5G進展綜述及6G展望

發布時間：2021-12-29作者來源：金航標瀏覽：2335

回顧移動通信整個標準的歷史，ITU給3G的命名是IMT-2000，4G命名為IMT Advanced，加上5G的IMT-2020，基本是10年一個標準。正如在2013年2月，由工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動成立IMT-2020 (5G)推進組，在2019年，同樣由工信部推動成立了立足于6G研究的IMT-2030（6G）推進組，并于今年6月正式發布了《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，闡述了對于6G總體愿景、八大業務應用場景和10大潛在關鍵技術的展望。自此，從標準層面，可以說5G已經完成了第一階段提供基本完善的標準版本工作，業界已經將目光投向了5G的演進和6G新技術的研究。在R17即將第二階段凍結之前，我們概述下5G的進展，簡單做一個總結。

01 網絡商用進展

據GSA的數據，到今年5月，共166個運營商在69個國家和地區發布了3GPP標準的5G商用網絡（含移動網絡和FWA），77家運營商在試點、規劃部署，商用5G SA網絡。與此同時，133個國家/地區的436家運營商正在以測試、試驗、試點、計劃和實際部署的形式投資5G網絡。從頻段來看，主要在n77（3.3GHz，4.2GHz），n78（3.3GHz~3.8GHz）。

中國5G建設速度領先全球。據信通院數據，截止到今年5月底，中國已建成5G基站81.9萬個，盡管與4G基站544萬的總數相比還很少，但已占全球建設基站總數的70%以上。與此同時，國內市場共上市5G手機337款，累計出貨量接近3億，加上海外版機型，5G手機接入終端已達3.1億。

02 5G終端進展

5G終端發布數量快速增長。據GSA的數據，截止到2021年5月底，共128 家設備商宣布商用或即將推出商用5G終端設備，全球發布的5G終端設備達到822款，相比4月增長了8.7%，其中62%已經商用，達到511款，相對于上個季度大幅增長了26.5%。下圖統計了自2019年3月到2021年5月發布和商用終端的數量。

終端類別也很豐富，包括416款手機（至少350款已商用）、144款FWA CPE（56款已商用），106款模組，45款工業/企業級路由器/網關，等等。占比如下圖所示：

03 5G芯片組進展

作為5G終端設備的基礎，芯片組在很大程度上制約了產業鏈的發展。全球共有高通、聯發科、華為海思、三星和紫光展銳5家廠商設計和生產5G芯片組。據GSA數據統計，截止到2021年5月，5個芯片組廠家共發布了35個商用移動平臺和14個商用的5G調制解調器模組。與此同時，還有4個移動平臺及5個5G調制解調器模組即將商用，芯片廠家努力擴展產品范圍的同時，終端廠家的芯片組選擇越來越多。

下圖中統計了從2018年第四季度到今年5月5G芯片組（移動平臺和調制解調器組）的發布數量，可以明顯看到加速的趨勢。

04 5G應用進展

5G網絡大規模建設和商用，拉動了產業鏈（終端、芯片）的加速發展，但在應用側，盡管用戶數發展速度較快，以中國為例，5G用戶滲透率超過了20%的的應用”爆發點”，然而并未出現能夠引爆網絡流量大幅增長的“殺手級”應用，5G的流量占比遠遠低于用戶滲透率，運營商紛紛將目光聚焦在垂直行業領域。

行業專網是5G的重要應用領域，據美國知名調查機構Grand View Research報告，預計全球專用5G網絡市場規模在2020年至2027年期間的復合年增長率（CAGR）為37.8％，到2027年達到71億美元。隨著國家和地方政策均鼓勵5G和行業的結合，行業專網很自然成為運營商的重要拓展方向。2020年，國內三大運營商都都發布了5G專網產品，并和行業共同推動專網的建設，據工信部消息透露，目前“5G+工業互聯網”在建項目已超過1500個，覆蓋20余個國民經濟重要行業。

