3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它

3GPP一直以來在人們心中是一個神祕的組織,很多用戶對於它的理解和認知,說不清,道不明。最近關於5G網絡的諸多報道,都陳述了“5G網絡”的標準是由“3GPP”來規定的,那麼它到底是個怎樣的組織?我也不賣關子了,一同揭曉它神祕的面紗。

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它

“3GPP”組織建立的來龍去脈

    上世紀80年代,電話開始普及使用,人們僅僅使用的是模擬、僅限語音的蜂窩電話標準,被稱爲“第一代移動通訊技術”,也叫“1G”,代表設備是大哥大,只能打電話。

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1G網絡時期的手機(圖片引自阿里巴巴諮詢畫報)

    人們在傳輸數據的過程中發現,太大的數據信息很難在傳播過程中消耗的時間太多了,歐洲人穎悟絕倫,把時間分割成了週期性的幀(Frame),每個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號,這種技術叫做時分多址(TDMA),基於這個技術,歐洲人研製出了第二代通訊技術,也叫“GSM(Global System For Mobile Communications)”,俗稱2G,中國在1995年左右開始部署GSM網絡。

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2G網絡製程(圖片引自互聯網)

    到了20世紀中期,當時二代通訊技術已經使用一段時間了,一位美國女子名叫海蒂·拉瑪(她還是著名的影視演員)基於時分多址發明了新的通訊技術:碼分多址(CDMA),和時分多址有區別的是,它是靠信息的編碼序列來分割成若干個碼隙向基站發送信號,被稱爲2.5代移動通訊技術。

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CDMA(圖片引自互聯網)

    國內的移動及當時的網通選擇了主流的GSM網絡製程,而CDMA最初被中國電信引入國內,並且搭配133號段投入市場使用,後來在08年通訊行業重組,原網通和聯通合併爲新聯通,聯通的CDMA網絡業務和133號段則劃歸了電信所有。因此目前市面上的CDMA網絡手機卡及支持CDMA網絡的手機均是電信。

    GSM和CDMA,一個是分割時間,一個是分割編碼,很難說哪個製程更好,只能說各有千秋。

    互聯網在2G網絡製程的帶動下,日益壯大,各式各樣的移動設備、臺式電腦等數碼產品霎時間蜂擁而至。消費者感受到了二代移動通訊技術的益處,越來越期待第三代(3G)通訊技術的到來。

    網絡製程的全球普及,使人們越來越依賴於“無線上網”,理念是:爲了定義完整的端到端系統規範,確保符合行業需求,不同廠商之間實現無縫互操作以及爲移動提供其所必需的全球規模,並且也爲了實現GSM由2G網絡到3G網絡的平滑過渡的需求,從而產生了一個組織,如果將全球無線通訊比作一個村的話,那麼這個組織絕對是這個村裏的村長,它讓你“耕什麼地”你就得耕什麼地,它讓你的“莊稼”長多高你的莊稼必須長那麼高,否則對不起,你不屬於這代通訊技術的標準,這個組織就是3GPP。(注意,3GPP是實現GSM演進成立的。)

 

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它3GPP logo(圖片引自搜狐網)

    3GPP建立時,各國都在討論誰當“老大”合適,當老大爽啊,有話語權,但是,每一代移動通訊技術的革新並不是某個體公司能完成的,它要設計到基站的建設、匹配製程的芯片製造、從中的技術研發、採用怎樣的頻率,運用多少的波段等等,畢竟關乎全球用戶無線上網的問題,最後商量了下,全球各國幾個在通訊領域有重要地位或作用的運營商,來做3GPP的成員,先後足足請了七個大佬,它們分別是:日本無線工業及商貿聯合會(ARIB)、中國通信標準化協會(CCSA)、美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)、日本電信技術委員會(TTC)、歐洲電信標準協會(ETSI)、印度電信標準開發協會(TSDSI)、韓國電信技術協會(TTA)。

 

