5G進展綜述及6G展望

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(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)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(fā)布了《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》白皮書，闡述了對于6G總體愿景、八大業(yè)務(wù)應(yīng)用場景和10大潛在關(guān)鍵技術(shù)的展望。自此，從標準層面，可以說5G已經(jīng)完成了第一階段提供基本完善的標準版本工作，業(yè)界已經(jīng)將目光投向了5G的演進和6G新技術(shù)的研究。在R17即將第二階段凍結(jié)之前，我們概述下5G的進展，簡單做一個總結(jié)。

據(jù)GSA的數(shù)據(jù)，到今年5月，共166個運營商在69個國家和地區(qū)發(fā)布了3GPP標準的5G商用網(wǎng)絡(luò)（含移動網(wǎng)絡(luò)和FWA），77家運營商在試點、規(guī)劃部署，商用5G SA網(wǎng)絡(luò)。與此同時，133個國家/地區(qū)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(wǎng)絡(luò)。從頻段來看，主要在n77（3.3GHz，4.2GHz），n78（3.3GHz~3.8GHz）。

中國5G建設(shè)速度領(lǐng)先全球。據(jù)信通院數(shù)據(jù)，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(shù)相比還很少，但已占全球建設(shè)基站總數(shù)的70%以上。與此同時，國內(nèi)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。

5G終端發(fā)布數(shù)量快速增長。據(jù)GSA的數(shù)據(jù)，截止到2021年5月底，共128 家設(shè)備商宣布商用或即將推出商用5G終端設(shè)備，全球發(fā)布的5G終端設(shè)備達到822款，相比4月增長了8.7%，其中62%已經(jīng)商用，達到511款，相對于上個季度大幅增長了26.5%。下圖統(tǒng)計了自2019年3月到2021年5月發(fā)布和商用終端的數(shù)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(yè)/企業(yè)級路由器/網(wǎng)關(guān)，等等。占比如下圖所示：

作為5G終端設(shè)備的基礎(chǔ)，芯片組在很大程度上制約了產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。全球共有高通、聯(lián)發(fā)科、華為海思、三星和紫光展銳5家廠商設(shè)計和生產(chǎn)5G芯片組。據(jù)GSA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截止到2021年5月，5個芯片組廠家共發(fā)布了35個商用移動平臺和14個商用的5G調(diào)制解調(diào)器模組。與此同時，還有4個移動平臺及5個5G調(diào)制解調(diào)器模組即將商用，芯片廠家努力擴展產(chǎn)品范圍的同時，終端廠家的芯片組選擇越來越多。

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

5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)和商用，拉動了產(chǎn)業(yè)鏈（終端、芯片）的加速發(fā)展，但在應(yīng)用側(cè)，盡管用戶數(shù)發(fā)展速度較快，以中國為例，5G用戶滲透率超過了20%的的應(yīng)用”爆發(fā)點”，然而并未出現(xiàn)能夠引爆網(wǎng)絡(luò)流量大幅增長的“殺手級”應(yīng)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(yè)領(lǐng)域。

行業(yè)專網(wǎng)是5G的重要應(yīng)用領(lǐng)域，據(jù)美國知名調(diào)查機構(gòu)Grand View Research報告，預(yù)計全球?qū)Ｓ?G網(wǎng)絡(luò)市場規(guī)模在2020年至2027年期間的復(fù)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(yè)的結(jié)合，行業(yè)專網(wǎng)很自然成為運營商的重要拓展方向。2020年，國內(nèi)三大運營商都都發(fā)布了5G專網(wǎng)產(chǎn)品，并和行業(yè)共同推動專網(wǎng)的建設(shè)，據(jù)工信部消息透露，目前“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在建項目已超過1500個，覆蓋20余個國民經(jīng)濟重要行業(yè)。

行業(yè)應(yīng)用層面，在2019年11月發(fā)布《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程推進方案》及隨后的政策、產(chǎn)業(yè)層面的共同推動下，大量5G行業(yè)應(yīng)用涌現(xiàn)，今年5月31日，工信部發(fā)布了《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”十個典型應(yīng)用場景和五個重點行業(yè)實踐情況》，對電子設(shè)備制造業(yè)、裝備制造業(yè)、鋼鐵行業(yè)、采礦行業(yè)和電力行業(yè)共5個行業(yè)的案例，以及協(xié)同研發(fā)設(shè)計、遠程設(shè)備操控、設(shè)備協(xié)同作業(yè)、柔性生產(chǎn)制造、現(xiàn)場輔助裝配、機器視覺質(zhì)檢、設(shè)備故障診斷、廠區(qū)智能物流、無人智能巡檢、生產(chǎn)現(xiàn)場檢測等10個場景就行了發(fā)布，以指導(dǎo)行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

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(wù)（NR_MBS）

多播和廣播服務(wù)在4G中就已經(jīng)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(tǒng)性地定義了如何通過移動通信網(wǎng)絡(luò)廣播數(shù)字電視內(nèi)容。

