開啟數字新時代,5G-Advanced加速帶入現實!

在過去的這些年裡,我們親眼見證了5G的崛起。

據GSMA&GSA統計,截至2022年12月,全球共部署了超過240張5G商用網路,5G使用者超過10億。在韓國、瑞士、芬蘭等地,5G使用者滲透率已超過30%。

中國的5G網路建設更是獨領風騷。截至2022年底,國內5G基站總數達到231萬個,總量超過全球的60%。5G使用者數在行動電話使用者總數中的佔比,更是全球平均水平的2.75倍。

憑藉超高速率、超低時延和海量連接的特性,5G不僅大幅改善了移動網際網路使用者的體驗,還賦能了各個行業場景的數字化轉型。在工業、醫療、物流等垂直行業領域,5G的應用案例數量超過5萬個,可以說是遍地開花。

全球行動通訊技術標準的演進,總是以十年為一個代際週期。如今,5G賽程即將過半,擺在面前的是兩個緊迫問題:一,5G在行業網際網路進行初步探索實踐之後,肯定遇到了新的挑戰,需要進行哪些技術修正和調整?二,面向未來的6G,該如何進行技術標準上的鋪墊和準備,以確保能夠順利進行銜接?

針對這兩個問題,通訊行業早早就給出了解決方案,那就是——5.5G(5G-Advanced)

2020年,華為率先提出了5.5G這一前瞻性願景。2021年4月,5.5G正式被3GPP官方命名為5G-Advanced,並啟動了相關的標準化工作。

2022年6月,3GPP R17版本凍結,5G正式進入了以R18、R19、R20版本為代表的5G-Advanced階段。

如今,人們對5.5G的期待變得越來越強烈。大家都在關心:5.5G的研究進展如何?它將何時與我們見面?又將給行動通訊網路帶來哪些演進?

在MWC2023世界行動通訊大會上,華為無線網路產品線副總裁、首席營銷官甘斌發表了名為「Bringing 5.5G into Reality(將5.5G帶入現實)」的主題演講,針對上述疑問進行了詳細的解讀。

華為甘斌發表主題為「Bringing 5.5G into Reality」的講話

早在提出5.5G時,華為就認為,5.5G在增強5G已有三大場景(eMBB、uRLLC和mMTC)的基礎上,將新增探索另外三種場景:分別是RTBC(寬頻實時互動)、UCBC(上行超寬頻)和HCS(通訊感知融合)。

到了2022年,華為與行業合作伙伴又共同定義了5.5G的4個關鍵特徵:下行萬兆、上行千兆、千億物聯和內生智慧。

█挖掘頻譜潛力,應對速率挑戰

速率是通訊網路的第一指標,也是通訊技術標準的首要提升方向。

近年來,視訊業務的爆發,以及VR/AR應用的崛起,對通訊網路容量和終端連接提出了更高的要求。5.5G將下行速率目標定為10Gbps,可以帶給使用者高畫質化、沉浸化的VR/AR體驗,滿足雲遊戲等應用的需求,同時也為元宇宙的發展普及打下基礎。

甘斌表示:「5.5G萬兆體驗率先邁入現實,頻譜、晶片和技術已做好準備。」

一直以來,頻譜資源擴展都是實現無線空口速率提升的最有效手段。

5G的主要工作頻段是Sub-6 GHz、6 GHz和毫米波頻段。不同國家和地區的運營商,擁有不同的頻譜組合。他們需要基於這些頻譜組合,發揮頻譜資源的最大效用。

Sub-6 GHz頻段是5G的主力頻段,全球有很多運營商擁有超過300MHz的Sub-6 GHz頻譜資源。在5.5G時代,基於這些資源,可以實現8R(8接收天線)終端高達11Gbps的超高下行速率。

當然,想要獲得更多的頻段資源,還是要聚焦於毫米波(mmWave)頻段。

目前全球已有超過25個國家分配了毫米波頻段資源,大多數運營商獲得的頻譜超過了800MHz。未來,相信會有更多的毫米波頻段被釋放出來。

眾所周知,頻率越高的無線信號,傳輸距離就越短。表現在毫米波上,它和傳統C波段信號之間有17dB的差距。而且,毫米波的波束更窄,也會對終端的移動性帶來挑戰。

為了掃清毫米波頻段商用落地的障礙,華為提出了三大技術創新。

首先,是ELAA,超大規模陣列天線(extremely large antenna array)。

傳統5G天線單面振子數是128-256個。ELAA將這一數量直接增加到2000+個。振子數增加,就可以提升上行和下行覆蓋。

ELAA與AHR演算法等先進軟硬體技術融合創新,可以兌現TDD最優覆蓋和體驗。

目前,採用了ELAA技術的華為MetaAAU已率先在5G網路使用,實現了全球大規模商用,發貨10萬片。在MWC2023上,該產品還被GSMA授予了GLOMO的「最佳行動網路基礎設施」大獎。

另外兩個技術創新,是華為通過集成軟硬體演算法研發的iBeam和高低頻協調技術。

這兩項技術與ELAA配合,可以實現對無線波束的準確和快速跟蹤,從而實現移動性和覆蓋範圍的增強。在成都的外場測試中,已經達到了10Gbps的下行峰值速率。當終端以50公里/小時的速度移動時,也可以獲得3Gpbs的平均下行速率。

