《从5G到气候行动,这就是世界无线电通信大会如此重要的原因》

  • 来源专题:宽带移动通信
  • 编译者: 张卓然
  • 发布时间:2019-12-09
  • 由国际电联无线电通信局副局长乔安妮·威尔逊(Joanne Wilson)撰写

    *以下是今天我在纽约向联合国大使所作简报的摘要

    无线电通信无处不在。

    在某种程度上,几乎每一个经济部门都依赖于有效利用无线电频谱这一有限的、共享的自然资源的机会。

    除信息和通信技术(ICT)部门外,陆上运输、公共安全、海上和空中旅行、天气预报、新闻收集和传播、教育、太空探索和研究、银行业务、娱乐活动都使用一种或多种无线电通信服务。

    实际上,无线电通讯使移动电话、广播电视节目、卫星导航、在线地图等成为可能。

    它们在监测和传递有关海洋温度、植被格局、含水层中的水位和温室气体的变化方面也起着至关重要的作用——帮助我们预测饥荒,飓风的路径或全球气候的变化。

    无线电通信技术越来越多样化和普遍,但它们都依赖于相同的核心要素:地面系统和天基系统的无线电频率的可用性,其中还包括其相关的轨道,这些轨道可以在没有有害干扰的情况下运作

    无线电规则

    为确保这种可用性,《无线电规则》、《无线电条例》、《关于使用无线电频率和有关卫星轨道的国际条约》为各种服务分配了具体的频率,并载有详细的技术规定和管理程序,以确保合理、公平和有效地利用频率和轨道资源。

    国际电联已经将该条约保持了112多年。

    今年10月,来自国际电联193个成员国中大多数国家的3000多名代表将聚集在埃及沙姆沙伊赫参加2019年世界无线电通信大会(WRC-19)。持续时间从2019年10月28日至11月22日。

    WRC必要时对《无线电规则》(RR)的文本进行审议和修订。

    国际规则和标准的制定确保了网络的兼容性、互操作性以及它们的运行不会对相邻的服务造成或受到有害的干扰。由于规模经济,它们还允许提供更实惠的服务和设备。

    在埃及的议程上

    WRC-19的议程项目包括:

    5G的附加频谱(国际电联术语中的IMT-2020):5G有望在智能网络通信环境中连接人、物、数据、应用程序、运输系统和城市。它应该更快地传输大量数据,可靠地连接大量设备,并以最小的延迟处理大量数据。

    高空平台站(HAPS):HAPS可以潜在地用于在服务不足的社区,农村和偏远地区提供宽带连接和电信服务。它将通过为最终用户提供固定的宽带连接以及核心与移动网络之间的传输链路(回程)来实现。

    地面无线应用,例如航空和海上通信:全球航空遇险和安全系统(GADSS)处理所有情况下的各个飞行阶段,包括遇险时间。它维护着每架飞机的位置的最新记录,如果发生坠机,被迫着陆或降落,则可以记录幸存者,飞机和可恢复飞行数据记录器的位置。 GADSS是仿照长期存在的全球海上遇险和安全系统(GMDSS),该系统数十年来一直保证着海上安全。 GMDSS正在升级,以传播更多海上安全信息,包括导航和气象警告、海盗警告、气象预报、船只交通信息、冰山地图等。

    无线电局域网(RLAN):RLAN(包括WiFi)已广泛用于互联网连接,数据传输和卸载移动流量,以减少蜂窝网络上承载的数据量。

    智能运输系统(ITS)和铁路无线技术:ITS正在逐步改变道路运输的形态,使汽车更智能,驾驶更便捷,道路更安全。 ITS通过进入交通网络的各个领域来做到这一点,例如车辆导航、交通控制、道路标志和自动车牌识别等。

    非地球静止卫星轨道(nonGSO) FSS和地球运动站(ESIM)等卫星系统:非GSO卫星固定服务(FSS)星座提高了质量,提高了容量并降低了卫星服务的成本,使卫星运营商能够将创新的解决方案推向市场,以弥合数字鸿沟,并为所有人提供宽带。

