3GPP是个什么组织 为啥5G标准离不开它

    3GPP一直以来在人们心中是一个神秘的组织，很多用户对于它的理解和认知，说不清，道不明。最近关于5G网络的诸多报道，都陈述了“5G网络”的标准是由“3GPP”来规定的，那么它到底是个怎样的组织？我也不卖关子了，一同揭晓它神秘的面纱。

“3GPP”组织建立的来龙去脉

    上世纪80年代，电话开始普及使用，人们仅仅使用的是模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，被称为“第一代移动通讯技术”，也叫“1G”，代表设备是大哥大，只能打电话。

1G网络时期的手机（图片引自阿里巴巴咨询画报）

    人们在传输数据的过程中发现，太大的数据信息很难在传播过程中消耗的时间太多了，欧洲人颖悟绝伦，把时间分割成了周期性的帧(Frame)，每个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，这种技术叫做时分多址（TDMA），基于这个技术，欧洲人研制出了第二代通讯技术，也叫“GSM（Global System For Mobile Communications）”，俗称2G，中国在1995年左右开始部署GSM网络。

2G网络制程（图片引自互联网）

    到了20世纪中期，当时二代通讯技术已经使用一段时间了，一位美国女子名叫海蒂·拉玛（她还是著名的影视演员）基于时分多址发明了新的通讯技术：码分多址（CDMA），和时分多址有区别的是，它是靠信息的编码序列来分割成若干个码隙向基站发送信号，被称为2.5代移动通讯技术。

CDMA（图片引自互联网）

    国内的移动及当时的网通选择了主流的GSM网络制程，而CDMA最初被中国电信引入国内，并且搭配133号段投入市场使用，后来在08年通讯行业重组，原网通和联通合并为新联通，联通的CDMA网络业务和133号段则划归了电信所有。因此目前市面上的CDMA网络手机卡及支持CDMA网络的手机均是电信。

    GSM和CDMA，一个是分割时间，一个是分割编码，很难说哪个制程更好，只能说各有千秋。

    互联网在2G网络制程的带动下，日益壮大，各式各样的移动设备、台式电脑等数码产品霎时间蜂拥而至。消费者感受到了二代移动通讯技术的益处，越来越期待第三代（3G）通讯技术的到来。

    网络制程的全球普及，使人们越来越依赖于“无线上网”，理念是：为了定义完整的端到端系统规范，确保符合行业需求，不同厂商之间实现无缝互操作以及为移动提供其所必需的全球规模，并且也为了实现GSM由2G网络到3G网络的平滑过渡的需求，从而产生了一个组织，如果将全球无线通讯比作一个村的话，那么这个组织绝对是这个村里的村长，它让你“耕什么地”你就得耕什么地，它让你的“庄稼”长多高你的庄稼必须长那么高，否则对不起，你不属于这代通讯技术的标准，这个组织就是3GPP。（注意，3GPP是实现GSM演进成立的。）

3GPP logo（图片引自搜狐网）

    3GPP建立时，各国都在讨论谁当“老大”合适，当老大爽啊，有话语权，但是，每一代移动通讯技术的革新并不是某个体公司能完成的，它要设计到基站的建设、匹配制程的芯片制造、从中的技术研发、采用怎样的频率，运用多少的波段等等，毕竟关乎全球用户无线上网的问题，最后商量了下，全球各国几个在通讯领域有重要地位或作用的运营商，来做3GPP的成员，先后足足请了七个大佬，它们分别是：日本无线工业及商贸联合会(ARIB)、中国通信标准化协会(CCSA)、美国电信行业解决方案联盟(ATIS)、日本电信技术委员会(TTC)、欧洲电信标准协会(ETSI)、印度电信标准开发协会(TSDSI)、韩国电信技术协会（TTA）。

3GPP由7个组织协会组成（图片引自2017年10月高通媒体沙龙PPT）

    有了组织就是好办事儿，在3GPP的带动下实现了第三代移动通讯技术（3G）的W-CDMA技术、TD-CDMA技术的普及化。

    3GPP是为了实现欧洲人创造的GSM的演化，那个美国美女演员创造的CDMA能善罢甘休？不行，我们北美也要创立一个！第二年1999年，北美公司联合芯片巨头高通等创立了个3GPP2，和3GPP有一定的竞争关系，只不过后来高通又放弃了CDMA向4G演进的路线，3GPP2也逐渐边缘化，倒是3GPP逐渐壮大了。到了LTE（Long Term Evolution，长期演进)，也就是4G，各大运营商开发出了TD-LTE和FDD-LTE两种制程，“村长”3GPP出来了，说你们这个制程不满足我的标准，LTE只有3.9G，你们不叫4G，这让运营商很尴尬，最后四舍五入，3.9G就叫4G吧！就一直按4G叫了，其实未被3GPP认可，国内的4G网只是3GPP的3.9G的标准。

4G定义（图片引自百度百科）

    后来运营商无奈，按照3GPP对于4G的标准推出了升级版的LTE Advanced，这才满足国际电信联盟对4G的要求，直到后来的LTE-A才叫做4G。

    时光飞逝，转眼到了2017年，从1998年成立以来，3GPP不断扩大、由成员驱动，涉及数百家公司的大量工作和协作，包括网络运营商、终端制造商、芯片制造商、基础设施制造商、学术界、研究机构、政府机构，累积到2017年会议参与者突破6000多人，好家伙，厉害了。

3GPP 增长人数表（图片引自2017年10月高通媒体沙龙PPT）

    对于未来的第五代通讯技术（俗称5G），3GPP提前好打预防针，告诉底下和无线网络相关的公司，说你们必须按照我的要求制定5G，要不然我还是不承认。底下公司齐声说“啥要求啊？”3GPP说，5G必须要提高速率和降低时延，并规定，5G网络用户体验传输速率至少需符合100Mbps（12.5M/s）下载速度、50Mbps（6.25M/s）上传速度，网路延迟时间不得超过4毫秒，并且在时速500公里的高速列车上也能维持稳定网络连接。