說到頻段,我們必須提一下近年來很火的6GHz頻段(U6GHz)。這是另一個資源豐富的5G潛在商用頻段。

2022年,6GHz頻段的標準化進展非常迅速。外場測試驗證結果表明,基於6 GHz的256T原型設備,採用400 MHz頻寬和ELAA技術,可以實現10 Gbps的下行峰值速率。更重要的是,它的覆蓋範圍與C波段相當。

在終端晶片方面,產業界的進展也是非常給力的。

今年2月份,高通正式發佈了全球首個5G Advanced-ready調變解調器及射頻系統——驍龍X75。該晶片平臺將全面支持3GPP Release18的特性,通過針對Sub-6 GHz和毫米波頻段的多載波聚合,可以實現10Gbps以上的下行吞吐量。

█靈活頻譜接入,滿足大上行需求

這些年,5G在垂直行業應用領域進行了大量的落地實踐,遇到了一個顯著的能力提升需求,那就是上行頻寬的提升。視訊監控回傳、3D建模上雲渲染、高畫質影視直播回傳等業務發展迅速,由此帶動了大上行需求。

在傳統TDD工作模式下,上下行時隙分配不均衡,下行比上行更多,由此帶來了上下行速率能力的區別。在5G時代,我們引入了SUL(Supplementary Uplink,上行增強),以此提高上行能力。

到了5.5G時代,通過引入靈活頻譜接入(FSA,Flexible Spectrum Access)技術,可以利用和聚合更多的頻率頻寬用於上行,進一步將上行鏈路能力提高到1Gbps。

這些都為5.5G時代的超大上行能力奠定了基礎,也為UCBC(上行超寬頻)場景落地鋪平了道路。

█兼容幷包,構建千億物聯

近年來,除了5G MBB場景的大量應用之外,針對中速率、低速率的海量物聯網連接場景也是發展迅速。

除了我們已經非常熟悉的NB-IoT之外,5.5G時代我們還迎來了兩張新面孔——RedCap無源物聯

RedCap是一項面向中速率物聯網連接需求的技術,我們可以將其理解為「輕量化」的5G。它的功耗和成本(少於10美元)較低,填補了5G NR和NB-IoT之間的網路能力空缺,非常適合工業部門,以及可穿戴設備、汽車等移動場景。

在3GPP R17中,RedCap已經完成了第一階段版本的凍結。在本屆MWC上,也有多家晶片和模組廠商推出了相應的產品和解決方案。

2023年,將是RedCap的發展元年。行業對RedCap寄予了很高的期望,希望它能夠在2G/3G加速退網的情況下,承載更多的中速率連接,在整個物聯網技術體系中扮演重要的角色。

同樣被寄予厚望的,還有無源物聯網(Passive IoT)。

無源物聯是比NB-IoT功耗更低、成本更低的物聯網技術。它的物聯網終端節點免電池,成本更低,連接規模更加龐大,將達到數百億連接。

早在2021年,華為就完成了無源物聯網的技術驗證。它的覆蓋範圍可以達到200米以上,比傳統的RFID技術好10倍。

在3GPP R18版本中,無源物聯網已經成為官方研究項目。產業界上下游對無源物聯網表達了濃厚的興趣,包括中國移動在內的一些行業企業進行了相關的測試驗證。

█內生智慧,滿足網路演進需求

最後一個提到的,是內生智慧。

隨著5G進一步演進,網路會變得更加複雜。對於複雜的網路,沿用傳統的人工干預和決策是不現實的,必須引入智慧化。而且,輔助智慧也無法滿足需求,必須是原生智慧。

通過內生智慧,可以實現對網路和環境的實時感知。其次,它將對服務趨勢和網路資源趨勢進行預測。最後,基於多服務、多目標自最佳化,實現智慧決策。

甘斌特別提出,實現5.5G時代的內生智慧,必須考慮兩個關鍵點。第一,應定義內生智慧的關鍵特徵,如意圖開放、數字孿生、智慧空口。第二,在大量智慧模型和更多網路資料傳輸的背景下,應該關注和探索內生智慧的架構變化。

█結語

根據目前的規劃,3GPP R18版本將於2024年上半年凍結。上面我們所討論的很多5.5G技術創新,也將在不久之後與公眾見面。

對於5.5G,整個行業的態度是極為熱情的。包括設備商、運營商在內的眾多企業,都在積極進行5.5G的技術研究和產業佈局。5.5G相關的產品和解決方案,不斷問世。

2022年11月,IMT-2020(5G)推進組正式發佈了《5G-Advanced場景需求與關鍵技術白皮書》,倡議產業界提前做好規劃開發,協同發展,促使5G-Advanced的進一步落地。

在不久前的MWC2023上,GSMA也為5G-Advanced搖旗吶喊。他們邀請了中國移動、Orange、Zain等運營商,華為、愛立信等設備商,高通、NVIDIA等終端生態夥伴,共同組建了5G Futures Community(5G未來社區),分享和探討5.5G創新實踐和未來規劃。

5.5G增強了5G在速率等方面的能力,確保5G能夠滿足消費網際網路升級和行業網際網路落地的需求,能夠支撐整個社會未來多年的數字化轉型,助力數字經濟的發展。

在6G到來之前,它也肩負著探索行動通訊未來技術的使命,為6G投石問路。

從願景轉向現實,5.5G正在加速向我們走來。它究竟如何引領我們走向智慧社會,讓我們拭目以待吧。

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