6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作拉開(kāi)序幕,預(yù)測(cè)一下6G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有哪些？

作者：趙小飛

上周，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP在韓國(guó)仁川舉辦6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)。作為全球首個(gè)6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，此次會(huì)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(huì)議，加上線上參會(huì)人員，實(shí)際參會(huì)人數(shù)達(dá)1676位，共提交了219份會(huì)議文件，6G標(biāo)準(zhǔn)制定征程正式開(kāi)啟。10年前5G標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始起步，業(yè)界對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)和賦能行業(yè)充滿期待，那么10年后，6G標(biāo)準(zhǔn)化工作啟動(dòng)，未來(lái)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)還會(huì)帶來(lái)哪些新的場(chǎng)景和技術(shù)？

在筆者看來(lái)，6G時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)依然是其中一個(gè)重要賽道，納入6G標(biāo)準(zhǔn)家族的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)既有5G時(shí)代的持續(xù)演進(jìn)，又有6G新特征下全新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)問(wèn)世。

回顧一下3GPP推出的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷程

3GPP作為全球影響力最大的電信標(biāo)準(zhǔn)化組織，承擔(dān)了移動(dòng)通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，早已成為全球移動(dòng)通信發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)制定，當(dāng)然也離不開(kāi)3GPP這一組織的工作。因此，3GPP針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)合以M2M（機(jī)器對(duì)機(jī)器通信）的名稱出現(xiàn)，這一概念已被廣泛接受。3GPP在那個(gè)時(shí)候已啟動(dòng)了MTC（Machine Type Communication）的研究工作，即開(kāi)始了《Study on Facilitating Machine to Machine Communication in 3GPP Systems》的研究項(xiàng)目。

根據(jù)3GPP的工作流程，針對(duì)一項(xiàng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作分為研究項(xiàng)目（SI）和工作項(xiàng)目（WI）兩個(gè)階段，研究項(xiàng)目階段進(jìn)行可行性研究，對(duì)業(yè)務(wù)需求、解決方案可行性進(jìn)行評(píng)估，最終輸出技術(shù)報(bào)告；工作項(xiàng)目階段就開(kāi)始了標(biāo)準(zhǔn)的制定，根據(jù)研究項(xiàng)目階段的結(jié)論，形成相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，輸出標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)MTC的首個(gè)研究項(xiàng)目于2007年在3GPP R8版本中以技術(shù)報(bào)告形式發(fā)布，并在后續(xù)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2011年完成了首個(gè)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(bào)告和技術(shù)規(guī)范文檔，針對(duì)首個(gè)MTC的文檔如下：

該版本針對(duì)M2M通信在物流、健康醫(yī)療、遠(yuǎn)程管理、無(wú)線支付、無(wú)線抄表等方面的需求進(jìn)行研究，支持通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入大量物聯(lián)網(wǎng)終端。

2、針對(duì)終端的分類

對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，才能實(shí)現(xiàn)有效通信。伴隨著4G LTE標(biāo)準(zhǔn)的制定，3GPP對(duì)于終端的規(guī)范也在持續(xù)推進(jìn)，最為典型的是通過(guò)上下行速率對(duì)終端進(jìn)行分類，適應(yīng)了各種類別物聯(lián)網(wǎng)終端的接入特點(diǎn)，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(duì)用戶終端接入能力的標(biāo)準(zhǔn)化工作，定義了Cat 1-Cat 5的等級(jí)，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(jí)別的終端主要針對(duì)手機(jī)終端，這些級(jí)別需要更高速率，而Cat 4以下級(jí)別更適合物聯(lián)網(wǎng)，尤其是Cat 1的定義，對(duì)后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，目前國(guó)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(jìn)一步降低終端等級(jí)，首次定義的Cat 0的終端等級(jí)，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(biāo)準(zhǔn)橫空出世

從2013年開(kāi)始，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）進(jìn)入人們視線中，低速率、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景需求越來(lái)越多，Sigfox、LoRa等非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始成為業(yè)界寵兒，大范圍攻城略地。3GPP陣營(yíng)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不能滿足LPWAN場(chǎng)景需求，面對(duì)蜂窩技術(shù)的彎道超車，3GPP陣營(yíng)專家們快速響應(yīng)，針對(duì)LPWAN的需求，開(kāi)始制定新的標(biāo)準(zhǔn)，并于2016年R13版本中凍結(jié)了基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的LPWAN標(biāo)準(zhǔn)，而且一次性發(fā)布了3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即eMTC、EC-GSM和NB-IoT，其中eMTC是基于4G LTE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，EC-GSM是基于2G GSM網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，而NB-IoT則是相對(duì)獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