    建立共识

    在WRC-19会议上,全球利益相关者将努力审查监管框架,并在必要时就这些服务的额外频谱分配/识别达成共识。

    许多议程项目反映了一些发展和创新,这些发展和创新极有可能以可承受的价格为难以到达的农村和偏远地区的人民提供医疗服务。

    我们相信,一个成功的WRC-19将有助于为世界各地的所有人铺平道路,使他们受益于这些技术,并充分参与数字经济。

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    • 引言........................................................................................................4 强化无线通信的作用.........................................................................7 全球移动应用............................................................................................. 7 扩展用例............................................................................................. 11 固定无线接入............................................................................................. 14 转型元素...................................................................................... 17 物联网.................................................................................................. 18 5G到来...........................................................................................................20 1G到5G的演进................................................................................................. 20 5G技术目标.......................................................................................... 24 5G的概念......................................................................................................... 25 毫米波.............................................................................................................. 27 5G时间表.......................................................................................................... 30 5G设备可用性............................................................................................. 31 5G第一阶段(版本15)..................................................................................... 32 5G第二阶段(版本16)..................................................................................... 33 5G性能..................................................................................................... 34 5G架构..................................................................................................... 35 网络切片..................................................................................................... 37 4G LTE进展..................................................................................................39 LTE-Advanced和LTE-Advanced Pro的功能.......................................................... 39 LTE 1 Gbps功能............................................................................................. 42 3GPP发布......................................................................................................44 Cellular V2X通信.........................................................................47 关键支持技术.........................................................................48 人工智能(AI)........................................................................................ 48 多种蜂窝类型................................................................................................. 48 Neutral-Host小型蜂窝......................................................................................... 53 未经许可的频谱整合............................................................................. 53 物联网和机器对机器............................................................... 57 大规模MIMO....................................................................................................... 61 虚拟化......................................................................................................... 62 多址边缘计算.................................................................................. 64 组播和广播.......................................................................................... 64 以信息为中心的网络............................................................................... 65 VOLTE、5G语音、RCS、WebRTC和WI-FI呼叫..........................................67 语音支持和VoLTE........................................................................................ 67 5G语音支持................................................................................................... 67 丰富的通信套件..................................................................................... 67 WebRTC............................................................................................................... 68 Wi-Fi呼叫.......................................................................................................... 69 公共安全......................................................................................................70 LTE公共安全功能................................................................................. 70 部署方法......................................................................................... 72 公共安全的设备考量.................................................................... 