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它3GPP由7個組織協會組成(圖片引自2017年10月高通媒體沙龍PPT

    有了組織就是好辦事兒,在3GPP的帶動下實現了第三代移動通訊技術(3G)的W-CDMA技術、TD-CDMA技術的普及化。

3GPP是爲了實現歐洲人創造的GSM的演化,那個美國美女演員創造的CDMA能善罷甘休?不行,我們北美也要創立一個!第二年1999年,北美公司聯合芯片巨頭高通等創立了個3GPP2,和3GPP有一定的競爭關係,只不過後來高通又放棄了CDMA向4G演進的路線,3GPP2也逐漸邊緣化,倒是3GPP逐漸壯大了。到了LTE(Long Term Evolution,長期演進),也就是4G,各大運營商開發出了TD-LTE和FDD-LTE兩種製程,“村長”3GPP出來了,說你們這個製程不滿足我的標準,LTE只有3.9G,你們不叫4G,這讓運營商很尷尬,最後四捨五入,3.9G就叫4G吧!就一直按4G叫了,其實未被3GPP認可,國內的4G網只是3GPP的3.9G的標準。

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它4G定義(圖片引自百度百科)

    後來運營商無奈,按照3GPP對於4G的標準推出了升級版的LTE Advanced,這才滿足國際電信聯盟對4G的要求,直到後來的LTE-A才叫做4G。

    時光飛逝,轉眼到了2017年,從1998年成立以來,3GPP不斷擴大、由成員驅動,涉及數百家公司的大量工作和協作,包括網絡運營商、終端製造商、芯片製造商、基礎設施製造商、學術界、研究機構、政府機構,累積到2017年會議參與者突破6000多人,好傢伙,厲害了。

 

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它喫瓜羣衆哥哥這裏最多也就是E段最低也就是個G段3...請各大運營商將網絡覆蓋到各高速公路、高鐵...快點出來5G吧蒼老師功不可沒學習來了!無線通信技術發展日新月異啊08年聯通以1100億把CDMA賣給電信...頻率越高,傳播距離越近。也就說5G要比4...不知道呀 聽說是。你說的啥我看成3p了『"3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離...長知識了,雖然國內廠商能參與到國際標磚的...不是華爲主導5G?.............AIRGLEAIRGLE.........通訊起家的就是不一樣學習來了!!!!!!!3ks紅紅火火恍恍惚惚放P,毛的電信!當時CDMA還是聯通的,...請各大運營商將網絡覆蓋到各高速公路、高鐵...Airgle淨化器的CADR值很高,而且...請各大運營商將網絡覆蓋到各高速公路、高鐵...頻率越高,速度越快,車道(頻段)也就越寬...那麼這個組織絕對是這個村裏的村長,它讓你...不知道。3GPP 增長人數表(圖片引自2017年10月高通媒體沙龍PPT

    對於未來的第五代通訊技術(俗稱5G),3GPP提前好打預防針,告訴底下和無線網絡相關的公司,說你們必須按照我的要求制定5G,要不然我還是不承認。底下公司齊聲說“啥要求啊?”3GPP說,5G必須要提高速率和降低時延,並規定,5G網絡用戶體驗傳輸速率至少需符合100Mbps(12.5M/s)下載速度、50Mbps(6.25M/s)上傳速度,網路延遲時間不得超過4毫秒,並且在時速500公里的高速列車上也能維持穩定網絡連接。

    底下衆公司紛紛贊同,並答應必須執行到位。

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3GPP對衆涉及5G網絡企業的囑咐(聊天爲個人虛構)

    第四代移動通訊技術,不聽話!不承認標準還出,氣的3GPP不輕,臨近5G時代得好好整改整改你們,3GPP還要求了,5G無線網絡時代不能僅涉及數據服務和語音服務,要拓展移動生態系統,普及到無線回程、ULL,無人機等關鍵業務型服務、數字電視廣播、汽車服務、M2M/loT服務等等。

 

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它5G涉及的領域(圖片引自2017年10月高通媒體沙龍PPT

    並且定義了三大場景:eMBB、mMTC和URLLC,對應了想要涉及的領域。

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它3GPP定義5G的三大場景

    3GPP將“5G”視爲是一個重大的改革,要具備五大創新!