3GPP這三大LPWAN標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)世，在業(yè)界產(chǎn)生了巨大反響，成為移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的一大亮點(diǎn)，似乎承載了蜂窩通信運(yùn)營(yíng)商在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的未來(lái)。當(dāng)然，這三類技術(shù)后來(lái)的命運(yùn)差別很大，尤其是EC-GSM問(wèn)世后不久就慘遭拋棄，NB-IoT和eMTC則分別受到了全球不同國(guó)家地區(qū)和運(yùn)營(yíng)商的青睞，直至今天形成了明顯的市場(chǎng)格局。

4、5G和后5G時(shí)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(chǎng)景來(lái)看，eMBB更多是為支持移動(dòng)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(lái)5G的發(fā)展也印證了這一初衷。

當(dāng)然，5G三大場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)體系中重點(diǎn)支持物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方向。3GPP在設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)研究方向時(shí)，充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景和需求發(fā)展的趨勢(shì)，已啟動(dòng)了多個(gè)重點(diǎn)方向的研究，最為典型的方向包括：

一是開(kāi)展RedCap的標(biāo)準(zhǔn)化工作。RedCap作為輕量級(jí)的5G，目前已成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。2022年6月，R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，首個(gè)RedCap標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世，主要面向中速率物聯(lián)網(wǎng)終端接入場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，RedCap增強(qiáng)版本標(biāo)準(zhǔn)eRedCap問(wèn)世，將帶寬進(jìn)一步裁剪至5MHz，面向10Mbps中低速率物聯(lián)應(yīng)用，進(jìn)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(lái)5G一張網(wǎng)絡(luò)支持中低速物聯(lián)提供便利。

二是開(kāi)展無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。3GPP R18版本已將無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)納入研究項(xiàng)目中，多個(gè)代表也開(kāi)始了無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)前期研究工作。在3GPP全會(huì)上，多家企業(yè)代表認(rèn)為，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)將形成千億級(jí)連接規(guī)模，當(dāng)前大量行業(yè)已明確了需求。不過(guò)，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作似乎并不是很快，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)在R19階段依然是以研究項(xiàng)目的形式立項(xiàng)，未進(jìn)入技術(shù)規(guī)范編寫階段，由于基于蜂窩技術(shù)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)面臨著非常復(fù)雜的環(huán)境，在非常嚴(yán)苛的條件下還要考慮到室內(nèi)、室外、固定、移動(dòng)等各種不同情況，一些候選技術(shù)還在探討中，標(biāo)準(zhǔn)化的可行性還需要進(jìn)一步評(píng)估，或許在R20階段會(huì)實(shí)現(xiàn)商用標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)世。

三是將NB-IoT/LTE-M標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中對(duì)NB-IoT/LTE-M進(jìn)行進(jìn)一步增強(qiáng)，例如提升峰值速率、移動(dòng)性、容量密度等，形成5G mMTC的主要場(chǎng)景承載技術(shù)。

四是開(kāi)展IoT-NTN標(biāo)準(zhǔn)化工作。針對(duì)衛(wèi)星通信，3GPP也希望將其納入自己的陣營(yíng)中。2022年6月凍結(jié)的R17版本中，一個(gè)備受關(guān)注的特性就是衛(wèi)星通信，其中一個(gè)分支就是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用例的NTN標(biāo)準(zhǔn)，支持LTE-M和NB-IoT等終端衛(wèi)星接入，擴(kuò)大很多地面網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。R18版本中，對(duì)于IoT-NTN進(jìn)行增強(qiáng)，帶來(lái)一些新的特性，解決了中低軌衛(wèi)星由于超高速移動(dòng)導(dǎo)致的頻繁切換等難題。如今，3GPP陣營(yíng)的IoT-NTN生態(tài)伙伴進(jìn)一步擴(kuò)大，有望成為衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的主流選擇。

當(dāng)然，3GPP還推出了針對(duì)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(yíng)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(lái)3GPP陣營(yíng)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(huì)納入6G中？

2023年11月，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式發(fā)布了6G系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和空口技術(shù)開(kāi)發(fā)的框架，提出了6G系統(tǒng)將應(yīng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化和互操作、互通性等七大目標(biāo)，支撐構(gòu)建包容性的信息社會(huì)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