NR_MBS即在5G中提供多播廣播服務(wù)，被中國移動通信第4運營商——中國廣電視為差異化的應(yīng)用，實際上該項目就是中國廣電提議立項的，該服務(wù)可根據(jù)實時網(wǎng)絡(luò)需求智能、動態(tài)切換常規(guī)單播服務(wù)和廣播/組播服務(wù)，在保證網(wǎng)絡(luò)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(wù)與行業(yè)服務(wù)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(wèi)星/非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）

為解決偏遠山區(qū)、海上等場景的通信問題，將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等非地面網(wǎng)絡(luò)與5G融合，實現(xiàn)立體式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。R16已經(jīng)研究5G NR與非地面網(wǎng)絡(luò)的融合， R17進一步研究NB-IoT與非地面網(wǎng)絡(luò)集成。

NR Sidelink增強（D2D）

主要包括 V2X、商業(yè)和關(guān)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(xiàn)一些關(guān)鍵用例中的通用功能，并在滿足特定要求的同時，實現(xiàn)Sidelink的商業(yè)應(yīng)用、V2X 和關(guān)鍵通信等應(yīng)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(nèi)（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(wǎng)絡(luò)部署難度和成本，尤其是毫米波頻段網(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)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(guān)開銷等。

動態(tài)頻譜共享增強（NR_DSS）

在R16基礎(chǔ)上，R17進一步探索更優(yōu)的跨載波調(diào)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(wù)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(nèi)定位技術(shù)，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(wù)水平、5G定位服務(wù)區(qū)域。該工作項目還將使 MCX UE 能夠使用 5G 定位服務(wù)來確定其位置。

終端節(jié)能增強（NR_UE_pow_sav_enh）

探索進一步降低5G設(shè)備功耗的技術(shù)。

多USIM支持（FS_MUSIM）

支持使用 Multi-USIM 設(shè)備處理移動終端服務(wù)的增強功能。

其它R17標準研究項目還包括：SON/MDT數(shù)據(jù)收集增強（NR_ENDT_SON_MDT_enh）、提高能效和覆蓋的增強型中繼（REFEC）、網(wǎng)絡(luò)控制的交互服務(wù)（NCIS）、多設(shè)備和多身份增強（MuDE）、多媒體優(yōu)先服務(wù)第二階段（MBS2）、網(wǎng)聯(lián)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。

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(jié)束，參考「網(wǎng)優(yōu)雇傭軍」文章《5G R18在講什么》收集整理：

網(wǎng)絡(luò)切片接入和支持增強

網(wǎng)絡(luò)切片是5G的關(guān)鍵功能，R18中將繼續(xù)對網(wǎng)絡(luò)切片接入和支持相關(guān)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(wǎng)絡(luò)切片，并當網(wǎng)絡(luò)切片或分配的資源發(fā)生變化時，將服務(wù)中斷影響降到最低；支持向第三方公開網(wǎng)絡(luò)切片控制/配置等服務(wù)等。

5G彈性授時系統(tǒng)

電力、交通、金融等垂直行業(yè)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(wèi)星授時服務(wù)脆弱性，研究與5G系統(tǒng)一致的其他時鐘同步技術(shù)作為終端用戶的彈性的時鐘源，以作為GNSS衛(wèi)星授時的補充、備份或替代。

基于測距的服務(wù)

測距是實現(xiàn)定位的一類算法，有比較廣泛的應(yīng)用范圍，R18將研究測距服務(wù)需求的相關(guān)規(guī)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(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景的低功耗高精度定位

高精度定位是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵應(yīng)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景的需求，如化工廠、井工礦等危險場景。

網(wǎng)外鐵路通信

指獨立于基于網(wǎng)絡(luò)的通信之外的，UE與UE之間的直接通信，被稱作Off-Network技術(shù)，該技術(shù)已在3GPP MCX標準中引入。當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，或者在偏遠山區(qū)沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，鐵路通信可以采用Off-Network來進行通信。3GPP MCX規(guī)范中定義，即使在網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的新用例，以及QoS、優(yōu)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(guān)技術(shù)。

支持觸覺和多模態(tài)通信服務(wù)

觸覺和多模態(tài)通信，指通過視頻、音頻、環(huán)境感知、觸覺等影響用戶體驗的多種通信信道響應(yīng)輸入，并結(jié)合超低時延、超高可靠性和安全性等網(wǎng)絡(luò)能力，來實現(xiàn)真正的沉浸式用戶體驗。為支持觸覺和多模態(tài)通信服務(wù)，5G系統(tǒng)需滿足不同數(shù)據(jù)流的不同的網(wǎng)速、時延和可靠性需求，還需要實現(xiàn)并行多數(shù)據(jù)流的同步。R18將研究涉及觸覺和多模態(tài)通信技術(shù)的新用例，以及這些用例相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)可靠性、可用性、安全性、私密性、數(shù)據(jù)速率、時延、傳輸間隔等技術(shù)指標。

其它還包括5G智能電網(wǎng)通信基礎(chǔ)設(shè)施、車載5G中繼、住宅5G增強功能、個人物聯(lián)網(wǎng)等項目，后續(xù)我們將繼續(xù)對提案及提案的研究內(nèi)容進行跟蹤和相對比較詳細的分析。

