互联网

从5G-A到6G技术演进路线图:已经开启

2024/2/5 18:50:00

随着3GPP Release 18版本即将冻结,业界将2024年视为5G-Advanced商用元年。至此,5G进程过半,Release 18落地的同时,Release 19的研究工作也开始启动。

5G建设已经四年多时间,业界也有一些争议:是不是投入与收益不成正比?为什么没有杀手级应用产生?5G到底值不值?与此同时,也会有一些声音担心5G-A,会不会造成重复建设?是不是一个可有可无的过渡方案?

我们知道,每一次重大技术变革的背后,都有行业先行者们在积极推动。透过他们了解趋势,可以帮助企业更好地抓住新技术的红利。引领5G,展望6G,也让我们看到先行者们坚持长期创新的重要性。

如何正确理解5G-A:

是演进,不是过渡

先来说一说当下最热的5G-A是什么。

从2G、3G、4G到5G,移动通信技术过去曾按照大约每十年一个代际向前发展。2019年、2020年、2022年,国际标准组织3GPP先后冻结了Release 15、Release 16、Release 17版本,这三个版本覆盖5G的前半程。接下来的Release 18、Release 19、Release 20是5G的下半程。2021年4月3GPP正式将5G演进的名称确定为5G-Advanced(5G-A)。从Release 19、Release 20也逐步与6G的初始研究相衔接,预计真正的6G标准会从2030年的Release 21开始部署。

通俗理解,5G-A就是5.5G。有点类似3G时代的3G+,4G时代的LTE-Advance。当前确实有一些担心,有的认5G-A 会不会仅是一个过渡方案、现实价值不大?也有担心5G-A重复建设造成资源浪费。

“5G从Release 15开始,Release 15是一个基础的框架,Release 16针对行业做了优化,Release 17进一步让5G技术在各个行业进行扩展。”据高通公司技术与标准副总裁李俨介绍,当前国内的网络多是建在Release 16和Release 17之间。随着Release 18的落地将带来MIMO、XR和卫星通信等领域的创新应用。

可见,移动通信网十年一代,并不意味着十年不进化,随着技术的演进,这张网既要做技术上的包容(5G eMBB、RedCap、NB-IoT等),也要做空间上的扩展,还要做功能的延伸。所以,5G-A 不是可有可无的过渡技术,从5G、5G-A到未来的6G,横跨6个版本的Release,是移动通信升级、迭代的必经之路,也将随之带来更多创新的应用,产生更大的社会价值和经济价值。事实上,产业界对5G-A还是抱有很高的期待的,或将开启万亿产业新蓝海。

在5G启动之初,我们就有一个共识:4G改变生活,5G改变社会。这句话的意思就是,4G对ToC端的影响更大,即消费互联网。而到5G时代不仅改变ToC的应用,更大的价值是ToB端,对千行百业的影响,即产业互联网。

过去四年,5G行业应用已融入67个国民经济大类,帮助大量企业实现了提质、降本、增效,但同时也发现原有的5G技术并不能完全满足需求,特别是一些垂直行业落地时发现5G性能不足,存在很多场景盲区,这也驱动了5G-A的诞生。

5G-A最直观的变化就是速度和时延。相对于5G,5G-A在两方面都有较大提升。

除此之外,5G-A还带来通感一体、无源物联、内生智能等革命性技术,可支持裸眼3D、车联网、低空经济、万物智联、高端制造等新应用场景,为产业互联网带来新动能。

事实上,2023年纷纷落地的手机卫星通信,正在轰轰烈烈进行着的智能驾驶,在市场上掀起又一轮XR热潮的苹果Vision Pro,一个个智能化的黑灯工厂,背后都有着5G-A的支撑。

面向6G,Release 19的路线图

2024年是5G-A商用元年,预计6G商用要到2030年,5G-A是在为6G铺路、探路,也是在为6G打下坚实的基础。

5G作为新一代信息通信技术的代表,已成为经济社会高质量发展的重要驱动力量,也是社会向数字化、智能化转型的底座。对于每一个想借助先进技术完成转型升级的企业,都有必要了解5G路线图,以期更好的抓住技术升级的红利。