    底下众公司纷纷赞同，并答应必须执行到位。

3GPP对众涉及5G网络企业的嘱咐（聊天为个人虚构）

    第四代移动通讯技术，不听话！不承认标准还出，气的3GPP不轻，临近5G时代得好好整改整改你们，3GPP还要求了，5G无线网络时代不能仅涉及数据服务和语音服务，要拓展移动生态系统，普及到无线回程、ULL，无人机等关键业务型服务、数字电视广播、汽车服务、M2M/loT服务等等。

5G涉及的领域（图片引自2017年10月高通媒体沙龙PPT）

    并且定义了三大场景：eMBB、mMTC和URLLC，对应了想要涉及的领域。

3GPP定义5G的三大场景

    3GPP将“5G”视为是一个重大的改革，要具备五大创新！

4G相比5G的技术变革（图片引自互联网）

    众公司说：“行，你是头儿，你说咋整就咋整，说吧，哪五大创新。”

第一大创新：mmWave

    提到网络速率，必定和频率、波长、以及光速三者有关，它们的关系是这样的：

电磁波计算公式

    接着看下一张图：

以往不同频率电波的用途

    从上方图片中的绿色字体不难看出，长期以来，我们主要使用中频到超高频来实行手机通讯的。经常所说的CDMA 800、GSM 850，就是工作频段800MHz和850MHz的意思。就目前来说，现如今的4G LTE属于超高频和特高频。

我国LTE频谱划分（图片引自人民网）

    并且我们国家主要使用超高频。依照第一个图的公式，频率越高，速度越快，车道（频段）也就越宽。

频率越高，频段越宽（图片引自千家综合布线网）

    恩，要想速率快，频率就越大，因为光速是恒定的，频率大就意味着.....

电磁波计算公式

    也就意味着波长越小，5G的第一个创新技术就来了，率先使用目前波段较小的mmWave（毫米波），就目前的动态来看，毫米波段中28GHz频段和60GHz频段比较有希望使用在5G的两个频段中，使用毫米波频段，频谱带宽比较前代要宽了10倍，传输速率自然也得到大幅度提升。

第二大创新：Massive MIMO

MIMO的英文全称是Multiple-Input Multiple-Output，意为“多进多出”，说白了就是基站的天线变多了，并且手机的接受能力也变强了，源头上多根天线发送，接收对象多根天线接受。

Massive MIMO对比LTE的区别（图片引自kejiwang）

    通过实际图片看下区别：以前的基站，天线数量寥寥无几。

老式基站（图片引自互联网）

    再看看新式Massive MIMO技术基站：

Massive MIMO 5G基站（图片引自临汾日报社）

    是不是有点高大上，充满“未来科技”的感觉呢。

大功率方案（图片引自新浪博客）

小功率方案（图片引自新浪博客）

    细心观察的朋友要问了，这5G的基站好小啊，比之前的大铁塔形状的小很多。没错！为了进一步提升5G网络的覆盖面积，5G网络将原有的宏基站改为了微基站，换句话说，之前的信号向中央空调，一个温暖一群人，而现在则是按照小群体分配一个“小功率”空调，不仅辐射被大幅度降低，覆盖面积也好，速率也变得越快。

第三大创新：Beam Management

    Beam Management意为波束赋形，也是第五代移动通讯技术的一大创新，它主要是改变了信号的发射形式进行的改变。说到基站发射信号的形式，有些类似于灯泡发光，它是360度向四面八方发射的，对于光而言，要想照亮某个区域或某处物体，大部分散发出去的光都浪费了。

传统信号发射形式（图片引自互联网）

    而波束赋形就比较厉害了，它是一种基于天线阵列的信号预处理技术，通过调整天线阵列中的每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，通俗的将，它可以改变信号的发射轨迹，实现“点对点”有针对的信号传播。

波束赋形（图片引自互联网）

波束赋形（图片引自mbcom）

    硬是给信号发射形态“捏”了个长条造型，无不让人佩服5G通讯技术的前进。

第四大创新：LDPC/Polar

    前面说过，3GPP对应想要涉及的领域，定义了5G的三大场景：eMBB、mMTC和URLLC。

3GPP定义5G的三大场景

    不知道朋友们记不记得2017年11月下旬，华为公司主推的Polar Code（极化码）方案拿下5G，作为控制信道的编码方案，这个方案便是3PGG制定的三个场景之一的eMBB场景，而高通主导的LDPC码作为数据信道的编码方案。

    根据华为的实际测试来看，Polar码可以同时满足超高速率、低时延、大连接场景的需求，并且能够使蜂窝网络的频谱提升10%左右，与毫米波结合可以达到27Gbps的速率。

    对于eMBB场景来说，有了华为这位主力，外加高通的扶持，相信能够将无线通讯技术提升到新的高度。

第五大创新：AS Layer

    AS Layer是相比较4G网络的一种新型的架构模式，主要是以正交频分多任务（OFDM）为基础的弹性参数物理层（PHY,Layer 1），它可以最多包含5个次载波。该架构可以同时回应更快速的数据与响应速度。

Layer 1（图片引自52rd）

写到最后

    不得不承认，从第一代移动通讯技术问世开始，注定了它会牵扯到许多的层面，包括用户的使用体验、商家的利益等等，而3GPP的建立并不多余，就像国家需要有政府的支撑、公司要有制度的管理、学校要有老师教育的引领，而3GPP充当的就是这样的一个角色，立好了一个“规则”，各类供应商和用户才能够在科技中进步。