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5G新标准公开更多细节,延迟发布对全球商用有何影响?

5G新标准公开更多细节,延迟发布对全球商用有何影响?

受新冠肺炎疫情影响,5G最新版R16/R17标准将延迟发布,这是否会对目前的5G网络建设产生较大影响?新标准在下一个十年将为我们带来哪些惊喜?

毋庸置疑,5G正在全球快速地进行规模化部署。迄今为止,全球已有超过45家OEM厂商已经或即将宣布推出5G终端,超过50家运营商部署了5G商用网络,超过345家运营商正在投资5G。从终端角度看,2022年5G手机出货量预计将达到7.5亿部,全球5G连接数预计将从2023年的10亿个增长到2025年的28亿个。07Kesmc

从来没有“一蹴而就”的5G

图1显示的当前全球主要地区5G频谱划分/计划。可以看出,5G频谱类型包括许可频谱、免许可频谱和共享频谱,全球各主要地区都有从几百兆赫兹到毫米波频谱的分布和规划,但低频频谱资源非常有限。07Kesmc

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图1:全球5G频谱划分/计划一览07Kesmc

而在2015年制定的5G标准的第一个版本(Rel-15)中,虽然定义了三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、关键业务型服务(URLLC)和海量物联网(mMTC),而且各项指标都比较激进,要求比4G好10倍以上,包括时延降低1/10、速率增加10倍、网络容量增加100倍等。但在实际演进过程中,我们发现5G NR C-V2X(蜂窝车联网)/NR-Light等技术其实并没有被引入到Rel-15之中。07Kesmc

图2是5G技术演进的时间轴。可以看出,Rel-15的主要目标是要能够实现5G智能手机的应用;Rel-16是将于今年6月冻结的5G标准的第二个版本,除了继续增强移动宽带,以更快的上传与下载速度强化独立组网(SA)的5G网络之外,还将进一步完善URLLC功能,并引入5G车联网技术和免许可频谱设计(NR-U)技术,这对工业物联网、车联网等应用极为关键;R17将增加可穿戴设备和更高网络性能的规范,不过由于受到新冠肺炎疫情的影响,Rel-17工作进度较之原计划会推迟大概一个季度,但全新NR-Light技术的引入将不会改变。07Kesmc

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图2:5G技术演进的时间轴07Kesmc

众所周知,移动技术大约每十年完成一次代际演进,每一代移动技术的标准都建立在前瞻性基础科技研发的基础之上,5G也不例外,Rel-15中基于OFDM的可拓展空口、基于时隙的灵活框架、先进的信道编码(包括多边缘LDPC和CRC辅助极化码)、大规模天线应用以及移动毫米波技术就是典型代表。07Kesmc

具备前向兼容性,能够支持未来众多可能发生但尚未定义的全新服务,这是5G框架具备的巨大优势之一。在图3所展示的时间-频率二维空间中,5G框架在频域上预留了空子载波,在时域上预留了空白时隙。这就好比在写一本书的时候,预先留存了一些空白页,这些空白页根据系统的设置可以放置在任何地方,系统也可以随时在空白页上写上需要的内容。与之相类似,通信行业今后也可以将eMTC和NB-IoT这两项应用非常广泛的4G海量物联网技术,或者是广播和C-V2X技术加入到5G架构中。07Kesmc

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图3:通过灵活的时隙框架扩展5G07Kesmc

5G设计中不可缺少的另一项核心技术,则是毫米波。07Kesmc

在旧金山进行的室外毫米波5G网络模拟实验中,Qualcomm发现利用现有的4G基站实现了62%的毫米波室外覆盖,网络容量提升高达5倍,小区边缘突发速率和中值突发速率分别达到了320Mbps和1.4Gbps。而在封闭的地铁站内,如果把Wi-Fi覆盖换成LTE小基站或者与5G毫米波进行共址,下行/上行链路的覆盖分别达到了96%和97%,而且下行链路的中值突发速率可以达到4.6Gbps。07Kesmc

