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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图1：全球5G频谱划分/计划一览Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图2：5G技术演进的时间轴Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图3：通过灵活的时隙框架扩展5GJkvesmc
5G设计中不可缺少的另一项核心技术，则是毫米波。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图4：面向地铁站部署毫米波Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
“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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图5：持续增强的eMBB技术Jkvesmc
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。Jkvesmc
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？Jkvesmc
“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。Jkvesmc
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图6：XR应用场景中的分布式处理Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图7：16层MU-MIMO带来的网络容量增益Jkvesmc
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，Jkvesmc
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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Jkvesmc
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Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图9：5G TSN支持的工业物联网传送带测试台Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图10:5G NR定位技术Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图11：试驾测试5G C-V2X可靠多播Jkvesmc
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。Jkvesmc
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图12：eMTC和NB-IoT的未来演进方向Jkvesmc
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。Jkvesmc