6G 將實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的連接，實(shí)現(xiàn)物理世界和虛擬世界的連接，同時(shí)，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(chǎng)景方面，ITU認(rèn)為6G 在5G三大場(chǎng)景基礎(chǔ)上增強(qiáng)和擴(kuò)展，包含沉浸式通信、超大規(guī)模連接、極高可靠低時(shí)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(chǎng)景。

其中，超大規(guī)模連接和泛在連接這兩大場(chǎng)景更多是面向物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的。因此，物聯(lián)網(wǎng)在很大長(zhǎng)度上依然是6G的一個(gè)重要領(lǐng)域。那么，6G家庭中會(huì)包括哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢？

分析3GPP過(guò)去十多年來(lái)推動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(huì)發(fā)展出一些新的方向，實(shí)現(xiàn)更廣泛和多元化的場(chǎng)景覆蓋，這一趨勢(shì)在5G標(biāo)準(zhǔn)化工作中顯得尤為明顯：

首先，對(duì)4G時(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)一步演進(jìn)；同時(shí)，雖然RedCap及eRedCap是5G的原生技術(shù)，但其對(duì)標(biāo)的正是4G時(shí)代Cat.4和Cat.1的能力。其次，推出新的發(fā)展方向方面，5G標(biāo)準(zhǔn)中引入無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)和IoT-NTN，進(jìn)一步擴(kuò)展了4G時(shí)代的連接能力。

以此來(lái)分析，筆者對(duì)6G家族中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有一個(gè)初步的預(yù)期，主要包括：

一是繼承和發(fā)展5G時(shí)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)以及IoT-NTN等，未來(lái)可能會(huì)進(jìn)一步演進(jìn)，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(jìn)和優(yōu)化。其中，針對(duì)衛(wèi)星通信的IoT-NTN和無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)預(yù)計(jì)會(huì)成為6G物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)泛在連接和超大規(guī)模連接的愿景。

同時(shí)，6G是否會(huì)效仿5G推出一個(gè)輕量版的6G也值得探討，尤其是6G帶寬、可靠性、時(shí)延等方面相對(duì)5G有大幅提升的情況下，是否可能會(huì)推出對(duì)標(biāo)5G eMBB和uRLLC等技術(shù)的“Light 6G”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G eMBB和uRLLC等技術(shù)支持的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景進(jìn)一步優(yōu)化和替代。

二是基于增強(qiáng)和擴(kuò)展的功能形成新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

ITU針對(duì)6G定義了15個(gè)能力指標(biāo)，與5G相比指標(biāo)分為兩類，即針對(duì)5G增強(qiáng)的功能和支持6G擴(kuò)展使用場(chǎng)景的新功能，每種功能在不同的使用場(chǎng)景中可能具有不同的相關(guān)性和適用性。其中，9項(xiàng)功能源自現(xiàn)有的5G系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)，主要包括：峰值速率、用戶體驗(yàn)速率、頻譜效率、區(qū)域流量密度、連接數(shù)密度、移動(dòng)性、時(shí)延、可靠性、安全隱私韌性性能；支持6G擴(kuò)展使用場(chǎng)景的新功能包括：覆蓋、感知相關(guān)指標(biāo)、AI相關(guān)指標(biāo)、可持續(xù)性性能指標(biāo)、互操作、定位6個(gè)指標(biāo)。

這15大指標(biāo)提升了對(duì)更多場(chǎng)景支持的能力，包括更多物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景，其中一些指標(biāo)需要引入新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如為達(dá)到感知相關(guān)指標(biāo)、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(guò)通信技術(shù)的進(jìn)步，減少傳感設(shè)備的使用。

本次6G標(biāo)準(zhǔn)征程啟動(dòng)，業(yè)界更感興趣的則是AI賽道，期待AI帶來(lái)6G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)的飛躍。中國(guó)電信首席科學(xué)家畢奇談到本次6G研討會(huì)時(shí)表示，雖然此次討論會(huì)對(duì)6G的期待低于同期的5G，與會(huì)者對(duì)6G的發(fā)展，仍寄希望于AI的助力，未來(lái)AI應(yīng)用的健康發(fā)展，將是6G能否超過(guò)5G的關(guān)鍵所在。預(yù)計(jì)AI相關(guān)的指標(biāo)也將催生6G家族中AIoT的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世，形成AI原生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)一步支撐“萬(wàn)物智聯(lián)”的愿景。

6G標(biāo)準(zhǔn)化大幕已經(jīng)拉開(kāi)，按照計(jì)劃，到2030年前會(huì)如約形成可商用化的標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)6G中將有哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，歡迎一起來(lái)探討。