2021-04-19|閱讀時間 ‧ 約 7 分鐘

來聊點不一樣的5G - part 1 5G標準是怎麼制定出來的?

    上一篇文章談到5G標準是由3GPP這個組織所制定的。今天我們繼續來聊3GPP。
    3GPP是個甚麼樣的組織,為麼可以定全球的標準?
    5G標準到底長甚麼樣子?
    5G標準是誰寫的?是怎麼寫出來的?

    3GPP是甚麼樣的組織?

    3GPP目前是由7個國家(或區域)的標準制定組織所組成的,這些標準制定組織就是3GPP的Organizational Partners。他們分別是: ARIB(日本), ATIS(美國), CCSA(中國), ETSI(歐盟), TSDSI(印度), TTA(韓國), TTC(日本)。其中ARIB、ETSI、TTA、TTC是在1998年3GPP成立時就加入,其它是後來陸續加入,最新的夥伴TSDSI則是在2015年才加入的。
    看看這個名單,全球5大洲裡面就囊括了3大洲,總共約有700個公司會員,所以你說3GPP有沒有資格定全球的標準。

    3GPP有那麼多會員,要怎麼運作?

    3GPP主要由3個group所組成,這些group在3GPP中稱為Technical Specification Group(TSG),TSG的責任就是產出技術規範(technical specification),。每個TSG下面又分為數個Working Group(WG),5G標準實際上就是這些WG所產出的。
    TSG RAN主要是負責無線接取網路(radio access network),就是手機跟基地台之間的通訊。TSG CT主要負責核心網路(core network and terminals)。TSG SA主要負責電信商要提供的服務以及網路系統架構(services & systems aspects)。圖片來源:3GPP
    TSG RAN主要是負責無線接取網路(radio access network),就是手機跟基地台之間的通訊。TSG CT主要負責核心網路(core network and terminals)。TSG SA主要負責電信商要提供的服務以及網路系統架構(services & systems aspects)。圖片來源:3GPP
    所謂的參與標準制定,指的就是參加WG的會議,因此3GPP這個組織運作的核心就是這些會議。例如RAN1 每年有6次會議。在Covid-19疫情之前,這6次的會議是在全世界各地舉辦,每次會議為期5天。但自從去年疫情發生之後,到目前為止都改為線上會議。
    台灣常態參與3GPP的公司大約有6家左右,主要都是參與TSG RAN的WG為主,其中又以RAN1與RAN2為最大宗,因為這兩個WG所定的標準,含有最多的標準必要專利(Standard Essential Patent, SEP)。標準必要專利(SEP)指的是專利被寫進去標準中。因為產品必須要依據這些標準來設計製造,這就表示所有依據5G標準所設計的設備(手機、基地台等),無可避免的一定會使用到這些專利,因此就必須要支付權利金給這些SEP的擁有者,例如高通(Qualcomm)。因為3GPP的4G、5G標準是全球共通的標準,市場非常大,因此3GPP的SEP非常值錢,有興趣的可以看看天下雜誌這篇[高通傳奇 靠專利每天賺4.5億]。之後有時間我再來跟大家聊聊標準跟SEP的話題。

    標準(standards)跟規範(specification)有甚麼不一樣?
    簡單來說標準指的是大家都同意的規範。所以由WG所產出的技術規範,會在TSG的會議上有個核准的程序,通過之後表示大家都同意,這樣技術規範就成為標準。也因為標準與規範內容都是一樣,所以這兩個詞也常常交替著使用。

    5G標準到底長甚麼樣子?

    5G標準主要就是所謂的互通性(interoperability)標準,也就是為了確保不同公司所生產的設備(例如手機、基地台)之間可以互通,所以必須規範RAN、Core Network間的通訊協定以及介面等。

