毋庸置疑，5G正在全球快速地進行規(guī)模化部署。迄今為止，全球已有超過45家OEM廠商已經(jīng)或即將宣布推出5G終端，超過50家運營商部署了5G商用網(wǎng)絡(luò)，超過345家運營商正在投資5G。從終端角度看，2022年5G手機出貨量預(yù)計將達到7.5億部，全球5G連接數(shù)預(yù)計將從2023年的10億個增長到2025年的28億個。PN4esmc
從來沒有“一蹴而就”的5G
圖1顯示的當(dāng)前全球主要地區(qū)5G頻譜劃分/計劃?？梢钥闯?，5G頻譜類型包括許可頻譜、免許可頻譜和共享頻譜，全球各主要地區(qū)都有從幾百兆赫茲到毫米波頻譜的分布和規(guī)劃，但低頻頻譜資源非常有限。PN4esmc
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圖1：全球5G頻譜劃分/計劃一覽PN4esmc
而在2015年制定的5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個版本(Rel-15)中，雖然定義了三大應(yīng)用場景：增強型移動寬帶(eMBB)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)型服務(wù)(URLLC)和海量物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)，而且各項指標(biāo)都比較激進，要求比4G好10倍以上，包括時延降低1/10、速率增加10倍、網(wǎng)絡(luò)容量增加100倍等。但在實際演進過程中，我們發(fā)現(xiàn)5G NR C-V2X(蜂窩車聯(lián)網(wǎng))/NR-Light等技術(shù)其實并沒有被引入到Rel-15之中。PN4esmc
圖2是5G技術(shù)演進的時間軸?？梢钥闯?，Rel-15的主要目標(biāo)是要能夠?qū)崿F(xiàn)5G智能手機的應(yīng)用；Rel-16是將于今年6月凍結(jié)的5G標(biāo)準(zhǔn)的第二個版本，除了繼續(xù)增強移動寬帶，以更快的上傳與下載速度強化獨立組網(wǎng)(SA)的5G網(wǎng)絡(luò)之外，還將進一步完善URLLC功能，并引入5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和免許可頻譜設(shè)計(NR-U)技術(shù)，這對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用極為關(guān)鍵；R17將增加可穿戴設(shè)備和更高網(wǎng)絡(luò)性能的規(guī)范，不過由于受到新冠肺炎疫情的影響，Rel-17工作進度較之原計劃會推遲大概一個季度，但全新NR-Light技術(shù)的引入將不會改變。PN4esmc
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圖2：5G技術(shù)演進的時間軸PN4esmc
眾所周知，移動技術(shù)大約每十年完成一次代際演進，每一代移動技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)都建立在前瞻性基礎(chǔ)科技研發(fā)的基礎(chǔ)之上，5G也不例外，Rel-15中基于OFDM的可拓展空口、基于時隙的靈活框架、先進的信道編碼(包括多邊緣LDPC和CRC輔助極化碼)、大規(guī)模天線應(yīng)用以及移動毫米波技術(shù)就是典型代表。PN4esmc
具備前向兼容性，能夠支持未來眾多可能發(fā)生但尚未定義的全新服務(wù)，這是5G框架具備的巨大優(yōu)勢之一。在圖3所展示的時間-頻率二維空間中，5G框架在頻域上預(yù)留了空子載波，在時域上預(yù)留了空白時隙。這就好比在寫一本書的時候，預(yù)先留存了一些空白頁，這些空白頁根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置可以放置在任何地方，系統(tǒng)也可以隨時在空白頁上寫上需要的內(nèi)容。與之相類似，通信行業(yè)今后也可以將eMTC和NB-IoT這兩項應(yīng)用非常廣泛的4G海量物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，或者是廣播和C-V2X技術(shù)加入到5G架構(gòu)中。PN4esmc
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圖3：通過靈活的時隙框架擴展5GPN4esmc
5G設(shè)計中不可缺少的另一項核心技術(shù)，則是毫米波。PN4esmc
在舊金山進行的室外毫米波5G網(wǎng)絡(luò)模擬實驗中，Qualcomm發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)有的4G基站實現(xiàn)了62%的毫米波室外覆蓋，網(wǎng)絡(luò)容量提升高達5倍，小區(qū)邊緣突發(fā)速率和中值突發(fā)速率分別達到了320Mbps和1.4Gbps。而在封閉的地鐵站內(nèi)，如果把Wi-Fi覆蓋換成LTE小基站或者與5G毫米波進行共址，下行/上行鏈路的覆蓋分別達到了96%和97%，而且下行鏈路的中值突發(fā)速率可以達到4.6Gbps。PN4esmc
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圖4：面向地鐵站部署毫米波PN4esmc
從全球范圍來看，在美國，AT&T、T-Mobile、Verizon等主流運營商都已經(jīng)提供了毫米波的商用服務(wù)；美國以外，意大利、俄羅斯、韓國、日本、東南亞、澳大利亞、拉美也都有在2020年或2021年部署毫米波的計劃。中國在毫米波試驗和頻譜規(guī)劃上也正在推進，很可能于2021年或之后進行毫米波的部署。PN4esmc
