5G/4G: 3GPP组织及协议版本的发展

ITU国际电信联盟是属于联合国的机构,总部就在瑞士日内瓦,3GPP是在ITU指导下成立的专注于研究电信标准和IMT-2000的组织。另外还有个3GPP2。和3GPP和3GPP2存在一定的竞争关系,可以看做分别代表了欧洲和北美标准。3GPP主要是欧系主导,主要发展GSM/GPRS->WCDMA这条演进路径。3GPP2主要研究的是CDMA->CDMA2000,主要是北美主导,和高通公司密切相关。在4G和5G的发展时代,都是由3GPP主导了。

4G的发展当中,LTE是3GPP的一个项目名称,其研究成果就是E-UTRAN,就是无线空口部分。同时还有一个和LTE平行的项目SAE,研究中心是核心网,其研究成果就是EPC。而在5G中,对应的无线部分就是NR(new radio), 而核心网就是5GC。不得不说3GPP取名是相当的随意了。

R99: 指定第一个UMTS 3G网络,定义空口标准WCDMA,支持上行384kbps,下行2Mbps的传输速率。最早出现的各种第三代规范被汇编成最初的99版本,于2000年3月完成,后续版本不再以年份命名

R4: 软交换,控制和承载分离;提出all-IP核心网。

R5: 提出IMS域,能给PS、CS域提供IP多媒体业务,也是VoIP的重要基础;提出HSDPA使下行速度提升至14.4Mbps,超越CDMA2000。

R6: 增强IMS域的功能(如PoC,GAN);提出HSUPA提高上行速度到5.76Mbps。

R7: 定义HSPA+,下行速度提升至21Mbps,甚至42Mbps。

R8: 第一个提出LTE的版本。3GPP在2006年9月通过LTE WI( Work Item)立项申请,正式进入标准制定阶段,该阶段基于标准研究阶段成果,对系统框架、技术细节和性能评估等内容进一步讨论,并与2007年3月形成用于LTE初步系统设计的参考规范TR 36.300。R8于2008年12月冻结。主要内容包括:高峰值数据速率:下行300 Mbps,上行75 Mbps,上行链路采用4×4 MIMO,以及20MHz带宽;高频谱效率;灵活带宽:1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz;IP数据包在理想无线条件下时延为5毫秒;简化网络架构;OFDMA下行和SC-FDMA上行;全IP网络;MIMO多天线方案;成对(FDD)和非成对频谱(TDD)。

R9:2009年12月冻结最初的LTE增强版,只是对R8做了一些补充。主要内容包括:PWS(Public Warning System,公共预警系统);Femto Cell,Femto Cell基本上用于办公室或家中;MIMO波束赋型;自组织网络(SON);EMBMS;LTE定位。

R10:2011年3月冻结。R10属于LTE-A标准。由于ITU IMT-Advanced提出了R8无法实现的更高速率要求,为此,R10提出了很多重要的功能和提升。R10主要新增内容包括:增强型上行链路多址,R10引入了分簇单载波频分多址(clustered SC-FDMA),R8的SC-FDMA只允许频谱连续块,而R10允许频率选择性调度;MIMO增强: LTE_A允许下行高达8×8 MIMO,在UE侧,它允许上行4X4MIMO;中继节点(Relay Nodes);增强型小区间干扰协调(eICIC),eICIC主要应付异构网络(HetNet)下的干扰问题;载波聚合(CA);支持异构网络(HetNet);增强型SON。

R11:2012年9月冻结主要内容包括:增强型载波聚合;协作多点传输(COMP);ePDCCH;基于网络的定位;最小化路测(MDT);DRX;节能。

R12:2014年6月冻结增强型small cell;增强型载波聚合: R12允许TDD和FDD之间载波聚合,还允许3载波聚合;机器对机器通信(MTC);WiFi和LTE融合;LTE未授权频谱(LTE-U)。

R13:2016年6月冻结。双连接技术,支持基于宽松时延的载波聚合;增强型机对机通信(MTC);增强型LTE-U;室内定位;增强的多用户传输技术;增强型MIMO,NB-IoT技术。

R14: 2017年6月冻结。4G标准的持续演进,NB-IoT增强,MTC增强等;5G研究的开始。

R15:2018年6月冻结。为5G的第一阶段标准。5G定义了增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)、大规模机器类型通信(mMTC)三大场景。针对这三大场景,在2018年6月已完成的3GPP R15标准不仅定义了5G NR(新无线)以满足5G用例和需求,还定义了新的5G核心网(5GC),以及扩展增强了LTE / LTE-Advanced功能。总之, 5G首版标准R15既兼顾了4G平滑演进,也考虑了5G未来新需求;既增强了4G功能,也新增了5G能力,充分展现出以稳健、务实的步伐迈向5G时代。

此外面向5G第二阶段,3GPP 已于2018年10月启动制定R16标准,在NR方面,R16将推进毫米波的多波束/ MIMO技术,扩展URLLC和IoT的应用领域;在5GC方面,R16将进一步研究5GC功能演进,以面向未来5G多样化业务应用。

 

3GPP协议下载地址:

http://www.3gpp.org/

https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.321/

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