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图4:面向地铁站部署毫米波07Kesmc

从全球范围来看,在美国,AT&T、T-Mobile、Verizon等主流运营商都已经提供了毫米波的商用服务;美国以外,意大利、俄罗斯、韩国、日本、东南亚、澳大利亚、拉美也都有在2020年或2021年部署毫米波的计划。中国在毫米波试验和频谱规划上也正在推进,很可能于2021年或之后进行毫米波的部署。07Kesmc

标准可能会迟到,但从不会缺席

按照之前的规划,Rel-16版本在2019年12月结束物理层阶段的工作之后,将在2020年3月结束第二阶段工作,并于6月完成标准冻结。但受此次疫情影响,3GPP将提交变更请求(CR)的时间从6月推迟至9月,R17的预定日期也将推迟到2021年12月。不过,Qualcomm中国区研发负责人徐晧博士对《国际电子商情》表示,从目前的发展情况来看,运营商网络部署的重点在SA网络上,而SA网络的覆盖还需要一段时间。因此,R16规范的延迟发布,并不会对目前的5G网络建设产生很大影响。07Kesmc

“疫情确实给5G商用带来了很多不确定性”,徐晧说,虽然目前国内的疫情得到了很好的控制,在较短时间内能够复工,但由于疫情在海外许多国家蔓延,使得5G商用的不确定因素增多了,但整体来看,疫情对5G商用的影响是短暂且有限的。07Kesmc

在中国,国家正在力推“新基建”,各地也加快了5G网络的建设速度。网络侧,根据运营商公开的信息,中国三大运营商计划在2020年建设超过50万个5G基站。其中,中国移动在2019年底建设的5G基站总数为5万个,截至2020年2月,这一数字已经超过8万个;中国电信计划今年上半年要追回受疫情影响的5G建设计划;中国联通则表示将于今年第三季度完成全年的计划。07Kesmc

终端侧,虽然受疫情影响大部分人仍隔离在家,但全球5G智能手机的发布却达到了高峰。数据显示,今年1月,中国市场5G手机出货量接近550万部,市场占比26%;而在随后的2个月内,国内已经有数十家手机厂商及品牌陆续发布了5G旗舰智能手机,为消费者带来了丰富的5G终端选择。07Kesmc

同时,伴随着新应用的不断涌现,移动连接需求也在不断增加,这也给5G带来了不少发展机遇。根据工信部的数据,今年1月至2月,移动互联网累计流量达到235亿GB,同比增长44.2%;2月户均移动互联网接入流量达到8.88GB,同比增长45.5%。这意味着,疫情期间,消费者对移动互联网的需求反而比以前更高了。07Kesmc

R16/R17会带来什么?

尽管Rel-16/Rel-17版本会略有推迟,但这并不会影响人们对于5G NR研发和未来版本演进的持续关注。根据徐晧的介绍,持续增强6GHz以下和毫米波通信能力,降低功耗,增加更多对于毫米波波束的增强功能,引入集成接入回传(IAB)节点,会是Rel-16的首要任务。在此基础上,Rel-16版本还将引入全新的5G免许可频谱设计、增强毫米波与中频段的载波聚合和移动性、支持精准的5G定位、更强的URLLC功能以支持工业物联网应用和5G广播,Rel-17则会在上述功能基础上再进一步增强。07Kesmc

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图5:持续增强的eMBB技术07Kesmc

接下来,我们即将看到的,是R16/R17在下一个十年即将为我们带来的惊喜。07Kesmc

  • XR应用中的分布式处理

在未来的一个XR应用场景中,消费者能够通过XR眼镜以3D的角度观看物体,比如在选车时可以实时变换车内座椅的颜色。那么,是哪些核心技术在支持这样的应用呢?07Kesmc

“一方面,我们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处理。”徐晧对此解释说,所谓的分布式处理,是指把XR眼镜上至关重要的部分放在终端侧处理,然后通过边缘云进行处理增强,两者之间通过强有力的5G连接确保在XR眼镜和边缘云之间有低时延、高容量且非常可靠的连接,这涉及到5G超可靠低时延通信(URLLC)、边缘云计算(Edge computing)和分离式渲染(split rendering)等技术。07Kesmc

