满足多元使用情境 3GPP推动5G通讯规范制定

长期演进计画(LTE)的未来发展是目前全球电信营运商及通讯大厂积极布局的重要项目。在国际电信联盟(International Telecommunication Union-Radio, ITU-R)决定采纳进阶版长期演进技术(Long Term Evolution - Advanced, LTE-A)做为下世代全球无线行动宽频通讯(International Mobile Telecommunications, Advanced, IMT-Advanced)技术标准后，如何继续提升现有的无线通讯技术，并导入新型态的电信服务以提升营运商的用户平均收入(Average Revenue Per User, ARPU)，乃是目前最重要的研究课题。  
第三代合作夥伴计画(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)是一个由五大区域之七个主要成员组成的国际电信标准化发展协会，致力于制定电信产品并满足区域通讯标准服务的需求，同时促进国际通讯标准服务间的互通性。  

随着时间的发展，目前国际电信联盟与第三代合作夥伴计画着手规画第五世代(5th Generation, 5G)全球无线行动宽频通讯规范，在2014年12月8日-12日于美国夏威夷茂宜岛举行的一次第三代合作夥伴计画的国际标准会议，即在讨论未来第十三版本(Release-13)与第十四版本(Release-14)的标准制订工作项目与时程。而在该次会议的三周前于美国旧金山举行的一次第三代合作夥伴计画服务需求工作组(SA1)的国际标准会议中，就决定于2015年2月举办的第三代合作夥伴计画服务工作组会议提出第十四版本的标准工作项目，并将有机会成为第五世代全球无线行动宽频通讯的需求规范(Requirements)。  

紧接着，2015年2月2日-12日于中国三亚市举行的一次第三代合作夥伴计画服务需求工作组的国际标准会议中，正式通过标准由英国电信营运商沃达丰(Vodafone)主导之SMARTER工作项目，其用以探讨并决定第五世代全球无线行动宽频通讯的需求规范；2015年3月9日-13日于中国上海举行的第三代合作夥伴计画国际标准会议中，由无线撷取网路工作技术规范组(Technical Specification Group–Radio Access Network, TSG RAN)主席Dino Flore提出该工作技术规范组之第五世代全球无线行动宽频通讯的讨论时程。  

5G行动通讯项目　协助发展高阶使用情境 

由英国电信营运商沃达丰主导之5G全球无线行动宽频通讯的需求规范工作项目SMARTER，其全名为New study item on New Services and Markets Technology Enablers。该工作项目将根据下列5G全球无线行动宽频通讯研究单位之报告来选取对应之技术项目：  

·ITU-R WP5Ds IMT Vision–Framework 

·4G Americas’ Recommendations on 5G Requirements and Solutions 

·Chinese IMT-2020 (5G) Promotion Association 5G white paper 

·5G Forum of Korea’s 5G White Paper 

·NGMN 5G White Paper 

本工作项目的最终目标是发展高阶的使用情境(Use Case)，并确认对应该使用情境之高阶的潜在需求规范(Potential Requirements)，以提供第三代合作夥伴计画电信营运商新型态的电信服务以满足市场需要。选取5G无线宽频通讯技术项目的分析过程也须考虑既有的第三代合作夥伴计画系统的服务和需求，包括发展向下相容的机制(Fallback Mechanisms)。该选取技术项目之工作流程(Work Flow)如图1。  


图1　技术项目选取之工作流程
2015年4月13日-17日于墨西哥洛斯卡波斯举行的第三代合作夥伴计画服务需求工作组的国际标准会议中，正式讨论相关5G全球无线行动宽频通讯的服务需求提案，且已先行于2015年3月27日举行一场线上讨论会决定提案的形式。在会议中正式通过二十个使用情境与对应的潜在需求规范，并由沃达丰汇整于技术报告文件草案TR 22.891(图2)。  


图2　新型态服务与市场技术的可行性分析报告 资料来源：3GPP TR 22.891v0.1.1
其中，以物联网(Internet of Things, IoT)大趋势为提案的主轴，随着新形态通讯市场的垂直区段细分，第三代合作夥伴计画须提供多样化的使用情境，网路切片(Network Slicing)是一项全新的网路及服务模式，能够量身订制网路、云端和管理服务，满足消费者及企业多项服务的客制化需求，预计新用途的使用情境将满足新一代各式各样的网路需求，例如网路收费(Charging)、策略管理(Policy Control)、网路安全与装置移动性等。移动宽频(Mobile Broadband, MBB)的使用情境，可能需要如依据应用层收费(Application Specific Charging)和依据应用层策略控制(Application Specific Policy Control)，而其他使用情况可使用简单网路收费或策略管理来提升效率，且不同使用情境的网路需求也将有巨大的差异。  