行業應用層面，在2019年11月發布《“5G+工業互聯網”512工程推進方案》及隨后的政策、產業層面的共同推動下，大量5G行業應用涌現，今年5月31日，工信部發布了《“5G+工業互聯網”十個典型應用場景和五個重點行業實踐情況》，對電子設備制造業、裝備制造業、鋼鐵行業、采礦行業和電力行業共5個行業的案例，以及協同研發設計、遠程設備操控、設備協同作業、柔性生產制造、現場輔助裝配、機器視覺質檢、設備故障診斷、廠區智能物流、無人智能巡檢、生產現場檢測等10個場景就行了發布，以指導行業應用的發展。

05 3GPP R17標準主要項目概述

3GPP R17標準主要項目概述

我們在去年R16的分析文章《一圖讀懂3GPP R16》中對R17的主要項目進行了匯總，主要如下：

NR多播廣播服務（NR_MBS）

多播和廣播服務在4G中就已經存在，即3GPP在R9版本定義的eMBMS，可支持包括移動電視直播、視頻點播、廣告推送、車載娛樂、公共安全、場地體育直播等商用用例。在R14版本中進一步增強了eMBMS功能，推出了enTV，系統性地定義了如何通過移動通信網絡廣播數字電視內容。

NR_MBS即在5G中提供多播廣播服務，被中國移動通信第4運營商——中國廣電視為差異化的應用，實際上該項目就是中國廣電提議立項的，該服務可根據實時網絡需求智能、動態切換常規單播服務和廣播/組播服務，在保證網絡利用效率的同時融合單播、組播、廣播方式，形成”新廣播”，拓展個人服務與行業服務的支撐能力。

IIoT和URLLC增強（IIoT_URLLC_enh）

主要目標是解決更廣泛用例中的需求。

衛星/非地面網絡（NTN）

為解決偏遠山區、海上等場景的通信問題，將衛星網絡等非地面網絡與5G融合，實現立體式的網絡覆蓋。R16已經研究5G NR與非地面網絡的融合， R17進一步研究NB-IoT與非地面網絡集成。

NR Sidelink增強（D2D）

主要包括 V2X、商業和關鍵通信等方面，比如在V2X中利用Sidelink接口（也稱為PC5）在UE之間傳輸V2X消息。還包括實現一些關鍵用例中的通用功能，并在滿足特定要求的同時，實現Sidelink的商業應用、V2X 和關鍵通信等應用場景之間的最大通用性。

IAB增強（NR_IAB_enh）

IAB即5G NR集成無線接入和回傳，通過擴展NR以支持無線回傳來替代光纖回傳，包括帶內（接入鏈路與回傳鏈路使用相同頻段）和帶外（接入鏈路與回傳鏈路使用不同頻段），IAB可以大幅降低網絡部署難度和成本，尤其是毫米波頻段網絡。R17的IAB增強致力于提升效率和支持更廣泛的用例。包括雙工增強，提高網絡編碼的潛力，移動IAB等。

MIMO進一步增強（NR_feMIMO）

進一步增強MIMO能力，支持更多用例，支持高速移動，更好的支持FDD，改善波束賦形和波束管理，并減少相關開銷等。

動態頻譜共享增強（NR_DSS）

在R16基礎上，R17進一步探索更優的跨載波調度方式。

擴展支持71GHz

5G NR頻譜范圍分為FR1（410MHz ~ 7.125GHz）和FR2（24.25GHz ~ 52.6GHz）。R17將5G NR的頻段范圍從52.6GHz擴展到了71GHz。

5G定位服務增強階段2（5G_LCS_ph2）

R16中對LCS進行了增強，具體是利用MIMO的多波束特性，定義信號往返時間（RTT）、信號到達時間差（TDOA）、到達角測量法（AoA）、離開角測量法（AoD）等室內定位技術，定位精度可達到3-10米。R17旨在為極低延遲和極高精度定位提供支持，包括水平和垂直定位服務水平、5G定位服務區域。該工作項目還將使 MCX UE 能夠使用 5G 定位服務來確定其位置。

