5G标准构建中的技术演进与问题剖析

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2020年11月14日15:19:46评论164 views1字数 5516阅读18分23秒阅读模式

作者 | 董宏伟  苗运卫

3GPP制定的5G标准经由国际电信联盟认定成为终结多标准时代的唯一标准，其历经R15、R16版本冻结向R17版本演进，标志着5G标准从可用标准向实用标准的转变，并将不断促进5G潜能的释放。在 5G标准技术演进的进程中，存在着主导权竞争、标准衔接和法律跟进等多层面问题，对这些问题的剖析，将有助于5G标准的最终构建与全面适用。

一、5G标准构建中的组织主体
具有全球性影响的5G标准化构建工作需要由具有国际视野和参与度的5G标准化组织来统筹进行，标准化组织在5G标准构建中承担着明确制定目标、筛选5G标准和发布最终决策等任务，在当前的5G标准构建过程中，最主要的标准化组织为第三代合作伙伴计划（3GPP）和国际电信联盟（ITU）。
( 1 ) 第三代合作伙伴计划（3GPP）
在第二代移动通信系统（GSM）的应用后期，2G的功能不能满足移动通信的现实需求，3GPP在此背景下应需而生，其目的是为第三代移动通信系统（UMTS)制定可全球适用的技术规范，为移动网络的发展带去全球视野。经过3G时代的技术积累，3GPP逐渐成为标准制定的主要组织，并将这种优势地位经过4G时代带到5G时代，而在5G标准制定上，3GPP标准成为终止多标准时代的唯一标准。
3GPP成立于1998年12月，建立在《第三代伙伴计划协议》的基础之上。《第三代伙伴计划协议》是由欧洲电信标准协会（ETSI）发起，联合美国电信行业解决方案联盟（ATIS）、日本电信技术委员会(TTC)、日本无线工业及商贸联合会(ARIB)和韩国电信技术协会（TTA）共同签署，我国的无线通信标准研究组（CWTS）于1999年6月加入，后随着CWTS合并到中国通信标准化协会（CCSA）中，CCSA成为3GPP的组织合作伙伴，再随着印度电信标准开发协会（TSDSI）的成立和加入，3GPP形成目前框架中的七个标准制定组织组织伙伴（OP)。除了上述组织合作伙伴，3GPP的合作伙伴还包括20个市场代表合作伙伴（MRP)，以及2个观察员（Observers）。3GPP有项目协调组（PCG）和技术规范组（TSG）两大职能部门，PCG作为3GPP的最高管理和决策机构，受OP委托进行协调工作，内容包括时间计划、工作分配、事务协调、人事任免等，并决定TSG工作项目的最终采用和实现向3GPP承诺的资源。TSG则在PCG领导下具体负责技术规范制定上的工作。3GPP中目前有三个TSG，分别是无线接入网络组（TSG RAN）、业务与系统（TSG SA）、核心网络与终端组（TSG CT）。各组项下各有多个工作组（WG），具体承担技术任务。3GPP的标准制定有其规范流程，需要经过研究阶段（SI）和工作阶段（WI），从而得到研究报告和技术规范，再交由具体的WG完成。
( 2 ) 国际电信联盟（ITU）
与3GPP的“行业协会”性质不同，ITU属于联合国下设的负责信息通信技术的政府间国际组织，是国际电信标准制定的权威机构。如果说3GPP是5G标准制定的执行者，那么ITU则是认可标准的最终决策者，3GPP标准成为5G时代的唯一标准即是由ITU认定。ITU的历史悠久，其前身国际电报联盟于1865年成立，后于1934年变更为现名。在成员构成上，ITU目前有193个成员国以及包括公司、大学、国际组织以及区域性组织在内的约900个成员，约20,000多名专业人士。且随着电信技术的具体应用场景的丰富与完善，汽车、金融、卫生、工业和公用事业部门等重要参与方也在加入ITU。在组织架构上，ITU的职能部门主要有电信标准化部门（ITU-T）、无线电通信部门（ITU-R）和电信发展部门（ITU-D），其中，ITU-T负责制定ITU-T建议书的国际标准，ITU-R负责无线电频谱和外星轨道的管理，ITU-D承担专门机构和项目执行机构的双重职责，提供、组织和协调技术援助和开展援助活动，以促进和加强ICT发展。在职能工作上，标准制定是ITU众多工作中最早开展的一项，移动通信技术的迅猛发展，需要具有统一性和标准化的技术规范来保障其开发和应用，ITU-T的标准即是适用于全球参与者的“游戏规则”。如今所说的5G就是由ITU权威发布的IMT-2020，其标准也最终由ITU认可。
二、5G标准构建中技术标准的迭代
在市场需求和技术发展的推动下，3GPP标准不断新增功能以进行技术迭代，并以并行版本体制来提供稳定的实施平台，作为经认定的唯一5G标准，3GPP标准历经三段演进，分别由Release 15（R15）、Release 16（R16）、Release 17（R17）组成。
