中国5G候选方案正式提交！NBIoT备胎转正的背后，究竟意味着什么？

　　上周有一条新闻，不知道大家有没有留意：
　　2019年7月17日，ITU-R WP5D#32会议在巴西布济乌斯结束。来自全球政府主管部门、电信制造及运营企业、研究机构共约180名代表参加了本次会议。中国代表团主要由中国信息通信研究院、华为、中兴、中国信科、中国移动、中国电信、中国联通等单位构成。在本次会议上，我国正式向ITU（国际电信联盟）递交了IMT-2020（5G）候选技术方案，并获得了ITU的接收确认函。
　　这条新闻并没有引起广泛的关注和转发，只在少数几家媒体进行了例行报道。
　　但是，在小枣君看来，这条新闻其实有很大的信息量，对未来5G的走势有深远的启示，值得大家给予更多的关注。
　　今天这篇文章，我就将给大家详细解读一下这条新闻背后的故事。
　　▋为什么要提交方案？
　　以前我们总是说3GPP开这个会那个会，这次不是。这次开会的，是ITU。
　　ITU，就是国际电信联盟。它是联合国的下属机构，专门负责信息通信技术相关事务，其中就包括制定全球电信标准。
　　换句话说，ITU是唯一有资格发布＂全球移动通信标准＂的机构。
　　当年的3G TD-SCDMA标准方案，如果大家还记得的话，就是中国1998年6月29日（截止的前一天）向ITU提交的。TD-SCDMA最终也成为全球3G正式技术标准之一。
　　这次在巴西举办的会议，ITU负责收集的是5G候选技术方案。本次会议也是5G候选技术方案的提案截止会议，是提交候选方案的最后机会。
　　方案收集上来之后，ITU会组织对这些方案进行评估。
　　明年，也就是2020年的6月，在WP5D#35会议上，ITU会正式宣布最终的5G技术方案，也就是最终的5G标准。
　　▋我们提交了什么样的方案？
　　接下来我们详细说说中国提交的这个技术方案。
　　这个方案，新闻称之为5G无线空口技术（RIT）方案。该方案包括两个部分，一个是大家熟悉的3GPP新空口（5G NR），还有一个，是NB-IoT。
　　是的，你没看错，NB-IoT，Narrow Band Internet of Things（窄带物联网技术）。
　　相信大部分人对NB-IoT并不陌生，看过小枣君之前文章的童鞋，应该会更加熟悉它。
　　NB-IoT和它的兄弟eMTC，都是基于4G LTE技术＂改造＂出来的蜂窝物联网技术。
　　我们简单回顾一下NB-IoT和eMTC的身世。
　　早在2008年，LTE的第一个版本R8（Release 8）中，除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外，也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1，可用于物联网等＂低速率＂应用。
　　注意！这里的Cat并不是猫的意思，是Category的缩写，＂种类，分类＂的意思。Cat.X说的就是UE-Category，UE是用户设备（User Equipment）。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。
　　▲不同的Cat，不同的速率
　　在LTE发展初期，Cat.1并没有被业界所关注。但是，随着可穿戴设备的逐渐普及，Cat.1逐渐被重视起来。
　　不过，Cat.1终端需要使用2根天线，对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然＂要求过高＂（一般只配备1根天线）。所以，在R12/R13中，3GPP多次针对物联网进行优化。
　　首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0，放弃了对MIMO（多天线）的支持，简化为半双工，峰值速率降低为1Mbit/s，终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来，初步达到了物联网的成本要求。
　　但是，虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz，但射频的接收带宽仍为20MHz（太大）。
　　于是，3GPP在R13中又新增Cat.M1等级的终端，信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz，终端复杂度进一步降低。
　　而Cat.M1，也就是我们的eMTC。它还有一个名字，叫做LTE-M。这个M，就是Machine（机器）的意思。
　　此外，3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1，它的接收带宽仅180kHz，更低。
　　这个Cat.NB-1，就是我们的NB-IoT。
　　所以说，eMTC和NB-IoT都是3GPP这一个妈生的，算是兄弟俩。
　　NB的本质，就是一个精简版的LTE。
　　为了支持海量终端同时接入，为了拥有更好的覆盖增益，为了更持久的待机时间，NB-IoT使用了比LTE小得多的子载波带宽，采用了更简单的待机休眠机制，同时，对LTE协议进行了大量的删减。
　　如果说LTE是公路上的大巴，那NB-IoT就是穿梭其中的电动车。
　　▲LTEVS NB-IoT
　　▋方案的背后，究竟意味着什么？
　　NB-IoT作为精简版的LTE，怎么就突然摇身一变，变成了5G技术标准了呢？
　　这还是要从5G的应用场景开始说起。
　　众所周知，ITU定义了5G的三大应用场景，作为5G指标的参考目标。也就是说，真正的5G，必须具备这些场景的应对能力。
　　三大场景，分别是eMBB、uRLLC和mMTC:
　　eMBB：enhance Mobile Broadband，增强型移动宽带。