終端節能增強（NR_UE_pow_sav_enh）

探索進一步降低5G設備功耗的技術。

多USIM支持（FS_MUSIM）

支持使用 Multi-USIM 設備處理移動終端服務的增強功能。

其它R17標準研究項目還包括：SON/MDT數據收集增強（NR_ENDT_SON_MDT_enh）、提高能效和覆蓋的增強型中繼（REFEC）、網絡控制的交互服務（NCIS）、多設備和多身份增強（MuDE）、多媒體優先服務第二階段（MBS2）、網聯無人機增強（CAV）、多接入雙連接進一步增強（LTE_NR-DC_enh2）等，我們將在另外的文章中進行詳細分析。

06 3GPP R18標準主要項目概述

R18作為5G Advanced的第一個版本，正處于第一階段提案階段，計劃將在2021年底的SA#94上結束，參考「網優雇傭軍」文章《5G R18在講什么》收集整理：

網絡切片接入和支持增強

網絡切片是5G的關鍵功能，R18中將繼續對網絡切片接入和支持相關功能進行增強，包括：當存在不同類型的限制（比如無線資源、頻段等）時，支持UE接入網絡切片，并當網絡切片或分配的資源發生變化時，將服務中斷影響降到[敏感詞]；支持向第三方公開網絡切片控制/配置等服務等。

5G彈性授時系統

電力、交通、金融等垂直行業對時鐘同步的要求越來越高，R16中提供了通過5G進行授時的手段，5G Timing Resiliency System主要針對GNSS衛星授時服務脆弱性，研究與5G系統一致的其他時鐘同步技術作為終端用戶的彈性的時鐘源，以作為GNSS衛星授時的補充、備份或替代。

基于測距的服務

測距是實現定位的一類算法，有比較廣泛的應用范圍，R18將研究測距服務需求的相關規范，涵蓋UE之間的測距操作、運營商對許可頻譜下的測距功能的控制、測距的KPI（距離精度和方位精度等）和安全性方面等。

工業物聯網場景的低功耗高精度定位

高精度定位是工業互聯網的關鍵應用。項目通過降低定位的功耗和提高定位精度，以滿足更多工業互聯網場景的需求，如化工廠、井工礦等危險場景。

網外鐵路通信

指獨立于基于網絡的通信之外的，UE與UE之間的直接通信，被稱作Off-Network技術，該技術已在3GPP MCX標準中引入。當網絡出現故障，或者在偏遠山區沒有網絡覆蓋時，鐵路通信可以采用Off-Network來進行通信。3GPP MCX規范中定義，即使在網絡可用的情況下，鐵路通信也可以采用Off-Network，R18將研究基于Off-Network的未來鐵路移動通信系統的新用例，以及QoS、優先級、UE ID和位置識別、多播/廣播/單播、通信范圍、潛在頻譜等相關技術。

支持觸覺和多模態通信服務

觸覺和多模態通信，指通過視頻、音頻、環境感知、觸覺等影響用戶體驗的多種通信信道響應輸入，并結合超低時延、超高可靠性和安全性等網絡能力，來實現真正的沉浸式用戶體驗。為支持觸覺和多模態通信服務，5G系統需滿足不同數據流的不同的網速、時延和可靠性需求，還需要實現并行多數據流的同步。R18將研究涉及觸覺和多模態通信技術的新用例，以及這些用例相關的網絡可靠性、可用性、安全性、私密性、數據速率、時延、傳輸間隔等技術指標。