( 1 ) R15：实现5G的“可用”标准
作为5G的第一个版本，R15于2017年正式启动，于2017年12月完成非独立组网（NSA）标准，于2018年6月完成独立组网（SA）标准，并在2019年3月完成最终方案的冻结。在5G定义的增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低延迟通信（uRLLC）、大规模机器类型通信（mMTC）三大场景中，R15主要针对eMBB和基础的URLLC场景。移动宽带是3G 和 4G 移动系统的主要驱动力，在5G的第一阶段，同样是最重要的应用和发展场景。R15在旧有基础上不断优化用户体验，使得eMBB标准化产品可以正式下线，满足以人为中心更加极致的通信体验和市场上相对急迫的商用需求，实现5G的“可用”标准。
( 2 ) R16：推动5G的“实用”标准
R16于2018年启动标准化工作，由于R15比原计划推迟三个月和新冠疫情因素的影响，导致R16的完成时间比计划大大推迟，直到2020年7月才得以宣布冻结，这也标志着5G第一个演进版本标准正式完成。R16在兼容R15的基础上，继续改进eMBB，不断降低运营成本和增加效能，并侧重于增强uRLLC、网络切片、毫米波通信功能，关注新能力拓展，强调5G在垂直产业上的应用。具体而言，在车联网领域，不断对LTE-V2X技术进行升级以达成5G-V2X标准，促使车联网成为率先落地的5G应用场景，在工业物联网领域，R16  努力确保无线技术涵盖所有垂直领域内工业自动化所需的所有功能。通过重点关注车联网、工业物联网等领域，R16以推动5G标准从“可用”标准向“实用”标准演进。
( 3 ) R17：全面释放5G潜能
3GPP已于2019年12月对5G的第三个版本R17进行了规划布局与标准立项，并已于今年正式启动进程，本来计划于2021年9月完成标准冻结，但因R16的延期，3GPP已决定对R17进行延期，但最终时间还未确定。R17在R15和R16版本上进一步延展5G能力，将mMTC作为这一阶段5G场景的侧重方向，持续增强边缘计算、网络切片等基础能力，并实现天地空一体化网络能力建设，全面完成5G对物联网的支持，释放5G的全部潜能。
三、5G标准构建中的问题剖析
5G标准构建是一个充满竞争与妥协的利益平衡的过程，其中必然会充斥着各式各样的问题。包括国际层面的5G主导权竞争问题、国际—国内层面的5G标准衔接问题，国内层面的5G法律跟进问题等，对这些问题的剖析，将有助于5G标准的最终构建与全面适用。
( 1 ) 国际层面：5G标准构建中的主导权竞争问题
后移动互联网时代，5G架构起万物互联的可能性并推动万物互联的到来，促进经济变革发展、助力社会管理服务并改善人民生活水平，产生巨大的社会与经济效益。而5G自身的技术演进，需要在标准化的轨道内进行，构建5G标准化演进路径的初衷是希望促进5G技术的全球合作、加快5G技术变革的进程和改善5G技术的全球适用。但在推动5G标准化进程并追求上述正面效应之余，5G标准建构面临着国际间的主导权竞争问题。5G标准化建构是全球产业共同团结协作的成果，我国在3GPP主导的5G标准制定中以公平竞争的方式积极贡献自己的力量，以中国移动、华为在内的的运营商、网络设备商、终端厂商等企业发挥重要作用，2020年8月赛迪智库发布的《中国 5G 区域发展指数白皮书》的数据表明，在冻结的 R16 标准中，我国主导的技术标准达到 21 个，占比超 2/5，位居第一。但我国在公平竞争环境下取得的科技成果令长期占据全球科技尖端位置的美国感到威胁，其始终妄图主导5G标准制定，并持有5G标准制定属于“零和博弈”的观点，采取的主要措施就是以国家安全和外交政策理由对他国5G企业进行制裁，拒绝与之合作。即便在今年6月15日同意本国企业在5G标准制定方面与华为合作，目的也是为了美国“不放弃全球创新领导者的地位”和“鼓励美国业者全面采用和提倡美国技术成为国际标准，来保护美国国家安全和对外政策利益”。
实际上，5G 标准本就是各国和企业参与制定过程的竞争结果，是其技术实力和影响力的作用体现，竞争是市场拓展和技术发展的的重要推动力，是激发主体追逐利益和保障其权益的规则手段，但在竞争中既要体现“竞争性”，充分激发主体活力，又要维护“公平性”，使得竞争在多数竞争者认同并遵守的规则中进行。因此在5G 标准构建的过程中，理应提倡充分且有序的公平竞争，以此促进5G的健康发展。5G标准组成部分的选择，看中的是提交标准主体的技术实力和市场潜力，霸权对5G标准建构介入的趋势，最终是对全球技术标准秩序的破坏。在5G标准构建的竞争问题上，应当通过发展5G技术和把握专利话语权等正当方式，必须极力反对不正当的主导权诉求，推动营造5G发展的良性竞争环境。