为了有效的处理大量垂直细分的网路服务模式，有必要将不同的服务模式彼此隔离，例如，当发生大量电表之网路行为都不正常之场景下，对于移动宽频的用户或与健康和安全相关的应用程序都不应该产生负面的影响，此外，支持新的垂直细分还需要有独立区段管理，以及针对每个垂直区段须提供分析和服务的功能。图3提供一个高层次概念的示意图，网路切片主要针对核心网路作分割，但为了支持多个切片或不同网路切片资源分割，可能须针对特定的功能进行实体层的设计。  


图3　支援网路切片服务模式的使用情境 资料来源：3GPP TR 22.891 v0.1.1
·潜在服务需求规范(Potential Service Requirements)： 

1.第三代合作夥伴计画须允许网路营运商提供网路切片的网路服务模式，即独立的网路功能和参数设定以搭配多个企业或虚拟网路营运商等。  

2.网路营运商应能够动态切割网络，以满足不同多样的使用情境。网路营运商应能够识别某些终端或一群终端与用户组是对应关联到一个特定的网路切片。  

3.第三代合作夥伴计画应能使用户设备(UE)基于订阅之服务或终端之类型，从一个特定的网路切片获得服务。  

·潜在营运需求规范(Potential Operational Requirements)： 

1.网路营运商应当能够针对不同市场或服务，建立和管理符合要求标准的网路切片。  

2.第三代合作夥伴计画应能隔离操作不同的网路切片，同时防止在一个切片中的资料通讯对其他切片的服务产生负面影响。  

3.网路营运商应能够授权第三方在容许内透过适当的应用程式介面(Application Programming Interface, API)来管理网路切片之设定。  

由无线撷取网路工作技术规范组(TSG RAN)主席Dino Flore提出5G全球无线行动宽频通讯的规划时程(图4)，由于IMT-2020的主要目标是订定5G全球无线行动宽频通讯技术，故无线撷取网路工作技术规范之工作时程需要配合IMT-2020之规画时程(图5)。  


图4　无线撷取网路工作技术规范组5G无线宽频通讯之规画时程

图5　IMT-2020之规划时程
在第三代合作夥伴计画国际标准会议的开会现场，来自全球各地的通讯大厂代表积极热烈参与讨论，会中同意于下半年举办5G无线宽频通讯研讨会(5G Workshop)。对于5G无线宽频通讯研讨会的举办时程经大会表决后，订定于2015年9月与第三代合作夥伴计画之第69次无线撷取网路工作技术规范组国际标准会议(TSG RAN #69)共同举行。  

第十四版本规范项目　支援V2X Over LTE/紧急定位 

2014年9月9日-12日于苏格兰爱丁堡举行之第三代合作夥伴计画的国际标准会议，韩商乐金(LG)提出RP-141381之标准提案Consideration of LTE-based V2X communication，该提案使用长期演进技术来支援车用无线通讯系统的构想(图6)，碍于会议时程的关系并未被讨论。  


图6　长期演进技术支援车用无线通讯系统的构想 资料来源：3GPP S1-144422
随后在2014年11月17日-21日于美国旧金山举行的一次第三代合作夥伴的国际标准会议中，乐金与高通(Qualcomm)分别于服务需求工作组(SA1)提出S1-144422与S1-144374等标准提案，期望能将支援车用无线通讯系统之长期演进技术列为第十四版本的标准需求规范工作项目，该项需求于会场获得多数厂商的支持，被列为下次会期的一个重要工作方向，其中乐金更获得车厂通用汽车(General Motor, GM)的支持，于会场以串连各厂商预定于下次会期提出Study On Service Aspects For V2X之工作项目。由于过去财团法人资讯工业策进会于邻近服务(Proximity-based Service ProSe)的工作项目上已有车用无线通讯相关的提案，故获得乐金的邀请成为该工作项目的支援厂商(Supporting Individual Members)。  

