6G国际标准工作拉开序幕,预测一下6G物联网技术有哪些?

作者：赵小飞物联网智库 原创

上周，国际标准化组织3GPP在韩国仁川举办6G国际标准研讨会。作为全球首个6G国际标准研讨会，此次会议受到业界高度关注。根据3GPP官方消息，748位专家参加了线下会议，加上线上参会人员，实际参会人数达1676位，共提交了219份会议文件，6G标准制定征程正式开启。10年前5G标准开始起步，业界对于物联网和赋能行业充满期待，那么10年后，6G标准化工作启动，未来对于物联网还会带来哪些新的场景和技术？

在笔者看来，6G时代，物联网依然是其中一个重要赛道，纳入6G标准家族的物联网技术既有5G时代的持续演进，又有6G新特征下全新的物联网技术问世。

回顾一下3GPP推出的物联网标准历程

3GPP作为全球影响力最大的电信标准化组织，承担了移动通信的国际标准的制定工作，早已成为全球移动通信发展的风向标。物联网技术的发展，尤其是蜂窝物联网的全球标准制定，当然也离不开3GPP这一组织的工作。因此，3GPP针对物联网标准化工作的历程，基本反映了蜂窝物联网技术的变迁。研究6G物联网可能的方向，首先可以回顾一下3GPP对物联网标准化的工作。

1、初次拥抱物联网

早在2005年，物联网在很多场合以M2M（机器对机器通信）的名称出现，这一概念已被广泛接受。3GPP在那个时候已启动了MTC（Machine Type Communication）的研究工作，即开始了《Study on Facilitating Machine to Machine Communication in 3GPP Systems》的研究项目。

根据3GPP的工作流程，针对一项新的技术标准化工作分为研究项目（SI）和工作项目（WI）两个阶段，研究项目阶段进行可行性研究，对业务需求、解决方案可行性进行评估，最终输出技术报告；工作项目阶段就开始了标准的制定，根据研究项目阶段的结论，形成相应技术规范，输出标准。

针对MTC的首个研究项目于2007年在3GPP R8版本中以技术报告形式发布，并在后续开展标准化工作，于2011年完成了首个完整的技术规范，在3GPP R10版本中发布。笔者翻阅了3GPP此前的部分技术报告和技术规范文档，针对首个MTC的文档如下：

该版本针对M2M通信在物流、健康医疗、远程管理、无线支付、无线抄表等方面的需求进行研究，支持通过蜂窝网络接入大量物联网终端。

2、针对终端的分类

对于物联网的支持，除了接入网的架构、核心网支持等网络侧的规范外，终端也需要有专门的标准规范，才能实现有效通信。伴随着4G LTE标准的制定，3GPP对于终端的规范也在持续推进，最为典型的是通过上下行速率对终端进行分类，适应了各种类别物联网终端的接入特点，这一分类在后续物联网发展中产生了重大影响。

3GPP在R8版本中就包含了对用户终端接入能力的标准化工作，定义了Cat 1-Cat 5的等级，体现在TS 36.306规范中。3GPP在后续版本中持续研究和更新，如在R10中定义了Cat 6-Cat8，在R11中定义了Cat 9-10。

Cat 4以及以上级别的终端主要针对手机终端，这些级别需要更高速率，而Cat 4以下级别更适合物联网，尤其是Cat 1的定义，对后续物联网的发展产生了重要影响，目前国内乃至全球蜂窝物联网中速率主要是Cat 1的终端。3GPP在R12版进一步降低终端等级，首次定义的Cat 0的终端等级，工作带宽为20 MHz，上下行速率仅为1Mbps。

3、低功耗广域网络标准横空出世

从2013年开始，低功耗广域网络（LPWAN）进入人们视线中，低速率、低功耗的物联网场景需求越来越多，Sigfox、LoRa等非蜂窝物联网技术开始成为业界宠儿，大范围攻城略地。3GPP阵营现有的物联网技术不能满足LPWAN场景需求，面对蜂窝技术的弯道超车，3GPP阵营专家们快速响应，针对LPWAN的需求，开始制定新的标准，并于2016年R13版本中冻结了基于蜂窝网络的LPWAN标准，而且一次性发布了3个标准，即eMTC、EC-GSM和NB-IoT，其中eMTC是基于4G LTE网络的演进，EC-GSM是基于2G GSM网络演进，而NB-IoT则是相对独立的物联网标准。