( 2 ) 国际—国内层面：5G标准建构中的标准衔接问题
移动通信技术标准在历史演进的进程中一直存在标准的衔接问题。3G时代的主要标准有欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TD-SCDMA，在我国又分对应中国联通、电信和移动三个运营商。4G时代的标准相较前代数量上更加丰富但应用上更加集中，包括LTE、LTE-Advanced、WiMax、HSPA+、WirelessMAN-Advanced，其中以LTE的FDD-LTE和TD-LTE为主导，FDD-LTE在国际中应用广泛，而TD-LTE在我国较为常见，不同标准间需要通过软硬件的更新与更换才能实现对接。吸取标准演进中的经验和出于5G技术的应用性与效率考量，5G时代下3GPP标准成为唯一标准，但是5G的安全、承载及应用标准等仍有差异，我国的5G标准主要由CCSA研究制定，具体的标准可由相应的技术单位负责起草，在与国际标准的对接中因政策要求、技术发展、应用现状等因素不可避免地会存在差异。
国际5G标准的构建由3GPP主导，是各成员间竞争与妥协的最终产物，在此过程中，各国就5G标准中的部分内容提交自己的技术方案，经由程序认可成为最终标准的组成部分。由本国提交并最终成为标准的技术方案在标准成熟后适用于本国的具体应用场景时，具有更高的适应性，即便此方案的采用符合技术发展趋势和多数成员的利益需求，但依旧可能在其他国家存在标准上的衔接不当问题。对此问题，我国可从两个方面着手进行矛盾化解，一方面，支持我国的5G标准制定工作，积极促进我国标准和技术方案走出国门，提升在国际5G标准制制定中的话语权，助力我国5G产业的国际竞争力。另一方面，提升5G国际标准国内转化率，结合5G产业发展的现实状况和实际需要，查找5G技术的薄弱环节，与国际标准接轨，不断提升5G的总体技术水平。
( 3 ) 国内层面：5G标准建构中的法律跟进问题
5G标准构建的目的和作用是在5G发展进程中提升开发效率、促进技术合作和扩大应用范围等，其着眼于技术性层面而对技术之外的尤其是法律层面的问题不具有规范性。法律规范的制定与出台，能够在实体和程序方面将5G发展纳入法治化轨道，且5G自身所具有的利益需要保障，其所支持的网络空间及应用带来了较之以前更大的安全和治理难题，数据安全、个人信息和隐私保护面临严峻挑战，这些建立在技术进步之上的问题需要法律规范的跟进来加以解决。
以美国为代表的的其他国家积极通过立法规范5G事项，对外美国通过《促进美国在5G领域的国际领导地位法案（2019）》等法律意图加强美国在5G领域的国际领导地位，并维护网络安全，作为头号技术大国，其还通过《出口管理条例》来加强对国外的出口限制。对内，则是通过制定法案方式来提供资金支持、加强频谱管理、放宽管制、简化程序等促进5G发展。国外制动5G法规的动态需要时刻关注，反观我国现有的立法，《中华人民共和国电信条例》为5G发展奠定法律标准，其对电信市场、电信服务、电信建设和电信安全及相应的法律责任等内容加以规范，内容较为全面，但为适用日新月异的技术发展及5G技术给社会带来的巨大变化，以及考虑制定于2000年并于2016年修订的《电信条例》的不足，我国《电信法》的制定与出台已经提上日程。此外，《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》等相关法律业已出台或正在制定中。总体表明，我国已认识到5G发展中技术标准之外的法律标准的重要性，在法治轨道下推动5G技术进步。但仍需注意的是，首先5G技术发展迅速与迭代性强，而立法具有滞后性，因此应当首要考虑将问题纳入现有法律中考量与解决。其次，不断充实与完善保障5G发展的法律体系，对法律缺失和不适及时进行更新，以体系化的法律规范应对5G的技术风险与安全挑战。最后，立足我国实际情况，在5G发展中把握政策和法律法规、国家与地方政策法规的衔接，以此防范与治理5G中的安全问题，在技术标准和法律标准的协作下促进5G的健康发展。

 
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5G标准构建中的技术演进与问题剖析

本文始发于微信公众号（关键基础设施安全应急响应中心）：原创 | 5G标准构建中的技术演进与问题剖析

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  • 本文由 发表于 2020年11月14日15:19:46
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