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(fā)布了《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》白皮書，據(jù)IMT-2020（5G）推進組發(fā)布《5G愿景與需求白皮書》剛過去了7年。白皮書主要內(nèi)容包括：

總體愿景

從移動互聯(lián)（4G）到萬物互聯(lián)（5G），6G時代將實現(xiàn)萬物智聯(lián)、數(shù)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(xiàn)出社會服務(wù)均衡化、高端化，社會治理科學(xué)化、精準化，社會發(fā)展綠色化、節(jié)能化將成為未來社會的發(fā)展趨勢。

技術(shù)層面：6G將構(gòu)建人機物智慧互聯(lián)、智能體高效互通的新型網(wǎng)絡(luò)，在大幅提升網(wǎng)絡(luò)能力的基礎(chǔ)上，具備智慧內(nèi)生、多維感知、數(shù)字孿生、安全內(nèi)生等新功能。充分利用低中高全頻譜資源，實現(xiàn)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(yè)務(wù)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(xiàn)實深度融合。

6G發(fā)展宏觀驅(qū)動力

社會結(jié)構(gòu)變革驅(qū)動力：收入結(jié)構(gòu)失衡要求數(shù)字技術(shù)提升普惠包容；人口結(jié)構(gòu)失衡呼喚數(shù)字技術(shù)提升人力資本及配置效率；社會治理結(jié)構(gòu)變化倒逼社會治理能力現(xiàn)代化。

經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展驅(qū)動力：經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展需要新技術(shù)注入新動能；服務(wù)的全球化趨勢要求進一步降低全方位信息溝通成本。

環(huán)境可持續(xù)發(fā)展驅(qū)動力：降低碳排放、推動“碳中和“要求提升能效、實現(xiàn)綠色發(fā)展；極端天氣、疫情等重大事件驅(qū)動建立更廣泛的感知能力和更密切的智能協(xié)同能力。

6G潛在應(yīng)用場景

沉浸化業(yè)務(wù)

1）沉浸式云XR業(yè)務(wù)，要求端到端時延＜10ms，用戶體驗速率Gbps量級；

2）全息通信業(yè)務(wù)要求用戶體驗速率Tbps量級；

3）感官互聯(lián)業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)要求時延＜1ms、體驗速率＞10Gbps、可靠性達到99.99999%。

智慧化業(yè)務(wù)

5）通信感知業(yè)務(wù)要求6G網(wǎng)絡(luò)可以利用通信信號實現(xiàn)對目標的檢測、定位、識別、成像等感知功能，無線通信系統(tǒng)將可以利用感知功能獲取周邊環(huán)境信息，智能精確地分配通信資源，挖掘潛在通信能力，增強用戶體驗；

6）普惠智能業(yè)務(wù)將個人和家用設(shè)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(xué)習(xí)、交流、合作和競爭，可以實現(xiàn)對物理世界運行及發(fā)展的超高效率模擬和預(yù)測，并給出最優(yōu)決策；

7）數(shù)字孿生業(yè)務(wù)將物理世界中的實體或過程在數(shù)字世界中進行數(shù)字化鏡像復(fù)制，人與人、人與物、物與物之間可以憑借數(shù)字世界中的映射實現(xiàn)智能交互。通過在數(shù)字世界中對物理實體或者過程實現(xiàn)模擬、驗證、預(yù)測、控制，從而獲得物理世界的最優(yōu)狀態(tài)。數(shù)字孿生要求網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)

8）全域覆蓋將地面蜂窩網(wǎng)與包括高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、中低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、高空平臺、無人機在內(nèi)的空間網(wǎng)絡(luò)相互融合，構(gòu)建起全球廣域覆蓋的空天地一體化三維立體網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供無盲區(qū)的寬帶移動通信服務(wù)。

潛在關(guān)鍵技術(shù)

增強型無線空口技術(shù)：無線空口物理層基礎(chǔ)技術(shù)、超大規(guī)模MIMO技術(shù)、全雙工技術(shù)。

新物理維度無線傳輸技術(shù)：智能超表面技術(shù)、軌道角動量、智能全息無線電技術(shù)。

太赫茲與可見光通信技術(shù)：太赫茲通信技術(shù)、可見光技術(shù)。

跨域融合關(guān)鍵技術(shù)：通信感知一體化。

內(nèi)生智能的新型網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)生智能的新型空口、內(nèi)生智能的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)：分布式自治網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、星地一體化網(wǎng)絡(luò)、確定性網(wǎng)絡(luò)、算力感知網(wǎng)絡(luò)、支持多模信任的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全。

6G的研究剛開始起步，在此之前，5G將得到更多的部署和應(yīng)用，而5G的成功商用將為6G的演進奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考資料

1. GSA，《5G Devices List Executive Summary 》，June 2021
2. GSA,《LTE, 5G & 3GPP IoT CHIPSET REPORT: Executive Summary 》，May 2021
3. GSA，《Networks, Technologies & Spectrum Snapshot》，June 2021
4. 網(wǎng)優(yōu)雇傭軍，《5G R18在講些什么？》，May 2021
5. IMT-2030（6G）推進組，《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)白皮書》，June 2021