在过去的这些年里,我们亲眼见证了5G的崛起。
据GSMA&GSA统计,截至2022年12月,全球共部署了超过240张5G商用网络,5G用户超过10亿。在韩国、瑞士、芬兰等地,5G用户渗透率已超过30%。
中国的5G网络建设更是独领风骚。截至2022年底,国内5G基站总数达到231万个,总量超过全球的60%。5G用户数在移动电话用户总数中的占比,更是全球平均水平的2.75倍。
凭借超高速率、超低时延和海量连接的特性,5G不仅大幅改善了移动互联网用户的体验,还赋能了各个行业场景的数字化转型。在工业、医疗、物流等垂直行业领域,5G的应用案例数量超过5万个,可以说是遍地开花。
全球移动通信技术标准的演进,总是以十年为一个代际周期。如今,5G赛程即将过半,摆在面前的是两个紧迫问题:一,5G在行业互联网进行初步探索实践之后,肯定遇到了新的挑战,需要进行哪些技术修正和调整?二,面向未来的6G,该如何进行技术标准上的铺垫和准备,以确保能够顺利进行衔接?
针对这两个问题,通信行业早早就给出了解决方案,那就是——5.5G(5G-Advanced)。
2020年,华为率先提出了5.5G这一前瞻性愿景。2021年4月,5.5G正式被3GPP官方命名为5G-Advanced,并启动了相关的标准化工作。
2022年6月,3GPP R17版本冻结,5G正式进入了以R18、R19、R20版本为代表的5G-Advanced阶段。
如今,人们对5.5G的期待变得越来越强烈。大家都在关心:5.5G的研究进展如何?它将何时与我们见面?又将给移动通信网络带来哪些演进?
在MWC2023世界移动通信大会上,华为无线网络产品线副总裁、首席营销官甘斌发表了名为“Bringing 5.5G into Reality(将5.5G带入现实)”的主题演讲,针对上述疑问进行了详细的解读。
华为甘斌发表主题为“Bringing 5.5G into Reality”的讲话
早在提出5.5G时,华为就认为,5.5G在增强5G已有三大场景(eMBB、uRLLC和mMTC)的基础上,将新增探索另外三种场景:分别是RTBC(宽带实时交互)、UCBC(上行超宽带)和HCS(通信感知融合)。
到了2022年,华为与行业合作伙伴又共同定义了5.5G的4个关键特征:下行万兆、上行千兆、千亿物联和内生智能。
█ 挖掘频谱潜力,应对速率挑战
速率是通信网络的第一指标,也是通信技术标准的首要提升方向。
近年来,视频业务的爆发,以及VR/AR应用的崛起,对通信网络容量和终端连接提出了更高的要求。5.5G将下行速率目标定为10Gbps,可以带给用户高清化、沉浸化的VR/AR体验,满足云游戏等应用的需求,同时也为元宇宙的发展普及打下基础。
甘斌表示:“5.5G万兆体验率先迈入现实,频谱、芯片和技术已做好准备。”
一直以来,频谱资源扩展都是实现无线空口速率提升的最有效手段。
5G的主要工作频段是Sub-6 GHz、6 GHz和毫米波频段。不同国家和地区的运营商,拥有不同的频谱组合。他们需要基于这些频谱组合,发挥频谱资源的最大效用。
Sub-6 GHz频段是5G的主力频段,全球有很多运营商拥有超过300MHz的Sub-6 GHz频谱资源。在5.5G时代,基于这些资源,可以实现8R(8接收天线)终端高达11Gbps的超高下行速率。
当然,想要获得更多的频段资源,还是要聚焦于毫米波(mmWave)频段。
目前全球已有超过25个国家分配了毫米波频段资源,大多数运营商获得的频谱超过了800MHz。未来,相信会有更多的毫米波频段被释放出来。
众所周知,频率越高的无线信号,传输距离就越短。表现在毫米波上,它和传统C波段信号之间有17dB的差距。而且,毫米波的波束更窄,也会对终端的移动性带来挑战。
为了扫清毫米波频段商用落地的障碍,华为提出了三大技术创新。
首先,是ELAA,超大规模阵列天线(extremely large antenna array)。
传统5G天线单面振子数是128-256个。ELAA将这一数量直接增加到2000+个。振子数增加,就可以提升上行和下行覆盖。
ELAA与AHR算法等先进软硬件技术融合创新,可以兑现TDD最优覆盖和体验。
目前,采用了ELAA技术的华为MetaAAU已率先在5G网络使用,实现了全球大规模商用,发货10万片。在MWC2023上,该产品还被GSMA授予了GLOMO的“最佳移动网络基础设施”大奖。
另外两个技术创新,是华为通过集成软硬件算法研发的iBeam和高低频协调技术。
这两项技术与ELAA配合,可以实现对无线波束的准确和快速跟踪,从而实现移动性和覆盖范围的增强。在成都的外场测试中,已经达到了10Gbps的下行峰值速率。当终端以50公里/小时的速度移动时,也可以获得3Gpbs的平均下行速率。
说到频段,我们必须提一下近年来很火的6GHz频段(U6GHz)。这是另一个资源丰富的5G潜在商用频段。