紧接着在三周后于美国夏威夷茂宜岛举行的一次第三代合作夥伴计画之无线撷取网路工作技术规范组的国际标准会议上，由爱立信(Ericsson)提出RP-142027之工作项目标准提案Enhanced LTE Device to Device Proximity Services，试图将支援车用无线通讯系统之长期演进技术的研究项目加入增强型邻近服务的工作项目中。该项提案于会场获得部分电信营运商与系统厂商的支持，但有厂商提出该研究项目缺乏对应的标准需求规范，故当场决议将由乐金负责草拟提案向服务规范与系统架构工作技术规范组(Technical Specification Group–Service & Systems Aspects, TSG SA)询问其建议；接着，在同一周于美国夏威夷茂宜岛举行之服务规范与系统架构工作技术规范组的国际标准会议上，由无线撷取网路工作技术规范组主席Dino Flore报告SP-140882之询问建议提案，会中决议将由服务需求工作组(SA1)来讨论与决定。  

在2015年2月2日-12日于中国三亚市举行的第三代合作夥伴计画服务需求工作组的国际标准会议中，正式通过标准由乐金主导之使用长期演进技术来支援车用无线通讯系统的工作项目Study On LTE Support For V2X Services(V2XLTE)，标准会议中同时处理通过众多标准需求规范提案，并产出一份技术报告(Technique Report, TR)草稿，涵盖九个使用情境与潜在需求规范(Potential Requirements)。其中，来自无线撷取网路工作技术规范组所提之询问建议提案S1-150039之回覆被延后裁决(Postponed)，并于墨西哥洛斯卡波斯举行的国际标准会议中将技术报告文件草案TR 22.885回覆给无线撷取网路工作技术规范组(TSG RAN)(图7)。  


图7　长期演进技术支援车用无线通讯系统的技术报告

V2X服务预防行人碰撞 
这个使用情境是提供资讯给易受伤的道路使用者，例如行人或骑脚踏车的人在车辆移动的情况下危险情况的存在。因此，提供警告给易受伤的道路使用者以避免与移动的车辆碰撞(图8)。  


图8　行人碰撞警告超出视线 资料来源：3GPP TR 22.885
·事先准备 

1.营运商提供利用V2X特征的服务。  

2.车辆A是UE支援V2X服务。  

3.行人B使用智慧型手机，其中UE是一个支援V2X服务的行人。  

4.车辆A和行人B是在附近。  

5.车辆A和行人B被授权的交通工具服务。  

·服务流程 

1.行人B的智慧型手机监控V2X的讯息传输。  

2.车辆A即将通过人行穿越道或十字路口时传送使用V2P通讯传送V2X讯息，在特定的周期和在特定的等待时间内。  

3.从车辆A的V2X讯息提供车辆A的存在轨迹和速度。  

4.行人B的智慧型手机接收到由车辆A传送V2X讯息。  

·后置条件 

1.行人B的智慧型手机因此获知的情况有关车辆的存在和碰撞风险。  

2.行人B的智慧型手机产生必要提醒行人B(例如可见警报器、视听警报器或震动)，使驾驶者可以采取预防措施在可能的风险情况前面。(注记：警报器或方法来提醒易受伤的道路使用者的产生是超出3GPP的范围。)  

·潜在需求规范 

1.支援V2X服务的UE应被授权由于车辆服务。  

2.支援V2X服务的UE(行人)应被授权由MNO由于车辆服务。  

3.由UE产生的V2X讯息，支援V2X服务应交付给支援V2X服务的行人在[X]毫秒的范围内具有足够低的交付损耗的UE。  

4.支援V2X服务的UE应能支持多重的延迟需要依靠V2X讯息的不同类型。  

5.支援V2X服务的UE应能传送V2X讯息在周期的方法。  

6.支援V2X服务的UE应能传送V2X讯息在事件驱动(Event-driven)的方法。  

7.支援V2X服务的UE应能支援最大的讯息[x]位元组的大小。  

8.支援V2X服务的UE应能交付V2X讯息给支援V2X服务对于行人UE。  

9.支援V2X服务的UE对于行人应能接收V2X讯息发送从支援V2X服务行进的UE在速度一直到[x]公里/每小时。  

10.安全的V2X讯息传递应予被支援。  

11.支援V2X服务UE对行人应能支援V2X讯息的接收从支援V2X服务的UE，支持不同营运商。  

12.支援V2X服务UE应能支援V2X讯息的传送给支援V2X服务的UE对于行人支持不同营运商。  

13.对于支援V2X服务行人的UE，V2X讯息传输在电池消耗的影响应尽量减少。  

虽然在需求工作组的国际标准会中询问建议提案之回覆被延后，但国际大厂已经迫不及待在2015年3月9日-13日于中国上海举行的无线撷取网路工作技术规范组的国际标准会议上，以为韩商乐金代表结合通用汽车共同提出支援车用系统之长期演进技术的可行性分析之工作项目Feasibility Study on LTE-based V2X Services(图9)，该提案被大会讨论后决定延后裁决(Postponed)。  