標(biāo)準(zhǔn)可能會遲到，但從不會缺席
按照之前的規(guī)劃，Rel-16版本在2019年12月結(jié)束物理層階段的工作之后，將在2020年3月結(jié)束第二階段工作，并于6月完成標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)。但受此次疫情影響，3GPP將提交變更請求(CR)的時間從6月推遲至9月，R17的預(yù)定日期也將推遲到2021年12月。不過，Qualcomm中國區(qū)研發(fā)負(fù)責(zé)人徐晧博士對《國際電子商情》表示，從目前的發(fā)展情況來看，運營商網(wǎng)絡(luò)部署的重點在SA網(wǎng)絡(luò)上，而SA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋還需要一段時間。因此，R16規(guī)范的延遲發(fā)布，并不會對目前的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)產(chǎn)生很大影響。PN4esmc
“疫情確實給5G商用帶來了很多不確定性”，徐晧說，雖然目前國內(nèi)的疫情得到了很好的控制，在較短時間內(nèi)能夠復(fù)工，但由于疫情在海外許多國家蔓延，使得5G商用的不確定因素增多了，但整體來看，疫情對5G商用的影響是短暫且有限的。PN4esmc
在中國，國家正在力推“新基建”，各地也加快了5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度。網(wǎng)絡(luò)側(cè)，根據(jù)運營商公開的信息，中國三大運營商計劃在2020年建設(shè)超過50萬個5G基站。其中，中國移動在2019年底建設(shè)的5G基站總數(shù)為5萬個，截至2020年2月，這一數(shù)字已經(jīng)超過8萬個；中國電信計劃今年上半年要追回受疫情影響的5G建設(shè)計劃；中國聯(lián)通則表示將于今年第三季度完成全年的計劃。PN4esmc
終端側(cè)，雖然受疫情影響大部分人仍隔離在家，但全球5G智能手機的發(fā)布卻達到了高峰。數(shù)據(jù)顯示，今年1月，中國市場5G手機出貨量接近550萬部，市場占比26%；而在隨后的2個月內(nèi)，國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)十家手機廠商及品牌陸續(xù)發(fā)布了5G旗艦智能手機，為消費者帶來了豐富的5G終端選擇。PN4esmc
同時，伴隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，移動連接需求也在不斷增加，這也給5G帶來了不少發(fā)展機遇。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，今年1月至2月，移動互聯(lián)網(wǎng)累計流量達到235億GB，同比增長44.2%；2月戶均移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量達到8.88GB，同比增長45.5%。這意味著，疫情期間，消費者對移動互聯(lián)網(wǎng)的需求反而比以前更高了。PN4esmc
R16/R17會帶來什么？
盡管Rel-16/Rel-17版本會略有推遲，但這并不會影響人們對于5G NR研發(fā)和未來版本演進的持續(xù)關(guān)注。根據(jù)徐晧的介紹，持續(xù)增強6GHz以下和毫米波通信能力，降低功耗，增加更多對于毫米波波束的增強功能，引入集成接入回傳(IAB)節(jié)點，會是Rel-16的首要任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，Rel-16版本還將引入全新的5G免許可頻譜設(shè)計、增強毫米波與中頻段的載波聚合和移動性、支持精準(zhǔn)的5G定位、更強的URLLC功能以支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和5G廣播，Rel-17則會在上述功能基礎(chǔ)上再進一步增強。PN4esmc
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圖5：持續(xù)增強的eMBB技術(shù)PN4esmc
接下來，我們即將看到的，是R16/R17在下一個十年即將為我們帶來的驚喜。PN4esmc
在未來的一個XR應(yīng)用場景中，消費者能夠通過XR眼鏡以3D的角度觀看物體，比如在選車時可以實時變換車內(nèi)座椅的顏色。那么，是哪些核心技術(shù)在支持這樣的應(yīng)用呢？PN4esmc
“一方面，我們需要做到高集成度以及最大限度地降低芯片的能耗；另一方面，需要做一定的分布式處理。”徐晧對此解釋說，所謂的分布式處理，是指把XR眼鏡上至關(guān)重要的部分放在終端側(cè)處理，然后通過邊緣云進行處理增強，兩者之間通過強有力的5G連接確保在XR眼鏡和邊緣云之間有低時延、高容量且非?？煽康倪B接，這涉及到5G超可靠低時延通信(URLLC)、邊緣云計算(Edge computing)和分離式渲染(split rendering)等技術(shù)。PN4esmc
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圖6：XR應(yīng)用場景中的分布式處理PN4esmc