2022年,6GHz频段的标准化进展非常迅速。外场测试验证结果表明,基于6 GHz的256T原型设备,采用400 MHz带宽和ELAA技术,可以实现10 Gbps的下行峰值速率。更重要的是,它的覆盖范围与C波段相当。
在终端芯片方面,产业界的进展也是非常给力的。
今年2月份,高通正式发布了全球首个5G Advanced-ready调制解调器及射频系统——骁龙X75。该芯片平台将全面支持3GPP Release18的特性,通过针对Sub-6 GHz和毫米波频段的多载波聚合,可以实现10Gbps以上的下行吞吐量。
█ 灵活频谱接入,满足大上行需求
这些年,5G在垂直行业应用领域进行了大量的落地实践,遇到了一个显著的能力提升需求,那就是上行带宽的提升。视频监控回传、3D建模上云渲染、高清影视直播回传等业务发展迅速,由此带动了大上行需求。
在传统TDD工作模式下,上下行时隙分配不均衡,下行比上行更多,由此带来了上下行速率能力的区别。在5G时代,我们引入了SUL(Supplementary Uplink,上行增强),以此提高上行能力。
到了5.5G时代,通过引入灵活频谱接入(FSA,Flexible Spectrum Access)技术,可以利用和聚合更多的频率带宽用于上行,进一步将上行链路能力提高到1Gbps。
这些都为5.5G时代的超大上行能力奠定了基础,也为UCBC(上行超宽带)场景落地铺平了道路。
█ 兼容并包,构建千亿物联
近年来,除了5G MBB场景的大量应用之外,针对中速率、低速率的海量物联网连接场景也是发展迅速。
除了我们已经非常熟悉的NB-IoT之外,5.5G时代我们还迎来了两张新面孔——RedCap和无源物联。
RedCap是一项面向中速率物联网连接需求的技术,我们可以将其理解为“轻量化”的5G。它的功耗和成本(少于10美元)较低,填补了5G NR和NB-IoT之间的网络能力空缺,非常适合工业部门,以及可穿戴设备、汽车等移动场景。
在3GPP R17中,RedCap已经完成了第一阶段版本的冻结。在本届MWC上,也有多家芯片和模组厂商推出了相应的产品和解决方案。
2023年,将是RedCap的发展元年。行业对RedCap寄予了很高的期望,希望它能够在2G/3G加速退网的情况下,承载更多的中速率连接,在整个物联网技术体系中扮演重要的角色。
同样被寄予厚望的,还有无源物联网(Passive IoT)。
无源物联是比NB-IoT功耗更低、成本更低的物联网技术。它的物联网终端节点免电池,成本更低,连接规模更加庞大,将达到数百亿连接。
早在2021年,华为就完成了无源物联网的技术验证。它的覆盖范围可以达到200米以上,比传统的RFID技术好10倍。
在3GPP R18版本中,无源物联网已经成为官方研究项目。产业界上下游对无源物联网表达了浓厚的兴趣,包括中国移动在内的一些行业企业进行了相关的测试验证。
█ 内生智能,满足网络演进需求
最后一个提到的,是内生智能。
随着5G进一步演进,网络会变得更加复杂。对于复杂的网络,沿用传统的人工干预和决策是不现实的,必须引入智能化。而且,辅助智能也无法满足需求,必须是原生智能。
通过内生智能,可以实现对网络和环境的实时感知。其次,它将对服务趋势和网络资源趋势进行预测。最后,基于多服务、多目标自优化,实现智能决策。
甘斌特别提出,实现5.5G时代的内生智能,必须考虑两个关键点。第一,应定义内生智能的关键特征,如意图开放、数字孪生、智能空口。第二,在大量智能模型和更多网络数据传输的背景下,应该关注和探索内生智能的架构变化。
█ 结语
根据目前的规划,3GPP R18版本将于2024年上半年冻结。上面我们所讨论的很多5.5G技术创新,也将在不久之后与公众见面。
对于5.5G,整个行业的态度是极为热情的。包括设备商、运营商在内的众多企业,都在积极进行5.5G的技术研究和产业布局。5.5G相关的产品和解决方案,不断问世。
2022年11月,IMT-2020(5G)推进组正式发布了《5G-Advanced场景需求与关键技术白皮书》,倡议产业界提前做好规划开发,协同发展,促使5G-Advanced的进一步落地。
在不久前的MWC2023上,GSMA也为5G-Advanced摇旗呐喊。他们邀请了中国移动、Orange、Zain等运营商,华为、爱立信等设备商,高通、NVIDIA等终端生态伙伴,共同组建了5G Futures Community(5G未来社区),分享和探讨5.5G创新实践和未来规划。
5.5G增强了5G在速率等方面的能力,确保5G能够满足消费互联网升级和行业互联网落地的需求,能够支撑整个社会未来多年的数字化转型,助力数字经济的发展。
在6G到来之前,它也肩负着探索移动通信未来技术的使命,为6G投石问路。
从愿景转向现实,5.5G正在加速向我们走来。它究竟如何引领我们走向智能社会,让我们拭目以待吧。
—— 全文完 ——