 

 

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它4G相比5G的技術變革(圖片引自互聯網)

    衆公司說:“行,你是頭兒,你說咋整就咋整,說吧,哪五大創新。”

第一大創新:mmWave

    提到網絡速率,必定和頻率、波長、以及光速三者有關,它們的關係是這樣的:

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電磁波計算公式

    接着看下一張圖:

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以往不同頻率電波的用途

    從上方圖片中的綠色字體不難看出,長期以來,我們主要使用中頻到超高頻來實行手機通訊的。經常所說的CDMA 800、GSM 850,就是工作頻段800MHz和850MHz的意思。就目前來說,現如今的4G LTE屬於超高頻和特高頻。

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我國LTE頻譜劃分(圖片引自人民網)

    並且我們國家主要使用超高頻。依照第一個圖的公式,頻率越高,速度越快,車道(頻段)也就越寬。

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它頻率越高,頻段越寬(圖片引自千家綜合佈線網)

    恩,要想速率快,頻率就越大,因爲光速是恆定的,頻率大就意味着.....

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電磁波計算公式

    也就意味着波長越小,5G的第一個創新技術就來了,率先使用目前波段較小的mmWave(毫米波),就目前的動態來看,毫米波段中28GHz頻段和60GHz頻段比較有希望使用在5G的兩個頻段中,使用毫米波頻段,頻譜帶寬比較前代要寬了10倍,傳輸速率自然也得到大幅度提升。

第二大創新:Massive MIMO

MIMO的英文全稱是Multiple-Input Multiple-Output,意爲“多進多出”,說白了就是基站的天線變多了,並且手機的接受能力也變強了,源頭上多根天線發送,接收對象多根天線接受

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它Massive MIMO對比LTE的區別(圖片引自kejiwang)

    通過實際圖片看下區別:以前的基站,天線數量寥寥無幾。

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老式基站(圖片引自互聯網)

    再看看新式Massive MIMO技術基站:

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它Massive MIMO 5G基站(圖片引自臨汾日報社)

    

是不是有點高大上,充滿“未來科技”的感覺呢。

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它大功率方案(圖片引自新浪博客)

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它小功率方案(圖片引自新浪博客)

    細心觀察的朋友要問了,這5G的基站好小啊,比之前的大鐵塔形狀的小很多。沒錯!爲了進一步提升5G網絡的覆蓋面積,5G網絡將原有的宏基站改爲了微基站,換句話說,之前的信號向中央空調,一個溫暖一羣人,而現在則是按照小羣體分配一個“小功率”空調,不僅輻射被大幅度降低,覆蓋面積也好,速率也變得越快。

第三大創新:Beam Management

    Beam Management意爲波束賦形,也是第五代移動通訊技術的一大創新,它主要是改變了信號的發射形式進行的改變。說到基站發射信號的形式,有些類似於燈泡發光,它是360度向四面八方發射的,對於光而言,要想照亮某個區域或某處物體,大部分散發出去的光都浪費了。

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傳統信號發射形式(圖片引自互聯網)

    而波束賦形就比較厲害了,它是一種基於天線陣列的信號預處理技術,通過調整天線陣列中的每個陣元的加權係數產生具有指向性的波束,通俗的將,它可以改變信號的發射軌跡,實現“點對點”有針對的信號傳播。

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波束賦形(圖片引自互聯網)

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波束賦形(圖片引自mbcom)