图9　支援车用系统之长期演进技术的可行性分析规画时程 资料来源：3GPP RP-150164
5G强化紧急通讯时室内/室外之定位技术 

在2014年6月10日-13日于法国索菲亚科学园区举行的第三代合作夥伴计画之无线撷取网路工作技术规范组的国际标准会议中，为了强化紧急通讯时于室内之定位技术以因应FCC对新一代的E911的需要，通过了强化室内之定位技术的工作项目Study on Indoor Positioning Enhancements for UTRA and LTE，已进一步提供室内手机用户更精准的位置(图10)。  


图10　透过多天线传送PRS方式增强定位 资料来源：3GPP R1-150229
在2015年2月2日-12日于中国三亚市举行的第三代合作夥伴计画服务需求工作组的国际标准会议中，正式通过新的Work Item：Enhancing Location Capabilities for Indoor and Outdoor Emergency Communications。在美国精确的拨打者位置回报是做为市民对于当局紧急呼救(E911)的一部分，E911是一个紧急呼救服务的关键性的元件。这主要用于两个目的，首先，对于呼叫路线到合适的公众安全回应(Public Safety Answer Point, PSAP)的位置去调度适当的紧急服务，其次，如果能很快或可能的话，提供给PSAP呼叫接受者并调度紧急情况位置做为紧急的服务(图11)。  


图11　透过EB(Elevation Beamforming)/FD(Full Dimension)-MIMO增强定位 资料来源：3GPP R1-150229
另一个趋势是，紧急呼叫组合被放置在越来越多的地方，估计所有的无线紧急电话目前50-70%在室内被启动。  

截至目前为止，确定呼叫者的位置时，启动紧急呼叫多半发生在室外场景，所以使用的技术，如全球卫星定位系统(GPS)/全球导航卫星系统(GNSS)和性能验证是基于所有户外的因素。当利用定位技术去获得室内紧急拨打者位置，定位技术会有所多限制，像是差的讯号强度、多路径和建筑材料衰减，而GPS/GNSS和获得垂直位置有助于提升在密集的城市多层建筑环境中的公共安全(图12)。  


图12　透过D2D增强定位 资料来源：3GPP R1-150229
新型态无线通讯技术 满足更多用户需求 

行动通讯演进最根本的原动力是来自用户需求，电信营运商为了迎合Facebook、YouTube等应用服务，已由无线语音服务朝向行动资料服务转变，电信营运商期望藉由新的通讯技术网路来提升频谱利用率并降低营运成本，同时，也导入新形态的应用服务，以进一步提高用户平均收入。因此，长期演进计画的未来发展将朝向现有的无线通讯技术的提升，同时导入新型态的电信服务，以提升营运商的获利。而新型态的电信服务意味着更多的参与者，不再仅局限于电信产业。  

基于公共安全之救难人员需求而被美国商务部(US DoC)要求加入Marco Only模拟情境。电信营运商不可能广泛布建小型基地台(Small Cell)于每个区域且布建密度也不如情境设定，尤其相对比较需要使用E911的服务，却不可能布建Small Cell的区域，如经济状况较差的公寓社区。因此，基于民众公共安全Marco Only的模拟情境对于强化室内定位于E911服务的部分是必备的场景。  

下次会期将朝向把Small Cell的数目设定为零，来模拟Marco Only的情境，同时，现有Small Cell的楼层设定亦不符合高楼林立的实际环境，这些都是下次会再次被讨论的议题。  

目前在3GPP里的Study On Indoor Positioning Enhancements For UTRA and LTE Study Item中讨论各式增进定位的方法，并也须符合E911所要求的规范，届时将会有更明确的结论。  

台湾法人单位以参与全球次世代网路(Next Generation Network, NGN)通讯的相关标准制定为主，同时亦尝试先行验证标准相关技术，例如，在手机上设计并实现邻近探索与通讯服务，将涵盖验证网路、服务和应用等三个层面的区域通讯标准技术。