5G时代,全球移动通信正在加速发展。GSA的最新数据显示,截至今年2月,全球有205家运营商已经部署5G商用网络,有超过280家运营商在投资部署5G技术,全球5G连接数将在明年突破10亿,5G终端已有1275款已发布或正在设计,其中5G手机出货量在2020-2025年间预计超过50亿。同时,与以往历代移动通信技术标准不同,5G并非一蹴而就,而是在不断演化、不断升级、不断完善,无论功能性还是应用性,都在持续扩展。
2022年3月下旬,5G标准的第三个版本,也就是3GPP Release 17(以下简称R17),完成了第三阶段的功能性冻结,也就是完成系统设计。
预计到6月份,将完成完成R17 ASN.1协议冻结阶段,确定所有细节,并转入可执行阶段,到时候3GPP R17才算线的研究范畴,但是受疫情影响,从2020年1月下旬开始3GPP就一直在线上协作,并保持较高效率,R17的绝大部分既定项目得以顺利完成。R17的完成,不仅标志着5G技术演进第一阶段的圆满结束,而且证明了移动生态系统具有强大韧性,为下一步R18及未来版本演进奠定了基础。之后的R18、R19、R20这三个版本,被视为第二轮5G创新,也叫作5G Advanced。
R17为5G系统的多项基础性技术带来更多增强特性,从多个方面推动技术发展,涵盖容量、覆盖、时延、能效和移动性。R17主要在七个关键领域实现了功能提升。
MIMO方面,R17对部分关键技术带来了增强特性,包括增强的多波束运行、增强的多TRP(发射和接收点)部署、增强的八天线SRS(探测参考信号)触发或切换、CSI(信道状态信息)测量或报告。
针对7GHz以下频段、毫米波、非地面网络的多样化部署,R17为上行控制和数据信道设计引入多个增强特性,包括上行数据通道(PUSCH2)、上行口控制通道(PUSCH3)、Message 3,尤其是增加了重传次数以提升可靠性,还有跨多段传输和跳频的联合信道估计。
5G功耗偏高是不争事实,无论对基站运行还是终端续航都不利。为进一步延长终端续航,R17为处于空闲态/非活跃态模式、连接态模式的终端带来节电增强特性,比如减少非必要的终端寻呼接收、无线链路的终端测量放松,等等。
R17持续为工业物联网等严苛应用带来更好的支持,为URLLC(超可靠低时延通信)引入全新增强特性,比如增强物理层反馈,提升免许可频谱兼容性,终端内复用和优先级排序等功能。
R17支持增强的IAB(集成接入与回传),支持同时收发(即空间分离全双工),可提供高效的5G部署,尤其是毫米波部署。此外,R17还引入了简单中继器(放大和转发中继),可扩大FDD、TDD的网络覆盖。
持续优化工业4.0、工业物联网等严苛应用,为URLLC(超可靠低时延通信)引入全新增强特性,比如增强物理层反馈、提升免许可频谱兼容性、终端内复用和优先级排序、增强的时间同步、QoS网络增强等。
除了以上白画,R17还有许多较小、但都非常实用的5G系统增强特性项目,包括增强的多无线电双连接、多SIM卡支持、更高阶调制、零星数据传输、体验质量、数据采集、RAN切片等。
随着3GPP R17的成型,5G已经扩展至几乎全部终端和用例,覆盖全新终端类型和层级。R17让人们距离万物互联的5G愿景更近一步。与此同时,R17中的几个关键项目也将为广泛的终端和应用带来系统优化。
为了高效地支持更低复杂度的物联网终端,比如传感器、可穿戴设备、视频摄像头等,R17将5G NR设计带宽(100MHz)缩窄至Sub-7GHz频段的20MHz、毫米波频段的100MHz。
在绝大部分Sub-7GHz新频段,比如n77、n78、n79、n41等等,传统5G NR终端通常需要配备四根接收天线则将NR-Light终端的接收天线减少到一根或两根,还提升了能效,支持RedCap终端与其它5G NR终端共存。
R16研究之后,R17正式引入了面向NTN(非地面网络)的5G NR支持。包含两个不同的项目:一个是面向CPE的卫星回传通信和面向手持设备的直接低数据速率服务,另一个是支持eMTC和NB-IoT运行的卫星通信。
基于R16 C-V2X(蜂窝车联网)的PC5设计,R17带来一系列全新的直连通信增强特性,比如优化资源分配、节点、全新频段,还将直连通信扩展至公共安全、物联网,以及其它需要引入直连通信中继操作的全新用例。
R17进一步提升了5G定位,以满足厘米级精度等更严苛用例的需求,同时降低定位时延,提高定位效率以扩展容量,实现更优的GNSS(全球导航卫星系统)辅助定位性能。
支持独立组网广播增强特性,支持合模式,比如面向独立组网广播,增加支持6MHz/7MHz/8MHz载波带宽,以及通过广播和单播间的同时/动态切换为5G NR定义多播操作。
R17专注于研究和界定各种类型的XR流量,包括AR、VR、云游戏,为已经确定的XR流量类型定义需求和评估方法,并确定未来R18项目的提升范畴。
5G R17将在今年6月完成ASN.1冻结(即协议冻结,可进入执行阶段),而3GPP即将展开R18的研究工作,部分工作预计今年第二季度启动。R18是5G Advanced的首个标准版本,它将5G Advanced在R18、R19及未来版本中的演进纳入研究范畴(即定义的多个研究项目,将成为未来版本中的工作项目),开启新一轮无线的研究方向主要是继续加强端到端5G系统基础、5G扩展至几乎所有终端和用例。比如,MIMO将得到持续增强,高铁、高速汽车、无人机等移动性继续增强,移动IAB和中继器更强、更智能、频谱效率更高,与AI结合将带来增强功能,绿色网络与碳中和,等等。R17还将推动实体世界、数字世界、虚拟实现的“融合”,为界面交互带来全新机遇,创造出一个全新的人机界面。此外,5G生态系统正在全球范围内快速推动5G网络的普及,助力R16特性的商用,并在不久的将来推动R17特性的部署。从标准完成到产品商用,一般会有一年多到两年的间隔。比如5G R15 2018年完成,2019年和2020年陆续商用,R17也会是类似的进度。
作为面向今后十年的统一连接架构,5G在全球获得强劲发展并不断扩展与持续演进,并通过持续创新为6G铺平道路。通往6G之路的全新技术,也正在摩拳擦掌,比如AI人工智能和ML机器学习的新方向、双工模式演进/千兆级MIMO/毫米波演进/非地面通信/兆赫兹到太赫兹波形与编码通信等全新的无线电设计、实体/数字/虚拟的融合、可扩展的网络架构、通信系统的可靠性等等。专家预计,可能会在2025年左右有更多的关于6G标准的讨论,2028年左右开始推出6G标准,2030年左右开始商用。行业遵循大概10年一个G的进程,将移动通信技术不断地往前推进。
“十年磨1G”已成业界的共识,5G Advanced技术演进能为6G打好基础,为多样化应用创造价值。在通往6G的技术之路上,以下技术方向值得关注:AI/ML赋能端到端通信,让数据驱动通信和网络设计,把网络和终端进行结合训练、模型共享和分布式推理;将频谱扩展至更高频段的广域覆盖,借助全新频谱共享模式,实现基于环境感知的动态协调;融合实体、数字、虚拟世界,通过无处不在的低功率联合通信和传感将沉浸式XR提升至新水平;可扩展网络架构在智能网联边缘实现虚拟化,利用先进拓扑结构应对日益增长的需求;提升通信系统的可靠性,打造可承受故障和攻击的安全稳定网络。