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图6:XR应用场景中的分布式处理07Kesmc

  • 广域5G演进

图7展示的是16层MU-MIMO带来的网络容量增益。数据显示,该网络能够实现高达每赫兹50bits/s的频谱效率,这相当于在100MHz带宽下网络速率超过5Gbps。即便当用户位于距离基站超过2000英尺(约610米)范围时,测试网络依然能够为其提供1Gbps左右的下行链路吞吐量。值得一提的是,该网络还支持创建无界AR(Boundless AR)原型系统,用户可通过连线AR眼镜沉浸式体验户外流媒体视频传输和移动云游戏。07Kesmc

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图7:16层MU-MIMO带来的网络容量增益07Kesmc

  • 移动毫米波演进

在图8的演示中,为了测试极端条件下的5G毫米波移动性,搭载骁龙X50的移动测试终端被固定在无人机上,遥控无人机在公司园区内穿梭飞行。测试结果显示:手持终端可在毫米波和RRH之间近乎无缝切换,毫米波也能够支持终端高速移动和身处高处时的稳健连接,07Kesmc

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图8:通过固定在无人机上的移动测试终端,测试5G的极致移动性07Kesmc

  • 面向垂直领域的工业物联网和企业专网

5G三大应用场景在一个现代化工业4.0的车间里都能够得到体现:大量传感器需要5G海量物联网技术来支持;工作人员佩戴的VR/AR眼镜和手机终端属于增强型移动宽带;自动导引运输车和工业机器人需要超可靠低延时,是5G与自动驾驶/工业制造相结合的代表。涉及的技术包括灵活的频谱分配、超可靠低时延通信(URLLC/协作多点)、时间敏感网络(TSN)等07Kesmc

徐皓认为面向工业物联网用例的5G企业专网将有望实现快速兴起。在他看来,企业专网的优势来自以下三方面:第一,能够量身定制地优化应用场景,设置一些服务定性指标,更好地支持生产需求,第二,专用网是本地网络,容易部署,也比较容易独立地达到企业想要的一些功能特性;第三,更安全,可以将很多敏感数据存在本地,不需要传到公用网,从而实现数据安全。07Kesmc

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图9:5G TSN支持的工业物联网传送带测试台07Kesmc

  • 5G室内精准定位

从Rel-16和Rel-17的精准定位来说,Rel-16可以支持在80%的时间实现室内3米和室外10米的定位精度,相比目前大多数定位技术使用的三点定位法,Rel-16可实现单基站定位;Rel-17在精度方面甚至达到亚米级精度(满足0.3米以内的绝对精度要求),时延降低至10毫秒以内,可同时支持数百万部终端。07Kesmc

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图10:5G NR定位技术07Kesmc

  • 支持可靠多播的5G C-V2X演进

其实Rel-14和Rel-15版本已经能够支持基本的V2X功能。在未来5G标准中,C-V2X将继续带来更高的安全性(包括实时情境感知、全新类型传感器数据共享)、更少的行车时间(协作式驾驶提高整体行驶效率)和加速的网络效应。在图11展示的场景中,无论车辆是否具备C-V2X支持,当其驶近交叉路口时,都能够综合速度和距离因素,及时获知即将穿越路口的车辆尚未减速。07Kesmc

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图11:试驾测试5G C-V2X可靠多播07Kesmc

  • 海量物联网。

图12展示了5G物联网技术演进路线图。可以看出,进一步满足海量物联网对远距离覆盖、10年以上电池寿命、大规模设备支持的需求,是eMTC和NB-IoT未来演进的方向。07Kesmc

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图12:eMTC和NB-IoT的未来演进方向07Kesmc

此外,5G NR-Light技术的引进也颇具看点。5G NR-Light基于现有的5G技术,通过采用性能提升的半双工控制信道设计,减少终端元器件数量,从而降低复杂度和成本,提升效率,让5G NR芯片能够应用到高端可穿戴设备、智能电网、高级物流跟踪、健康监测等应用中,从而与Embb/URLLC、eMTC/NB-IoT共同搭建起面向三个不同层级的物联网技术。07Kesmc

原创
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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