如果说2024年通信行业的一件大事是Release 18版本即将冻结,那么更重要的则是Release 19的启动。因为没有一个人不关心未来技术趋势的走向。去年12月,3GPP开会讨论了Release 19的研究工作,通过了16个与RAN有关的项目。

如上图,Release 19大致在几个方向上向前推进:

一是持续系统增强。本质就是对网络各个维度的能力持续升级。

用户对于5G的需求,最核心的一点就是极致速度。通过开发MIMO做并行传输还有很大的发展空间。

现在5G的速率越来越快,应用会越来越多,需要保证大家看视频、打视频电话时的体验是连续的,就要不断提升移动性,让用户在不同场景中察觉不到信号有中断。

现在的网络已经可以覆盖80%-90%,但是在特殊空间比如酒店的包间、没有窗户的卫生间、大型场馆等等,需要去开发一些新的网络架构和新的设备去解决覆盖的问题,即在拓扑方面要解决网络的深度覆盖问题。

即使是固定的地点,网络的需求也不是一成不变的。未来通过一些技术手段,让网络和终端里的一些功能自动配合,发现潜在问题,然后采取一系列端到端的手段,从技术、网络部署方法、优化等层面来实现增强网络,这就是自组织网络或是最小化路测

二是案例的多样化。通过技术创新,尽可能将5G推广到更多的应用领域,加速场景落地。

元宇宙和XR曾被视为5G的杀手级应用,但是到今天发展还是很缓慢。最近苹果的Vision Pro发布,行业又迎来新一轮发展机遇,在Release 19阶段会继续优化、增强。

卫星直连通信,无论是在个人用户还是企业用户中,都有很强的应用场景,这两年SpaceX非常火,所以卫星通信也是Release 19阶段的一个发展方向。

特别值得一提的是Ambient IoT(无源物联网)。当下所有的设备都需要配备电池才能实现与网络的连接,这是实现万物互联的一大瓶颈。自然界中本身是有能源的,通过一些技术将这些能量收集起来再向外界发射信号,一是不再需要电池,二是可以把设备做到足够小。在懂懂的理解中,这有点像RFID(射频标签)在3GPP生态系统中的应用,这一技术对于未来实现低功耗、低成本的物联网有巨大的推动作用。

三是拓展全新功能领域。5G-A是向6G演进的过程,Release 19将展开一些前瞻性的研究。

双工演进之前就已经有了,但是网络如果固定被分配上行、下行业务量的话,缺少灵活性。举一个例子,5G时代视频业务会快速兴起,这是符合业界预判的,但是直播火成这样,在几年前大家是想不到的。如果一个地区网红直播业务盛行,那么上行业务量被分配到的频谱资源可能远远不够。在Release 19中引入了全双工的概念,未来可以更加灵活地在单一频谱中包含上行和下行,大家可以同时去发送和接收。道理很简单,但这背后需要大量的数字信号处理(DSP)来支撑这项技术。

6G时代,中高频段可能会成为业界的主要的工作频段,在Release 19中会开始针对中高频段的使用做一些研究。

通信感知一体化也是一个重要的方向,现在无人机限飞的监测已经用到通信感知技术,随着技术的进一步研发,未来的应用场景会更多,比如将来开放低空经济,这会是高效的监测方法,再比如在人无法到达的地方可以进行生命体的监测。

四是面向6G的基础性研究。

我们正在处于从数字社会向智能社会升级的过程中,2023年生成式大模型的火爆是AI的转折点,AI将是6G的重要应用方向,是无线通信必不可少的研究领域。Release 18中的研究包括了信道反馈、波束管理和精准定位等。在Release 19中,深入研究信道反馈,尤其是如何利用生成式概念优化信道反馈。

随着数字化进程加深,整个移动通信产业的能耗占比也在不断升高,所以节能是6G的一大主题。在之前的Release 17、Release 18中进行了一些尝试,但还远远不够,在进入6G时代时还需要重新从系统架构角度出发去设计优化节能,这是一个全新的并且重大的课题。

除此之外,Release 19中还在尝试用更少的功耗让终端时刻监测到网络活动,从而实现低功耗唤醒终端。

5G的产业周期大约是10年,前部分是与4G的衔接,后部分是与6G的迭代。当下正处于5G的中期,2024年5G-A开始商用落地,不仅要更好的实现5G的目标,也要开始对于6G的愿景规划。