73 从LTE到5G,Rysavy Research/5G美洲,2018年8月,第二页 扩容...........................................................................................75 频谱发展....................................................................................78 广播激励拍卖(600MHz).................................................................... 80 3550—3700MHz................................................................................................. 80 3.7—4.2GHz....................................................................................................... 81 5G频带.............................................................................................................. 82 协调....................................................................................................... 85 未经许可的频谱.............................................................................................. 86 频谱共享.................................................................................................. 87 总结..........................................................................................................91 附录:技术细节........................................................................92 3GPP发布....................................................................................................... 92 数据吞吐量对比.................................................................................. 94 延迟对比............................................................................................. 100 频谱效率................................................................................................ 101 流媒体和虚拟现实消耗的数据.................................................... 108 频谱带(3G到5G).................................................................................. 110 5G ..................................................................................................................... 114 架构..................................................................................................... 114 架构选项......................................................................................... 118 LTE-NR共存.......................................................................................... 121 整合接入和回程......................................................................... 124 性能.................................................................................................... 127 服务质量................................................................................................ 132 LTE与LTE-Advanced......................................................................................... 134 LTE-Advanced术语................................................................................ 134 OFDMA与调度..................................................................................... 135 LTE智能天线......................................................................................... 137 LTE-Advanced的天线技术.................................................................. 141 载波聚合.......................................................................................... 145 多点协调(CoMP).......................................................................... 149 用户平面拥塞管理(UPCON)...................................................... 151 网络辅助干扰消除和抑制(NAICS)..................... 152 多用户叠加传输(MUST)..................................................... 152 IPv4/IPv6 ........................................................................................................ 152 TDD协调........................................................................................... 152 LTE网络中的短信...................................................................................................... 153 用户设备类别................................................................................ 154 LTE-Advanced中继技术........................................................................................ 155 邻近服务(设备到设备)................................................................. 155 LTE吞吐量................................................................................................ 156 VoLTE和RCS ................................................................................................ 162 LTE高可靠和低延迟通信............................................ 168 演进分组核心网(EPC)................................................................................. 168 异构网络和小型蜂窝................................................................ 171 强化的蜂窝间干扰协调....................................................... 175 双连接............................................................................................. 180 物联网和机器对机器............................................................. 182 云无线接入网和网络虚拟化.................................. 183 从LTE到5G,Rysavy Research/5G美洲,2018年8月,第三页 其他未经许可的频谱整合.................................................................. 188 版本6 I-WLAN............................................................................................. 189 版本8 双栈移动IPv6和代理移动IPv6 ....................................... 