    RAN (Radio Access Network)是由基地台所組成的網路,負責連接手機與核心網路(CN)。
    CN(Core Network)是電信商網路的核心部分,負責提供手機使用者各種服務,主要就是語音(打電話)以及數據(上網)。所以核心網路又會連上電話網路跟網際網路(Internet)。
    5G技術大補帖 - 科學月刊Science Monthly
    Author 作者 曲建仲/臺灣大學電機工程學系博士,政治大學科技管理與智慧財產研究所兼任助理教授。致力臺灣科技教育多年,擅長以淺顯易懂的文字由淺入深帶領讀者了解艱深困難的科技原理。 第五代行動通訊技術(5th generation mobile networks, 5G)無疑是近來最熱門的話題之一,人們對它的印象不外乎是上網的速度更快。但是,實際上「上網的速度更快」其實是5G最不重要的特性,那麼5G最重要的特性是什麼?又會對未來的產業與生活帶來哪些改變? 行動通訊網路系統架構,包括核心網路(core network, CN)、骨幹網路(backbone)、無線接取網路(radio access network, RAN)和用戶設備(user equipment, UE)等。 ⇨骨幹網路:是指各種通訊系統所組成的網路系統,由所有用戶共用,負責傳輸骨幹數據資料,通常由光纖架構而成,能夠實現大範圍(在城市之間或國家之間)的數據資料傳送。 ⇨核心網路:是指4G或5G的雲端電信設備,其中4G的核心網路稱為「演進封包核心(evolved packet core, EPC)」,5G的核心網路稱為「下世代核心(next generation core, NGC)」。 ⇨無線接取網路:是指基地台相關的電信設備,包括:基頻單元(baseband unit, BBU)、遠端無線單元(remote radio unit, RRU)和天線等。 ⇨用戶設備(User Equipmen, UE):是指使用者連接網路的設備,包括手機、電腦、伺服器和物聯網裝置等。 2015年國際電信聯盟(International Telecommunication Union, ITU)召開工作伙伴5D小組會議,公布第五代行動通訊新無線電(5th Generation New Radio, 5G NR)發展規畫。並且延續3G的「IMT-2000」、4G的「IMTAdvanced」,定名5G為「IMT-2020」,開始制定第五代行動通訊系統的規範。同時,以第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)的標準組織,開始進行技術研究與制定,並分為兩個系統: 是指5G 的基地台依附在4G 的核心網路運作,手機與基地台之間的「控制平面(control plane)」經由4G

    聽起來似乎很簡單,但想想5G這麼複雜的系統。全世界沒有幾間公司可以做出從手機、基地台到核心網路的所有設備,就可以想像這些規範有多複雜,有興趣的可以上3GPP網站去下載來看看,5G的標準是編號38系列。不過不要說一般人了,剛接觸的工程師可能也不知道要找那些規範來看,就算找到要找的規範,剛開始讀這些技術規範可能也是如入五里霧中,進入的技術門檻非常高。
    這裡只能節錄一部分的5G標準(TS38.XXX),畫面往下捲還有好幾頁。來源:3GPP。

    5G標準是誰寫的?

    5G標準就是所有的3GPP會員公司,派出標準工程師去參加這些WG的會議,大家經過討論之後,一起寫出來的。
    3GPP會議的運作是採用所謂的contribution-driven模式,contribution就是會議文件,一律都是以會員公司的名義撰寫。會議中所有的正式提案都必須以書面contribution的方式提出,每次會議可能會有上千篇的contribution,這些contribution有一套很嚴謹的編碼及版本管理系統來管理。3GPP所有的文件(包含contribution、specification等)都可以從3GPP Portal上免費下載。

    最後來講古一下

    3GPP會議也在台灣舉辦過,第一場在台灣舉辦的3GPP會議是2011年二月的3GPP TSG RAN WG1 #64,場地是當時還在試營運的台北寒舍艾美酒店。那一年正是HTC股價如日中天的時候,因為是第一次在台北舉辦,印象中大約有300多人(平常大約200人)參加,當時HTC的許永明要上台致詞,結果因為他一下車就被記者團團圍住發問,所以全場300多個來自全世界的標準工程師就坐在位置上等了10幾分鐘。他進場時也是一堆記者簇擁著一路拍照錄影,非常風光。
    最近的一場則是在2019年一月,在台北遠東香格里拉飯店舉辦的RAN1會議(RAN1-AH-1901),大約有500人與會。
    這是台北香格里拉飯店最大的會議廳,還是無法容納所有人,有些人只好坐到門口外了
    下次來聊聊3GPP的會議到底是怎麼開的?
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