确保IEEE 802.11融入5G IEEE/3GPP聚焦LAA共存

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Wi-Fi如何适切融入到5G系统中,是如今标准组织与产业人士既期待又伤透脑筋的议题。 不过从3GPP Release 13中看来,5G与Wi-Fi的融合型无线通信技术,确实有其重要价值。 为使802.11与LAA能更有效率地实现共存,目前IEEE与3GPP正展开相关工作,以让这些问题能尽快从争锋相对,走向具*大意义性的共识。

IEEE Standards Association(IEEE-SA)是电机电子工程师学会(IEEE)中负责标准发展的单位,目前已发展900多个商业标准技术,影响力遍及全球,其中IEEE 802.11即驱动了现行广泛使用的Wi-Fi标准(图1)。 IEEE-SA主席Don Wright表示,标准对制造商来说,具有重要的指引作用,因有了标准,他们才知道该如何进一步设计并生产出产品。

图1 思科无线网络事业部无线标准经理Andrew Myles表示

,Wi-Fi是IEEE 802标准当中,相当成功的技术之一。

思科(Cisco)无线网络事业部无线标准经理Andrew Myles(图2)则表示,*初ITU-R与IMT-2020的标准制定,是聚焦在将Wi-Fi作为5G附加频谱的一种方式。 然而,由于后来IMT-2020的工作,并不是针对与Wi-Fi相关的频谱,此一焦点便逐渐淡去了。 有鉴于此,IEEE 802目前正展开多项行动,以确保IEEE 802技术正式成为5G的一部分。

图2 Wi-Fi、Zigbee、Ethernet皆是由IEEE 802标准所驱动。

确保5G不失去Wi-Fi IEEE 802串联产业力量

由IEEE 802.1 WG发动的产业链接行动计划,其主要的目标是衡量IEEE 802在5G中的地位。 此项计划已于2017年3月20日获得批准。 根据产业链接行动审核文件(Industry Connections Activity Initiation Document, ICAID)中指出,

行动产业目前正在朝下一代行动通讯网络发展,以满足对**网络宽带(eMBB)、大规模机器类型通讯(mMTC)、超可靠/低延迟联机(URLLC)的需求,而这些都有在为了IMT-2020的ITU-R M.2083中提及。

该文件进一步指出,但ITU-R M.2083中,所描述的许多观察趋势与使用案例,也应适用于不属于国际行动电信(International Mobile Telecommunications, IMT)领域的通讯基础设施,因其完全不仰赖高速情境,或也不一定在有执照的无线频谱上运行。 而IEEE 802(图2)主要即是部署在IMT领域外的通讯基础设施中,因而可能需要有所增强,以满足未来十年不断蓬勃发展的网络需求。

该文件中也提及,此一行动的主要目标,在于评估那些IMT行动外、越来越多对IEEE 802的需求,以及更高层的通讯基础设施,并确立尚未被IEEE 802的标准与项目所解决的共同点、差异点与趋势。 也同时促进业界共识的建立,以提出建议,并对新的标准发展有所贡献。

其中,备受重视的部分,包括IEEE 802通讯网络与垂直型网络的增强,以及IEEE标准中既有的共同功能,以支持网络整合。

IEEE 802技术目前已大量部署在市场应用中,展现出对越来越多元化功能的需求。 而这项行动也将会以市场与应用需求为基础,来建立产业的共识,并且找出尚未被IEEE 802标准解决方案所解决的差异与趋势,除此之外,也将协助促进产业在新研究小组与标准议题的参与性。

促使802.11融入5G IEEE/3GPP沟通密切

除了产业链接行动计划,**项IEEE的行动则是与3GPP保持联络(Liaison),以将802.11无线接入技术融入到5G技术中。 IEEE 802在过去几年中,非常重视与3GPP RAN的联络声明交换。 这些交换,促使所有的利害关系单位,能更了解LAA与802.11的共存特征,并在LAA规范中指出一些重要的改进。 而这些利害关系单位也可能进一步影响802.11ax标准的发展。

LAA是免授权频谱中的LTE新操作模式,其已在LTE Release 13中提及(图3)。 在LAA下,授权频谱的营运商,将与免授权频谱的营运商聚合,以便进一步增强下行链路的用户吞吐量,同时仍然提供无缝的行动服务。 为了与Wi-Fi共存,LAA LTE所需的一些新功能包括,基于先听后送(Listen Befoe Talk, LBT)的频道感测机制、非连续性传输,以及跨多个免授权频谱的跨营运商传输。

图3 与Wi-Fi实现共存,是LAA的关键原则。

数据源:Qualcomm

即便这样的技术融入看似简单,事实上共识产生前的各种辩论与论述角力,**有其必要性。 IEEE 802便于近期的联络声明中指出,3GPP RAN1拒绝同意IEEE 802所提出的建议。 IEEE 802认为,在LAA Release 13或LAA Release 14中,应降低LAA的ED阈值,并对LAA与802.11的共存展开额外的调查,以采用更为实际的部署场景。 不仅如此,基于802.11多年来的成功应用,也应采用前导码检测或传输,以作为LAA与802.11的共存机制。