189 版本11 基于S2a的GTP移动............................................................. 189 多路径TCP................................................................................................... 190 ANDSF............................................................................................................ 190 双向卸载挑战..................................................................... 191 其他集成技术(SIPTO、LIPA、IFOM、MAPCON)............................... 193 热点2.0...................................................................................................... 193 自组织网络(SON)............................................................................ 195 IP多媒体子系统(IMS)............................................................................. 197 广播/组播服务................................................................................. 199 回程............................................................................................................ 200 远程SIM配置...................................................................................... 201 UMTS-HSPA ........................................................................................................ 201 HSDPA ............................................................................................................ 202 HSUPA............................................................................................................ 205 HSPA的演进(HSPA+)................................................................................... 206 高级接收器.......................................................................................... 206 MIMO.............................................................................................................. 207 连续分组连接.......................................................................... 208 高阶调制.................................................................................... 209 多载波HSPA............................................................................................ 209 下行链路多流传输........................................................................ 210 HSPA+吞吐率.................................................................................. 211 UMTS TDD和TD-SCDMA.................................................................................... 215 EDGE/EGPRS....................................................................................................... 216 缩写与首字母缩略词........................................................................220 附加信息................................................................................230 随着2018年第一个5G标准的完成,无线行业在转变人们与世界互动的方式上又迈出了重要的一步。通过支持新类型的应用和灵活使用频谱,包括从前从未在蜂窝系统中使用过的频率,5G将为未来的增强和虚拟现实世界、自动驾驶汽车、智能城市、可穿戴计算机、人工智能,以及一切与之相关的环境和尚未构思的创新提供通信基础。 4G LTE展示了无线技术在支持移动和固定宽带以及物联网(IoT)方面的优势,它为5G大规模增加容量、提高吞吐速度、降低延迟和提高可靠性奠定了基础。5G不会取代LTE,在大多数情况下,至少在20世纪20年代后期,这两种技术将紧密结合并共存。早期部署基于最近完成的第一阶段5G标准,强调增强型移动宽带,将于2018年底开始实施。2019年,随着第一批5G智能手机问世,人们的接受度将加快。完整的5G标准将在2020年初发布,该标准将增加对工业物联网、集成接入和回程(IAB)以及未经许可频谱等项目的支持。正如LTE在这十年中不断发展一样,工程师将继续强化5G。 许多能强化5G的功能都出现在高级形式的LTE中。例如,通过载波聚合,运营商不仅利用其频谱潜力来增强容量和性能,而且该技术也是全新功能的基础,例如在未经许可的频段中运行LTE。 如今掌上电脑的计算能力可与过去的大型计算机相媲美,为直观的操作系统和数百万的应用程序提供了动力。再加上经济实惠的移动宽带连接,这些设备提供了前所未有的实用性,数十亿人正在使用它们。 随着智能手机和其他移动设备使用的长期增长受到人口的限制,创新者开始专注于物联网,其已涵盖了广泛的应用。LTE的增强,5G物联网功能,将连接可穿戴计算机、传感器和其他设备,从而带来更好的健康、经济收益和其他优势。5G不仅解决了大规模的物联网部署问题,而且使应用程序能够依靠超可靠和低延迟的通信,有时称为“关键任务型应用程序”,这在以前是不可能的。 随着首个5G标准的完成,以及定于2018年下半年发布的更完整版本,运营商将最早于2018年底开始部署5G版本。该版本使用LTE作为核心网络(称为非独立版本)。部署工作将在2019年加速,并将持续整个2020年。5G正被设计为与LTE集成,为运营商如何推出5G提供了相当大的灵活性。 确定了5G NR的关键方面,例如无线电信道宽度和OFDMA的使用。版本15中指定的第一个版本支持低延迟、基于波束的信道;具有大量可控天线单元的大规模多输入多输出(MIMO);可扩展的widt子信道;载波聚合;云无线接入网(RAN)功能;网络切片,并与LTE共存。 光纤密度化数十万个新的小型蜂窝,以支持5G、3.5GHz和LAA,将需要大量的新光纤。然而,计划中的5G功能(例如IAB),并不意味着每个基站都必须有光纤连接,尤其是在mmWave频率下。 包括大规模MIMO和波束成形在内的无线电方案,让我们能够使用6GHz以上的频谱,这在以前的蜂窝网络中是不可行的。6GHz以上的巨大频谱将导致更宽的信道,相应地数据速率加快、容量增加,或者两者兼有之。 LTE已成为全球蜂窝标准,之前分散的无线行业已在全球范围内巩固了LTE,LTE的部署速度比上一代任何无线技术都要快。 随着载波聚合、1Gbps峰值吞吐量、高阶MIMO、扩展未许可频谱容量的多种方法、新的物联网功能、车载通信、包括增强型蜂窝间干扰协调在内的小蜂窝支持(eICIC)、低延迟、自组织网络(SON)功能和多点协调的增强,LTE的功能得到不断的改进。 从机器到机器(M2M)通信发展而来的物联网正在迅速普及,预计在未来10年内将有数百亿个新的联网设备被使用。驱动程序包括改进的LTE支持,如低成本、低功耗的调制解调器,增强的覆盖率,更高的容量和服务层标准化,例如OneM2M。5G物联网支持包括更高的密度、更高的可靠性、更长的电池寿命和网络切片。 行业还开发并正在部署可以在未经许可的频谱中运行的LTE版本,例如未经许可的LTE(LTE-U)、LTE许可辅助接入(LTE-LAA)和MulteFire。NR对未经许可频谱的支持将在5G标准的第16版中实施。 一般而言,频谱,特别是许可频谱对于该行业仍然是至关重要的。 美国即将推出的新频谱包括3.5GHz公民宽带无线电服务(CBRS)和定于2018年11月进行的28GHz的首次5G频谱拍卖,随后将进行24GHz的拍卖。 运营商已经开始安装小型蜂窝,目前已经达到数万个。最终,数十万甚至数百万个小型蜂窝将增加容量,并为有线宽带提供可行的替代方案。该行业正在慢慢克服挑战,包括限制性法规、站点获取、自组织、干扰管理、电源和回程。 网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)工具和架构使运营商能够降低网络成本、简化新服务的部署、缩短部署时间并扩展其网络。一些运营商也在虚拟化无线接入网络,以及寻求一种称为云无线接入网络(云RAN)的相关开发。NFR和云RAN是5G的组成部分。 本文的主要部分涵盖了宽带的转型、无线服务需求的爆炸式增长、5G的路径,包括已完成和计划中的功能、新的LTE创新、支持技术和架构、LTE语音(VoLTE)、Wi-Fi呼叫、LTE公共安全、扩容的选择以及频谱的发展。 附录探讨了下列主题的更多技术层面:3GPP发布、数据吞吐量、延迟、5G、LTE、LTE-Advanced、LTE-Advanced Pro、HetNets和小型蜂窝、物联网、云RAN、未经许可频谱集成、自组织网络、IP多媒体子系统、广播/组播服务、回程、UMTS/WCDMA、1 HSPA、HSPA、UMTS TDD和EDGE/EGPRS。