　　uRLLC：ultra Reliable & Low Latency Communication，低时延、高可靠通信。
　　mMTC：massive Machine Type Communication，海量机器类型通信。
　　三大场景中，最受公众关注的，我们最熟悉的，是eMBB。
　　大家都知道，在已经过去的这些年里，4G获得了巨大的成功。4G，其实就是MBB，Mobile Broadband（移动宽带）。
　　它和智能手机相互配合，彻底激发了用户的移动上网需求，推动了流量的爆炸式增长，也带动了信息通信整个产业链的繁荣。
　　而5G的eMBB，就是在4GMBB基础上，对带宽和速率的进一步升级。
　　正因为如此，行业内外都对eMBB寄予厚望，将eMBB需求视为5G的主要动力来源。很多人认为，eMBB的高速率，大带宽，能够带来更好的用户体验，能够刺激数字时代的进一步繁荣，应该优先推动商用建设。
　　但是5G真正的意义是在于物联网场景。它的主要服务对象，是包括工业互联网、智慧城市等在内的垂直行业。
　　这就导致一个很尴尬的局面——设计5G的人，希望大家更多关注uRLLC和mMTC；而绝大多数人，则把兴趣都集中在eMBB上。
　　在现实情况中，uRLLC和mMTC的处境也确实有一点点微妙。所有人都知道它们是有需求的，但是没有任何人知道需求的爆发点究竟在哪，什么时候会出现。
　　这就好像你是一个厨师，你知道三位有钱的食客一定会来，但是不知道他们会在什么时候来。
　　那么你在准备食材的时候，心里就一定会犯嘀咕，会犹豫。
　　对于eMBB这位食客，其实是不需要犹豫的，他就在眼前。而且他的需求比较明确，比较强烈（至少看上去强烈）。所以，作为厨师，一定要搞一个全新的5G NR，提供超高的带宽，满足他的需求。
　　对于uRLLC这位食客，他口味有点独特。他的需求关键，是时延。这个也是现有技术（食材）搞不定的，必须通过5G NR，配合切片技术，加以满足。
　　最麻烦的食客，就是mMTC海量机器通信。它的情况和前两者完全不同。
　　NB-IoT的容量是每小区5万个终端。有测试数据显示NB-IoT覆盖半径2公里左右，折算一下，每平方公里大约是4000个终端。
　　5G mMTC场景，ITU给出的指标要求是每平方公里100万的终端。两者看似差距很大，但是冷静下来想想，在现实情况中，究竟有多少用户需要每平方公里接入100万个终端？
　　按目前的实际商用网络，最多也就1000个终端。
　　换句话说，NB-IoT基本上够用了。在需求还不是很明确的情况下，搞一个全新的mMTC技术，成本太高，投入太大，没有必要。
　　所以，3GPP希望利用现有的NB-IoT/eMTC。对3GPP背后的整个通信行业来说，这是最合理的选择。
　　NB-IoT/eMTC标准从2016年冻结后至今，已有3年的时间。想象中的物联网应用爆发式增长，并没有如期而至。在这个情况下，执意推动NB-IoT和eMTC的升级换代，确实没有任何实际意义。
　　2018年3月19-22日，在印度金奈召开的3GPP无线接入网第79次全会上，与会代表们明确了R16版本5G新空口中不会对低功耗广域物联网的用例进行研究和标准化，低功耗广域物联网（LPWAN）用例会继续依靠NB-IoT和eMTC的演进。
　　也就是说，3GPP推迟在R16中进行mMTC标准化，并将现有的NB-IoT/eMTC标准纳入5G物联网。
　　与此同时，3GPP一直在努力向ITU证明，NB-IoT/eMTC标准能够满足ITU关于5G物联网低功耗广覆盖的愿景和需求。
　　在希腊雅典召开的3GPP会议上，相关企业就提交了针对NB-IoT和eMTC满足5G mMTC连接密度的需求评估报告。相关报告的结论显示，NB-IoT和eMTC满足了ITU提出的5G mMTC连接密度的需求，这给NB-IoT和eMTC纳入5G物联网家族打下来基础。两份评估报告如图：
　　▲《NB-IoT/eMTC满足5G物联网需求评估》（来源：3GPP）| 可以看到，报告的提出者，是爱立信和华为（NB的主要推手）
　　2018年3月，Sierra Wireless、爱立信、Altair等20家知名厂商联合发布了LTE-M（eMTC）满足5G要求的评估报告，报告更是从单位容量带宽需求、数据速率、消息时延、电池寿命等多方面进行评估，结果显示eMTC的性能完全符合ITU提出的5G物联网的需求。
　　为了让NB-IoT和eMTC能够更好地融入5G，3GPP还做了很多工作。例如实现NB-IoT和eMTC支持在5G NR带内部署（也就是让NB-IoT和eMTC能够使用5G的频段），让NB-IoT和eMTC能够使用5G网络的系统侧设备（例如基站和核心网），等等。
　　可以说，NB-IoT和eMTC完全具备了平滑升级后融入5G网络的基础条件。
　　以上，就是NB-IoT备胎转正背后的故事。
　　中国这次提交的RIT方案，理念和3GPP是非常一致的。
　　在需求并不明朗的情况下，盲目研发新技术，会给产业链带来巨大的压力，也会增加网络建设成本，最终等于是拿钱打水漂。
　　在NB-IoT和eMTC的基础上，做好物联网需求的孵化，解决落地遇到的问题，尽快找到爆发增长点，无疑是更加理性的做法。
　　5G启动前期的狂热气氛终究会消退，如何面对5G漫长的落地周期，才是整个行业和社会真正应该认真思考的问题。
　　好了，以上就是今天文章的全部内容，感谢大家的耐心阅读。小枣君的个人观点不一定是对的，欢迎大家拍砖讨论。
　　参考文章：
　　http://www.c114.com.cn/wireless/2935/a1094186.html
　　http://www.cww.net.cn/article?id=454140
　　https://www.gsma.com/iot/mobile-iot-5g-future/
　　https://www.sohu.com/a/232977721_160923