长期主义的积淀,

让高通成为行业引领者

5G网络的建设是在技术标准之上。这些年我们经常看到一些新闻报道,某些企业在5G技术上的贡献、专利数的排名等等信息,包括运营商、核心部件厂商、终端厂商在内的数百家企业进入到3GPP生态中来,一起为网络的演进贡献技术。生态越来越繁荣,意味着更好的技术、更丰富的应用,用户是直接受益者。相信随着5G-A、6G进化,生态的繁荣度还会不断增加。

同时,在一个繁荣的生态中,每个参与者对生态的贡献和影响力并不一样。在通信网络的进化中,高通一直扮演着一个非常重要的产业角色。过去二三十年,高通聚焦于蜂窝通信技术,在2G、3G、4G和5G中都发挥了核心作用,并且正在引领通向6G之路。可以说,高通是生态中不可或缺的参与者。

为什么高通可以以领军企业的角色引领着5G的方向?我们从三个维度来看高通在技术上的领导力。

首先,高通在许多基础性的技术创新上做出了重要贡献。

我们常见到一些关于专利数的排名,尽管数量也很重要,但是数量不等于质量,更不等于影响力。如果将5G技术比喻成一棵大树:树干是基础性创新,没有这些基本要素,5G根本无法工作;树枝是重要创新,是5G新用例的扩展方向;而树叶则是用途更聚焦的众多应用,更细微、更具体,但对整体系统的影响较小。换个说法,树干决定生长、树枝引领方向,树叶体现繁荣度。

高通在树干、树枝、树叶上都有深度参与,特别是在树干、树枝上的贡献。例如,高通的创新成果OFDM波形和单载波OFDM波形被3GPP采纳为4G和5G的基础信号波形。此外,高通还积极推动LDPC(低密度奇偶校验)信道编码技术的发展,这也是5G的基础性技术之一。在高通过去的技术积累中,其在MIMO技术、无线接入过程等方面也有许多重要贡献。

其次,高通是少有的具有端到端打通能力的企业。

在生态中很多企业都可以提出自己的想法,对某个局部进行改进或完善。然而,你会发现,只有很少一部分真正被实施。因为真正能够把一个想法转化为概念——通过技术验证——变成标准——推动整个产业将其实现,再到最后交付给运营商去部署的企业并不多,高通是其中之一。

举一个例子,高通在2013年提出了许可辅助接入(LAA)概念,当时没有人相信它会成功。高通不仅大胆提出这个概念,还成功地将其开发出来,牵头在3GPP进行标准化工作,最终形成了一整套的许可辅助接入(LAA)技术标准。这套标准在3GPP的Release 13版本(即LTE-A Pro)中完成,并在Release 15版本中自然地延续了4G时代的大概念。在Release 16版本中,高通进一步将免许可频谱的使用延伸到5G领域,推出了NR-U技术,从而实现更大的灵活性。

“高通的目标不仅是进行知识创新,还要端到端地推动产业链的发展。从概念到创新,再到产业化,形成一个创新分享的模式,将创新带给整个生态,通过3GPP生态系统带给所有的消费者,让大家都能体验到技术的发展;同时也通过这种方式获得一些回报,支持下一轮的技术创新。”李俨表示。

第三高通是长期主义代表,技术积累也是时间的复利。

通信技术是持续演进的过程,2G、3G、4G、5G之间有着密切的关联。高通一直伴随着移动通信的发展,在推动整个移动通信产业发展的同时不断壮大了自己。在通信领域的专注与深耕,让我们看到高通是一家坚持长期主义的企业。

高通在3G、4G、5G乃至未来的6G上都积累了大量的基础发明创新。在过去的30多年里,高通的研发投入已经达到了900亿美元,已经积累了超过16万项授权专利和专利申请。长期演进的技术,吃的就是时间复利。无疑,高通对于基础创新所坚持的长期主义为其打下厚实的技术底座。

其实,从Release 15到Release 20再到6G,是通信技术不断演进的过程,很多技术的突破需要贯穿多个周期,从5G开始,到6G也未必是终点。

【结束语】

冬日更适合围炉交流,深入理解了5G-A的产业意义,看清从5G到6G的技术路线路。5G对社会的深层影响才刚刚开始,万亿蓝海市场还等待更多的创新者一起去开发。


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