3GPP这三大LPWAN标准的问世，在业界产生了巨大反响，成为移动通信产业的一大亮点，似乎承载了蜂窝通信运营商在物联网领域的未来。当然，这三类技术后来的命运差别很大，尤其是EC-GSM问世后不久就惨遭抛弃，NB-IoT和eMTC则分别受到了全球不同国家地区和运营商的青睐，直至今天形成了明显的市场格局。

4、5G和后5G时代的物联网技术

随着5G的商用，业界将目光聚焦于5G支持的物联网技术上。从5G最初提出的三大场景来看，eMBB更多是为支持移动互联网需求而生，而uRLLC和mMTC则更多是为物与物通信提供技术支持，近年来5G的发展也印证了这一初衷。

当然，5G三大场景是高度凝练的总结，沿着以往物联网的发展路径，业界仍然关注5G标准体系中重点支持物联网的技术方向。3GPP在设立标准研究方向时，充分考虑到物联网场景和需求发展的趋势，已启动了多个重点方向的研究，最为典型的方向包括：

一是开展RedCap的标准化工作。RedCap作为轻量级的5G，目前已成为业界关注的热点。2022年6月，R17标准冻结，首个RedCap标准问世，主要面向中速率物联网终端接入场景，将NR的带宽从100MHz裁剪为20MHz，天线配置减少到1T1R或1T2R，引入半双工模式等优化，使其在Sub 6GHz频段范围内可支持约20Mbps-100Mbps的上下行理论峰值速率，与LTE Cat.4终端能力接近；2024年6月，R18标准冻结，RedCap增强版本标准eRedCap问世，将带宽进一步裁剪至5MHz，面向10Mbps中低速率物联应用，进一步降低终端成本，不少性能与LTE Cat.1和Cat.1 bis终端能力类似，为未来5G一张网络支持中低速物联提供便利。

二是开展无源物联网的标准化工作。3GPP R18版本已将无源物联网纳入研究项目中，多个代表也开始了无源物联网前期研究工作。在3GPP全会上，多家企业代表认为，无源物联网将形成千亿级连接规模，当前大量行业已明确了需求。不过，无源物联网的标准化工作似乎并不是很快，无源物联网在R19阶段依然是以研究项目的形式立项，未进入技术规范编写阶段，由于基于蜂窝技术的无源物联网面临着非常复杂的环境，在非常严苛的条件下还要考虑到室内、室外、固定、移动等各种不同情况，一些候选技术还在探讨中，标准化的可行性还需要进一步评估，或许在R20阶段会实现商用标准的问世。

三是将NB-IoT/LTE-M标准演进纳入5G中。NB-IoT/LTE-M是源于4G的技术，为了满足5G mMTC的承诺，3GPP在后续的标准演进中对NB-IoT/LTE-M进行进一步增强，例如提升峰值速率、移动性、容量密度等，形成5G mMTC的主要场景承载技术。

四是开展IoT-NTN标准化工作。针对卫星通信，3GPP也希望将其纳入自己的阵营中。2022年6月冻结的R17版本中，一个备受关注的特性就是卫星通信，其中一个分支就是针对物联网用例的NTN标准，支持LTE-M和NB-IoT等终端卫星接入，扩大很多地面网络难以覆盖场景的网络覆盖范围。R18版本中，对于IoT-NTN进行增强，带来一些新的特性，解决了中低轨卫星由于超高速移动导致的频繁切换等难题。如今，3GPP阵营的IoT-NTN生态伙伴进一步扩大，有望成为卫星运营商的主流选择。

当然，3GPP还推出了针对车联网、工业互联网等方向的课题，这些也构成了3GPP阵营物联网技术体系的重要组成部分。正是由于十多年来3GPP阵营的努力，才构成了完善的技术体系，支持目前数十亿蜂窝物联网终端的接入，并持续形成支持百亿甚至千亿接入的能力。