    硬是給信號發射形態“捏”了個長條造型,無不讓人佩服5G通訊技術的前進。

第四大創新:LDPC/Polar

    前面說過,3GPP對應想要涉及的領域,定義了5G的三大場景:eMBB、mMTC和URLLC。

3GPP是個什麼組織 爲啥5G標準離不開它3GPP定義5G的三大場景

    不知道朋友們記不記得2017年11月下旬,華爲公司主推的Polar Code(極化碼)方案拿下5G,作爲控制信道的編碼方案,這個方案便是3PGG制定的三個場景之一的eMBB場景,而高通主導的LDPC碼作爲數據信道的編碼方案。

    根據華爲的實際測試來看,Polar碼可以同時滿足超高速率、低時延、大連接場景的需求,並且能夠使蜂窩網絡的頻譜提升10%左右,與毫米波結合可以達到27Gbps的速率。

    對於eMBB場景來說,有了華爲這位主力,外加高通的扶持,相信能夠將無線通訊技術提升到新的高度。

第五大創新:AS Layer

 

    AS Layer是相比較4G網絡的一種新型的架構模式,主要是以正交頻分多任務(OFDM)爲基礎的彈性參數物理層(PHY,Layer 1),它可以最多包含5個次載波。該架構可以同時迴應更快速的數據與響應速度。

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Layer 1(圖片引自52rd)

寫到最後

    不得不承認,從第一代移動通訊技術問世開始,註定了它會牽扯到許多的層面,包括用戶的使用體驗、商家的利益等等,而3GPP的建立並不多餘,就像國家需要有政府的支撐、公司要有制度的管理、學校要有老師教育的引領,而3GPP充當的就是這樣的一個角色,立好了一個“規則”,各類供應商和用戶才能夠在科技中進步。

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3GPP(Third Generation Partnership Project,第三代合作伙伴計劃)是一個成立於1998年12月的標準化組織,目前其成員包括:歐洲的ETSI(歐洲電信標準化委員會);日本的ARIB(無線行業企業協會)和TTC(電信技術委員會);中國的CCSA(中國通信標準化協會);韓國的TTA(電信技術協會);北美的ATIS(世界無線通訊解決方案聯盟)印度的TSDSI(電信標準開發協會)。各個國家和企業主導的方案想列入5G標準,需要組織內成員表決通過。3GPP定義的5G分爲3大場景:增強型移動寬帶(eMBB,Enhance Mobile Broadband),按照計劃能夠在人口密集區爲用戶提供1Gbps用戶體驗速率和10Gbps峯值速率,在流量熱點區域,可實現每平方公里數十Tbps的流量密度。海量物聯網通信(mMTC,Massive Machine Type Communication),不僅能夠將醫療儀器、家用電器和手持通訊終端等全部連接在一起,還能面向智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據採集爲目標的應用場景,並提供具備超千億網絡連接的支持能力。低時延、高可靠通信(uRLLC,Ultra Reliable & Low Latency Communication),主要面向智能無人駕駛、工業自動化等需要低時延高可靠連接的業務,能夠爲用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。何爲長碼,短碼?優化的編碼致力於用最短的二進制位數表示一個指令,越短效率越高。在指令數量不變的情況下,越常用的指令當然越短越好,但是指令不等長將造成接收端沉重的處理負擔。然後用等長的編碼顯然會導致無效數據的大量傳輸,浪費帶寬。於是把指令編成兩個組(個別也有三個組的),常用的用相對短的二進制位數表示,不常用的用相對長的二進制位數表示。短碼代表常用的指令,長碼代表不常用的指令。控制信道是用於傳送信令或同步數據的信息通道,主要用於傳輸指令操作下級網絡設備。信息通過網絡傳輸的過程中由於受到外界干擾可能產生錯誤,爲了糾正這些錯誤,以及不讓錯誤信息進一步積累,對要在信道中傳送的數字信號進行的糾、檢錯編碼就是信道編碼。隨着傳輸速度的提高和同時工作的傳輸協議的種類越來越多,數據信道的數量也隨之大幅增加,信道編碼的傳輸漸漸獨立出來,由專用的信道負責,也就是編碼信道,這可以增強數據在信道中傳輸時抵禦各種干擾的能力,提高系統的可靠性。

 

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