针对这些建议,3GPP RAN1指出,在经过相当多的争论,以及LAA和IEEE 802.11技术的利害相关单位的广泛讨论后,已经同意使用-72dBm级别ED阈值的共存,也就是不会采用IEEE 802所建议的,降低LAA的ED阈值。 此外,前导码检测的使用,也已被3GPP考虑和拒绝。

对此,IEEE 802认为,为了让LAA与802.11系统间取得*大可能层级的共存,LAA*早期的部署,已经失去许多机会。 IEEE 802也要求3GPP应持续与IEEE 802共同工作,在LAA实际部署前,充分收集证据,才能用*好的方式促进LAA与802.11系统的平等共存,并且在LAA可取得后,以这样的证据来进一步行动。

Andrew Myles表示,目前IEEE 802与3GPP在LAA与802.11的共存议题上,还没有取得共识。 这样的开放性问题,主要是源自于这些不同的技术,要如何以不同的架构与机制实现共存,并不容易。 即便理想的状况是,这些技术都能独立地运作,但我们并非活在这样的理想世界中。

Andrew Myles进一步表示,当在考虑802.11与LAA的共存时,必须衡量到LAA的同步架构与802.11的异步架构之间的差异,不仅如此,相互检测的机制也是重要的,如此一来,才能让两项技术避免彼此碰撞。 如今IEEE 802与3GPP正在展开相关工作,以解决这些问题。

802.11ax提高Wi-Fi部署表现

IEEE 802.11作为5G,必须考虑的是802.11ax/ah/ad/ay这些标准(图4)。

图4 体育场情境,用户密度高且为混合式环境,

适合做为802.11ax部署目标。 数据源:NI

IEEE 802.11ax,主要聚焦在改善密集环境网络的表现度。 像是在密集场景下,将可提高Wi-Fi部署的表现,与802.11n与802.11ac相比,其将针对每个工作站(STA)吞吐量提高至少四倍,并透过空间串流(MU MIMO)与频率(OFDMA)来多路传输,以提高效率。 其特点在于,将有很大数量的接入点与很大数量的相联工作站,可部署在有限的地理区域,例如体育场或机场,802.11ax标准预计将会在2019年完成相关标准制定。

Andrew Myles指出,对于任何对5G感兴趣的人来说,必须在他们的计划中包括IEEE 802.11,并找到接入IEEE 802.11的方法。 IEEE 802.11ax将会是在2.4GHz、5GHz,与其他修订后的频谱上运作;IEEE 802.11ah则会是在900MHz;IEEE 802.11ad是在60Ghz。

此外,台湾资通产业标准协会(TAICS)近期也与电机电子工程师学会(IEEE)签订合作备忘录(MOU),未来将共同发展5G国际标准(图4)。 透过与IEEE的合作关系,TAICS将积极参与IEEE标准制定活动,协助建立5G系统中的Wi-Fi技术标准,并进一步带领台厂掌握先机,布局5G市场。

图5 TAICS将与IEEE共同发展5G国际标准。

扭转台湾标准制定局面TAICS展开双边合作

针对TAICS与IEEE的合作,经济部技术处代理处长罗达生表示,台湾这几十年来在资通讯(ICT)产业扮演相当重要的角色,但相较产业的发展,在标准制订上,始终是比较弱势的。 ICT的扩散力在现今社会中越来越大,无论是跨领域或是跨产业的应用,所涉及到的标准也就更形重要。

经济部自2015年起开始支持TAICS,其原因便是在于希望能藉由协会的平台,汇集国内外相关的资通讯标准,甚至进一步在国际上有话语权。

罗达生也表示,经济部近年来也在工研院、资策会中投入不少资源,且在投入的进展上,并不逊于国外大厂,虽然在资源上可能没有大厂那么多,但我们选择性投入在所应突破的地方。 因此因应2020年5G的商转,台湾必定会展示出应有的相关技术,这些技术除了让世界各国知道台湾的实力外,同时也期望能展现出台湾的特色。

因标准制定是非常长期的工作,有赖多方资源的投入与支持,但很明显过去台湾在这部分的着力并不深。 罗达生认为,台湾不能再犯重复的错误,这也就是经济部在这次的5G,很希望能将长期忽略的ICT标准重拾回来的原因。 藉由TAICS与IEEE的合作,也期望能快速将台湾近年在5G的努力,扩散到全世界。

5G行动通讯技术的典范转移,促使各大电信业者皆积极投入5G网络建设,TAICS亦在过去一年中,与ETSI、ARIB、TTC、CCSA、NGMN等国际重要标准组织建立双边合作框架。 未来协会也将持续拓展国际合作,建立关键**与智财权,协助国内产业转型升级,提升台湾资通产业在国际标准的能见度与影响力。

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