有哪些物联网技术可能会纳入6G中？

2023年11月，国际电信联盟（ITU）正式发布了6G系统标准和空口技术开发的框架，提出了6G系统将应实现包容性、泛在连接、可持续性、创新、安全性、隐私性和弹性、标准化和互操作、互通性等七大目标，支撑构建包容性的信息社会，实现联合国可持续发展目标。

6G 将实现人、机、物的连接，实现物理世界和虚拟世界的连接，同时，有望将感知和人工智能等能力融合到网络中，成为承载新用户、赋能新应用的新型数字基础设施。在场景方面，ITU认为6G 在5G三大场景基础上增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等6G六大场景。

其中，超大规模连接和泛在连接这两大场景更多是面向物联网而设计的。因此，物联网在很大长度上依然是6G的一个重要领域。那么，6G家庭中会包括哪些物联网技术呢？

分析3GPP过去十多年来推动的物联网标准化工作，我们不难发现，每一代网络既要具备上一代网络中物联网技术能力，又会发展出一些新的方向，实现更广泛和多元化的场景覆盖，这一趋势在5G标准化工作中显得尤为明显：

首先，对4G时代的物联网技术能力兼容和替代方面，5G将NB-IoT/LTE-M纳入，实现进一步演进；同时，虽然RedCap及eRedCap是5G的原生技术，但其对标的正是4G时代Cat.4和Cat.1的能力。其次，推出新的发展方向方面，5G标准中引入无源物联网和IoT-NTN，进一步扩展了4G时代的连接能力。

以此来分析，笔者对6G家族中的物联网技术有一个初步的预期，主要包括：

一是继承和发展5G时代物联网系列技术

包括目前5G家族中比较明确的一些方向，如RedCap、eRedCap系列轻量化5G技术，NB-IoT/LTE-M系列LPWAN技术，无源物联网以及IoT-NTN等，未来可能会进一步演进，纳入6G家族中，让6G首先具备5G所具备的所有物联的能力，并在此基础上形成能力演进和优化。其中，针对卫星通信的IoT-NTN和无源物联网的演进预计会成为6G物联网的重点，实现泛在连接和超大规模连接的愿景。

同时，6G是否会效仿5G推出一个轻量版的6G也值得探讨，尤其是6G带宽、可靠性、时延等方面相对5G有大幅提升的情况下，是否可能会推出对标5G eMBB和uRLLC等技术的“Light 6G”技术，实现对5G eMBB和uRLLC等技术支持的物联网场景进一步优化和替代。

二是基于增强和扩展的功能形成新的物联网技术

ITU针对6G定义了15个能力指标，与5G相比指标分为两类，即针对5G增强的功能和支持6G扩展使用场景的新功能，每种功能在不同的使用场景中可能具有不同的相关性和适用性。其中，9项功能源自现有的5G系统，并对其进行增强，主要包括：峰值速率、用户体验速率、频谱效率、区域流量密度、连接数密度、移动性、时延、可靠性、安全隐私韧性性能；支持6G扩展使用场景的新功能包括：覆盖、感知相关指标、AI相关指标、可持续性性能指标、互操作、定位6个指标。

这15大指标提升了对更多场景支持的能力，包括更多物联网的场景，其中一些指标需要引入新的技术来实现。例如为达到感知相关指标、定位的要求，引入新的技术能够直接为物联网感知侧的能力提升打下基础，通过通信技术的进步，减少传感设备的使用。

本次6G标准征程启动，业界更感兴趣的则是AI赛道，期待AI带来6G作为新一代移动通信技术的飞跃。中国电信首席科学家毕奇谈到本次6G研讨会时表示，虽然此次讨论会对6G的期待低于同期的5G，与会者对6G的发展，仍寄希望于AI的助力，未来AI应用的健康发展，将是6G能否超过5G的关键所在。预计AI相关的指标也将催生6G家族中AIoT的标准问世，形成AI原生的物联网技术，进一步支撑“万物智联”的愿景。

6G标准化大幕已经拉开，按照计划，到2030年前会如约形成可商用化的标准，未来6G中将有哪些物联网技术，欢迎一起来探讨。