圖7展示的是16層MU-MIMO帶來的網(wǎng)絡(luò)容量增益。數(shù)據(jù)顯示，該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)高達每赫茲50bits/s的頻譜效率，這相當(dāng)于在100MHz帶寬下網(wǎng)絡(luò)速率超過5Gbps。即便當(dāng)用戶位于距離基站超過2000英尺(約610米)范圍時，測試網(wǎng)絡(luò)依然能夠為其提供1Gbps左右的下行鏈路吞吐量。值得一提的是，該網(wǎng)絡(luò)還支持創(chuàng)建無界AR(Boundless AR)原型系統(tǒng)，用戶可通過連線AR眼鏡沉浸式體驗戶外流媒體視頻傳輸和移動云游戲。PN4esmc
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圖7：16層MU-MIMO帶來的網(wǎng)絡(luò)容量增益PN4esmc
在圖8的演示中，為了測試極端條件下的5G毫米波移動性，搭載驍龍X50的移動測試終端被固定在無人機上，遙控?zé)o人機在公司園區(qū)內(nèi)穿梭飛行。測試結(jié)果顯示：手持終端可在毫米波和RRH之間近乎無縫切換，毫米波也能夠支持終端高速移動和身處高處時的穩(wěn)健連接，PN4esmc
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圖8：通過固定在無人機上的移動測試終端，測試5G的極致移動性PN4esmc
- 面向垂直領(lǐng)域的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)專網(wǎng)
5G三大應(yīng)用場景在一個現(xiàn)代化工業(yè)4.0的車間里都能夠得到體現(xiàn)：大量傳感器需要5G海量物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來支持；工作人員佩戴的VR/AR眼鏡和手機終端屬于增強型移動寬帶；自動導(dǎo)引運輸車和工業(yè)機器人需要超可靠低延時，是5G與自動駕駛/工業(yè)制造相結(jié)合的代表。涉及的技術(shù)包括靈活的頻譜分配、超可靠低時延通信(URLLC/協(xié)作多點)、時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)等PN4esmc
徐皓認(rèn)為面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例的5G企業(yè)專網(wǎng)將有望實現(xiàn)快速興起。在他看來，企業(yè)專網(wǎng)的優(yōu)勢來自以下三方面：第一，能夠量身定制地優(yōu)化應(yīng)用場景，設(shè)置一些服務(wù)定性指標(biāo)，更好地支持生產(chǎn)需求，第二，專用網(wǎng)是本地網(wǎng)絡(luò)，容易部署，也比較容易獨立地達到企業(yè)想要的一些功能特性；第三，更安全，可以將很多敏感數(shù)據(jù)存在本地，不需要傳到公用網(wǎng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全。PN4esmc
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圖9：5G TSN支持的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳送帶測試臺PN4esmc
從Rel-16和Rel-17的精準(zhǔn)定位來說，Rel-16可以支持在80%的時間實現(xiàn)室內(nèi)3米和室外10米的定位精度，相比目前大多數(shù)定位技術(shù)使用的三點定位法，Rel-16可實現(xiàn)單基站定位；Rel-17在精度方面甚至達到亞米級精度(滿足0.3米以內(nèi)的絕對精度要求)，時延降低至10毫秒以內(nèi)，可同時支持?jǐn)?shù)百萬部終端。PN4esmc
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圖10:5G NR定位技術(shù)PN4esmc
其實Rel-14和Rel-15版本已經(jīng)能夠支持基本的V2X功能。在未來5G標(biāo)準(zhǔn)中，C-V2X將繼續(xù)帶來更高的安全性(包括實時情境感知、全新類型傳感器數(shù)據(jù)共享)、更少的行車時間(協(xié)作式駕駛提高整體行駛效率)和加速的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。在圖11展示的場景中，無論車輛是否具備C-V2X支持，當(dāng)其駛近交叉路口時，都能夠綜合速度和距離因素，及時獲知即將穿越路口的車輛尚未減速。PN4esmc
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圖11：試駕測試5G C-V2X可靠多播PN4esmc
圖12展示了5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進路線圖?？梢钥闯?，進一步滿足海量物聯(lián)網(wǎng)對遠(yuǎn)距離覆蓋、10年以上電池壽命、大規(guī)模設(shè)備支持的需求，是eMTC和NB-IoT未來演進的方向。PN4esmc
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圖12：eMTC和NB-IoT的未來演進方向PN4esmc
此外，5G NR-Light技術(shù)的引進也頗具看點。5G NR-Light基于現(xiàn)有的5G技術(shù)，通過采用性能提升的半雙工控制信道設(shè)計，減少終端元器件數(shù)量，從而降低復(fù)雜度和成本，提升效率，讓5G NR芯片能夠應(yīng)用到高端可穿戴設(shè)備、智能電網(wǎng)、高級物流跟蹤、健康監(jiān)測等應(yīng)用中，從而與Embb/URLLC、eMTC/NB-IoT共同搭建起面向三個不同層級的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。PN4esmc
