动了5G加速过程,主要是5G在NSA方式工作标准制定的加速,面对SKT、KT、NTT Docomo、Verizon等运营商的需求。该标准将网络和终端捆绑在4G网络上。爱立信、华为等公司希望未来运营商选择这套方式部署5G,以保证现有在4G上的优势。国际上,NSA的运营商支持范围较大。NSA方式下,运营商业务的连续性有4G网络保证,选择4G基础上部署比较正常。中国移动倾向于用SA方式,但是中国移动预计也不会放弃NSA方式。


全网端到端投资的角度看,投资板块上有什么顺序么?


可以参考LTE的投资过程,我介绍一下主设备、仪器仪表、芯片、终端的相关顺序。


主设备。主要运营商已经开始测试。近期中国移动、中兴通讯和高通进行了5G联合测试。国家也有重大专项的支持。2018~2019年也以测试为主。


测试仪表。按照3G、4G的经验,测试仪表的发展也比较快。终端厂商会向测试仪厂商购买测试仪。国际公司包括Keysight、罗德施瓦兹等;国内也有类似公司。有些仪表厂商3、4年前已经开始研究相关内容,随着标准落地,这些公司很快就会推出相关测试仪表。


通信基带芯片。主流供应商包括高通、海思、联发科、英特尔、展讯。5G时代,通信处理能力更强,对多模、多频处理能力要求更高,需要更多技术积累。高通目前在这个领域存在优势,未来在一段时间内预计还会进一步领先,联发科可能还会保持追赶。预计在网络部署后,芯片和终端会逐渐成熟。在2019~2020年的规模组网过程中,预计运营商也会推动终端厂商在网内进行相应的测试。个人预计稳定的芯片模组量产要在2020年左右。


终端。终端最后成熟,需要网络、芯片成熟后才会出现。


3.5GHz下,终端射频同现有射频有怎样的变化?


5G时代,终端需要支持更多频率,另外由于NSA工作方式,大概率要支持LTE和5G的上行双发(注:NSA标准下,5G NR要和LTE绑定实现终端信号的上行双发,即需要同时连接4G和5G网络)。LTE时代也提出了相应技术,但是没有商用。上行双发导致交调和谐波等干扰变得严重,对元器件等有较高要求。终端厂商如苹果、VIVO、OPPO等也在标准中提出建议和方案希望5G终端能够实现上行单发,但运营商和设备商更希望终端处理能力相对强大,因此终端厂商和运营商设备商之间存在博弈。但是双发的趋势应该不会变化。另外,长期来看看毫米波通信(如28GHz)将是未来比较重要的方向。


1、滤波器。因为频段数量提升,因此交调和谐波等干扰变强,如LTE 和5G双连接的主流band组合3.5GHz和1.8GHz存在互相干扰,因此滤波器数量增加。上行双发也将导致滤波器的升级。


2、天线。低频段下,未来终端的天线数目可能会进一步的增加到4天线接收。长远来看,毫米波通信收集天线设计从单天线且波束固定转变为天线阵列。功放、低噪放和相移器等和天线形成统一模组等将成为最有可能选择。


3、功放。传统终端功放发射功率为23dBm,LTE已经引入了高功率终端26dBm。未来功放的功率可能进一步提升。


4、屏幕。全面屏成为未来的趋势。


5、外壳。由于当前的金属外壳对于传播的吸收较大,未来预计会选择陶瓷或玻璃。


从3GPP的观察,国外厂商的话语权更重,然而我国在IMT-2020的试验中我国的设备厂商效果更好,那么两个结果应该怎么理解呢?标准话语权和产品的竞争力有怎样的关系呢?


个人理解,产业优势越大,标准制定时话语权越大。反过来,标准话语权大,产品方面确实不好说。华为作为全球第一大设备商,产品确实有一定优势,因此华为作为后来厂商在3GPP的话语权确实已经明显提升了;中兴通讯虽然在标准侧相比华为稍有差距,但也有很大的提升。中国的整体标准话语权已经有很大的提升。

      

如果运营商采用NSA组网方式,那么基站和核心网的选型方面有没有问题呢?


基站和核心网的连接有标准接口保证,互联互通不存在问题。


NSA强调4G和5G双连接共网。4G、5G的基站之间互通虽然也有接口,但是不同厂商之间互联仍存在一定困难,因此NSA的5G基站的建网需要参考现有4G基站的分布。


另外,现有的基站天线向大规模天线(Massive MIMO)演进,设计中从射频拉远方式向有源AAU方式演进存在可能,因此设备商在生产BBU、RRU之后也在考虑进入天线市场。


天馈系统一体化的方式比较多,3GPP会议上是否有清晰的技术路线?


个人理解,中国移动在推动3.5GHz的Massive MIMO系统。很多厂家Massive MIMO的产品考虑16、32或更多通路。天线和RRU合并的一体化天线可以帮助运营商高效部署天线。


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