其它還包括5G智能電網通信基礎設施、車載5G中繼、住宅5G增強功能、個人物聯網等項目，后續我們將繼續對提案及提案的研究內容進行跟蹤和相對比較詳細的分析。

07 6G愿景、應用及潛在關鍵技術

作為6G研究的推進組織，IMT-2030（6G）推進組，在成立一年半以后發布了《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，據IMT-2020（5G）推進組發布《5G愿景與需求白皮書》剛過去了7年。白皮書主要內容包括：

總體愿景

從移動互聯（4G）到萬物互聯（5G），6G時代將實現萬物智聯、數字孿生的總體愿景。擴展來說，面向2030年及未來：

社會層面：

人類社會將進入智能化時代，體現出社會服務均衡化、高端化，社會治理科學化、精準化，社會發展綠色化、節能化將成為未來社會的發展趨勢。

技術層面：

6G將構建人機物智慧互聯、智能體高效互通的新型網絡，在大幅提升網絡能力的基礎上，具備智慧內生、多維感知、數字孿生、安全內生等新功能。充分利用低中高全頻譜資源，實現空天地一體化的全球無縫覆蓋，隨時隨地滿足安全可靠的“人機物”無限連接需求。

業務層面：

6G將提供完全沉浸式交互場景，多維感知與普惠智能融合共生，虛擬與現實深度融合。

6G發展宏觀驅動力

社會結構變革驅動力：

收入結構失衡要求數字技術提升普惠包容；

人口結構失衡呼喚數字技術提升人力資本及配置效率；

社會治理結構變化倒逼社會治理能力現代化。

經濟高質量發展驅動力：

經濟可持續發展需要新技術注入新動能；

服務的全球化趨勢要求進一步降低全方位信息溝通成本。

環境可持續發展驅動力：

降低碳排放、推動“碳中和“要求提升能效、實現綠色發展；[敏感詞]天氣、疫情等重大事件驅動建立更廣泛的感知能力和更密切的智能協同能力。

6G潛在應用場景

沉浸化業務

1）沉浸式云XR業務，要求端到端時延＜10ms，用戶體驗速率Gbps量級；

2）全息通信業務要求用戶體驗速率Tbps量級；

3）感官互聯業務需要毫秒級時延、高精度定位和高安全性（隱私保護）；

4）智慧交互業務要求時延＜1ms、體驗速率＞10Gbps、可靠性達到99.99999%。

智慧化業務

5）通信感知業務要求6G網絡可以利用通信信號實現對目標的檢測、定位、識別、成像等感知功能，無線通信系統將可以利用感知功能獲取周邊環境信息，智能[敏感詞]地分配通信資源，挖掘潛在通信能力，增強用戶體驗；

6）普惠智能業務將個人和家用設備、各種城市傳感器、無人駕駛車輛、智能機器人等新型智能終端成為智能體，可以通過不斷的學習、交流、合作和競爭，可以實現對物理世界運行及發展的超高效率模擬和預測，并給出最優決策；

7）數字孿生業務將物理世界中的實體或過程在數字世界中進行數字化鏡像復制，人與人、人與物、物與物之間可以憑借數字世界中的映射實現智能交互。通過在數字世界中對物理實體或者過程實現模擬、驗證、預測、控制，從而獲得物理世界的最優狀態。數字孿生要求網絡具有萬億級連接能力、亞毫秒級時延、Tbps級傳輸速以及安全需求。

全域化業務

8）全域覆蓋將地面蜂窩網與包括高軌衛星網絡、中低軌衛星網絡、高空平臺、無人機在內的空間網絡相互融合，構建起全球廣域覆蓋的空天地一體化三維立體網絡，為用戶提供無盲區的寬帶移動通信服務。

潛在關鍵技術

增強型無線空口技術：

無線空口物理層基礎技術、超大規模MIMO技術、全雙工技術。

新物理維度無線傳輸技術：

智能超表面技術、軌道角動量、智能全息無線電技術。

太赫茲與可見光通信技術：

太赫茲通信技術、可見光技術。

跨域融合關鍵技術：

通信感知一體化。

內生智能的新型網絡：