近日，在上海舉行的3GPP RAN（無線接入網絡）第104次會議上，3GPP R18標準宣布凍結。雖然R18仍在等待SA的最終復審，但凍結一事基本上沒有懸念。R18是5G標準史上第4版演進標準，更為重要的是它被視作5G下半場5G-Advanced第一個正式的標準，對于，支持5G發展進入5G-A商用新階段。
2021年12月，3GPP在R18標準中立項了近30個課題，其中包括多個物聯網技術方向的課題。如今，R18凍結，相關的物聯網方向課題也如期完成，為物聯網產業界規劃下一步產品和方案提供支持。同時，R18階段也對一些新的方向進行前期討論和預研，為R19以及后續的標準演進和制定打下基礎。可以看出，構建一張網絡支持各種類型物聯終端接入能力是5G演進的一個顯著趨勢。筆者根據本次3GPP RAN第104次會議的決議，梳理物聯網技術領域的主要進展。
RedCap增強版標準，完善了5G對不同速率等級終端的支持
R18標準中，針對物聯網最具代表性的進展是完成了RedCap的增強版本標準，即eRedCap，在R18所立項的課題是《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在本次3GPP RAN第104次會議上，通過了該課題的多個方向，例如在RAN2就通過了以下文案并提交全會通過。
眾所周知，RedCap的首個標準在R17已經凍結，面向中速率物聯網終端接入場景，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化，使其在Sub 6GHz頻段范圍內可支持約20Mbps-100Mbps的上下行理論峰值速率，與LTE Cat.4終端能力接近。
目前，RedCap已經成為5G物聯網的重點領域，產業界高度重視其商用進展，中國市場發展尤其亮眼。去年10月份，工信部發布的《關于推進5G輕量化（RedCap）技術演進和應用創新發展的通知》，今年4月，工信部又發布了《關于開展2024年度5G輕量化（RedCap）貫通行動的通知》，對RedCap全面發展提供了政策保障。產業各方也積極響應，近日舉行的RedCap產業峰會上，中國移動表示其RedCap商用網絡已覆蓋全國200多個城市超30萬站，并宣布2024年底前在超過300個國內城市啟動全球規模最大的5G-A商用部署；中國電信攜手中國聯通在浙江、貴州、廣東、河南、上海5個省市現網環境下完成全球首個全頻段、全制式、全場景5G RedCap商用驗證，啟動百城規模商用進程。
本次凍結的R18標準中，增強版的eRedCap則面向10Mbps中低速率物聯應用，定義5MHz新終端，進一步降低終端成本，不少性能與LTE Cat.1和Cat.1 bis終端能力類似，為未來5G一張網絡支持中低速物聯提供便利。
此前，3GPP在R15-R17版本標準中，引入了針對NB-IoT和LTE-M的增強標準，讓NB-IoT和LTE-M平滑演進到5G家族中，5G一張網絡可以實現對NB-IoT和LTE-M的兼容。R17引入了RedCap后，使得5G能夠實現大部分從低速到高速物聯終端接入的支持，然而對于速率處于10Mbps級別的物聯網終端，5G網絡無法實現對其支持。本次R18凍結并引入eRedCap，實現了5G對低速到高速物聯網終端接入的全覆蓋。
不過，雖然eRedCap的標準已凍結，但其規模化應用尚需時日，筆者在《5G RedCap在未來10多年將經歷什么樣的發展歷程？》一文中對此進行分析。RedCap商用分成三個不同的發展階段，2026年前后第二階段啟動，這個階段開始eRedCap有一定的應用，在蜂窩物聯網中速領域占絕了一席之地，但其連接規模還是遠遠低于LTE Cat.1系列，對Cat.1不能形成壓倒性優勢；只有在第三階段，即主管部門、運營商明確4G退網的時間節點時，eRedCap才能對4G物聯網系列逐漸具備了壓倒性優勢，替代Cat.1加速，形成規模化應用態勢。
同時，在R18立項的《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》課題中，面向功耗敏感的物聯應用，引入超低能耗喚醒接收機，大幅降低終端待機電流提升續航。另外，本次3GPP RAN第104次會議針對RedCap提出了一個新的課題，聚焦終端進一步節能的標準，即《NR power class 2 RedCap (Reduced Capability) UE in FR1》。
IoT-NTN增強版標準，提升衛星直連物聯網通信能力
2022年6月，3GPP R17版本標準凍結，其中一個備受關注的特性就是衛星通信。在這一版標準中，有兩個工作組對NTN來進行標準化工作，一個是針對移動寬帶的NTN標準，另一個是針對物聯網用例的NTN標準，前一個采用5G NR框架來進行衛星通信，實現從地面到衛星的固定無線接入回傳，并為智能手機直接提供低速率數據服務和語音服務；后一個側重支持低復雜度LTE-M和NB-IoT等LPWAN終端衛星接入，擴大很多場景的網絡覆蓋范圍，如全球資產追蹤。
R18立項課題中，就包括了《IoT NTN enhancements》這一課題。在R17 NTN的基礎上，為進一步解決中低軌衛星由于超高速移動導致的頻繁切換難題，R18通過協同網絡和終端的衛星通信等信息，實現終端無感知切換，有效避免了傳統切換帶來的頻繁信令風暴和業務中斷問題。
從3GPP RAN第104次會議的文檔列表中可以看出，針對NB-IoT的標準研究均圍繞衛星物聯網的方向進行的。例如RAN4針對《RAN4 CRs to closed NB-IoT / eMTC core & performance requirements for NTN》通過了多個文檔，銥星公司提出了針對NB-IoT NTN進一步增強的新提案，包括提升能效和使用新的頻段等，希望在R19版本中完成凍結。
市場研究機構ABI Research和Juniper research等均預測到2030年5G NTN連接數超過1億，而這超過1億的連接中，物聯網連接應該是占據大多數份額。相對于支持手機寬帶數據和語音的NR-NTN，支持物聯網的IoT-NTN似乎更快實現了落地商用，從器件到測試再到應用場景，業界都開始形成初步成果。
過去幾年，衛星物聯網賽道出現大量廠商，筆者曾多次撰文指出，衛星物聯網技術路線越來越多選擇3GPP標準化路線，因為3GPP NTN標準化路線影響力越來越大，借助3GPP陣營成熟的產業生態，衛星物聯網領域的成本會快速降低，有利于形成規模化，未來基于3GPP的IoT-NTN成為大部分衛星物聯網運營廠商的選擇。
無源物聯網標準展望，面向千億物聯市場
此前，相關機構就在無線接入網技術組立項了名為“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究課題，隨著R18階段標準化的工作接近尾聲，這一課題最終形成了編號為3GPP TR 38.848的技術報告，作為R18階段無線接入技術組無源物聯網的核心成果。
3GPP RAN第102次會議通過了一個無源物聯網研究項目（SI）立項，預期在5G R19階段版本中發布，該SI項目建立在R18階段的研究課題之上。本次RAN第104次會議針對無源物聯網展開討論，對于無源物聯網研究方向形成一些共識。這些討論包括對無源物聯網在R19階段研究計劃、無源物聯網研究范圍、無源物聯網演進等，為未來R19中無源物聯網研究奠定基礎。
筆者曾在《藍牙和WiFi陣營已加速，基于5G無源物聯網的商用還需多久？》一文中提出，無源物聯網作為R19中的SI課題，可能不會隨著R19凍結形成可進行商用參考的技術規范。因此，基于蜂窩技術的無源物聯網商用還需要一段較長的時間，未來在R19階段的研究取得預期成果后，或許R20階段會迎來無源物聯網標準規范的問世，R20作為5G-A最后一個版本，屆時無源物聯網補齊了5G-A承諾的功能模塊，趕上5G標準應用的“末班車”，實現3GPP陣營無源物聯網的商用。
總結來看，RedCap增強、IoT-NTN增強以及無源物聯網的探索，都在不斷補齊和強化5G能夠支持的各類物聯網終端接入能力。除此之外，還有諸如定位能力優化、XR增強等技術方向都對物聯網能力增強提供強力支撐。雖然本次R18并未完全實現各類連接技術的完善，但可以看出，5G標準演進的一個趨勢是持續構建全場景物聯，提升能力，讓一張蜂窩網絡能夠支持更多類型物聯連接。
