5G初期商用已經(jīng)成功實現(xiàn)，今年5G將開始大規(guī)模商用落地。根據(jù)中國信通院的測算結(jié)果，2020年-2025年，我國5G商用將直接帶動新型信息產(chǎn)品和服務(wù)消費超過8萬億元，間接拉動經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出約24.8萬億元，合計32.8萬億元。3GPP Rel-16即將凍結(jié)，Rel-17即將啟動，5G的美好未來，令業(yè)界及社會各界激情澎湃。在這個關(guān)鍵節(jié)點，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）根據(jù)5G時代新的發(fā)展規(guī)律，總結(jié)了面向未來的5G技術(shù)研發(fā)將賦能哪些產(chǎn)業(yè)及領(lǐng)域，與大家進(jìn)行分享。
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5G時代的移動通信，開始出現(xiàn)“新”的發(fā)展規(guī)律
移動通信每十年完成一個代際演進(jìn)，2020年至2030年為5G時代。目前5G時代元年（2020年）的移動通信“前所未有”的蓬勃發(fā)展態(tài)勢，讓人不得不感嘆移動通信的發(fā)展規(guī)律正在發(fā)生新的重大變化。
傳統(tǒng)規(guī)律是，與固網(wǎng)相當(dāng)不同的是，移動通信網(wǎng)絡(luò)是分代的，而且每一代移動通信系統(tǒng)都是有定量的、數(shù)值上更佳（相比于上一代）的關(guān)鍵性能指標(biāo)。這一規(guī)律對于未來的6G等仍將適用。而5G微信公眾平臺（ID：angmobile）觀察到，5G的到來使得移動通信的發(fā)展出現(xiàn)了新的規(guī)律，而5G商用目前所取得的階段性成就，初步證明了這一新規(guī)律之于移動通信行業(yè)本身以及整個社會經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重要性。
那么新的重要規(guī)律是什么？
2020年4月3日，全球首開5G商用的韓國商用已達(dá)一周年。4G元年的4G商用網(wǎng)絡(luò)僅16個；而在運營商及設(shè)備商的努力下，5G元年的5G商用網(wǎng)絡(luò)達(dá)到70個。4G元年的4G終端不到100款、4G用戶約700萬，而在主要芯片商及諸多OEM廠商的努力下，5G元年的5G終端達(dá)到200 款、5G用戶近2000萬。
5G商用的進(jìn)度之所以大幅快于4G同期，且成為有史以來發(fā)展最快的一代移動通信技術(shù)，是由于5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并非“一氣呵成”，而是分階段的——目前的5G商用采用的是5G第一階段標(biāo)準(zhǔn)3GPP Rel-15，主要面向早期的5G eMBB場景；后續(xù)至少還將有第二階段（Rel-16）以及第三階段（Rel-17）。
至于為何要分成多個階段，高通中國區(qū)研發(fā)負(fù)責(zé)人徐晧博士的這一說法對此有很好的解釋，早在2015年，行業(yè)提出要求5G在各項指標(biāo)上的表現(xiàn)都要比4G好10倍以上，例如5G時延將降低1/10、速率將增加10倍、網(wǎng)絡(luò)容量將增加100倍、連接密度將增加10倍、網(wǎng)絡(luò)效率將增加100倍?！?015年設(shè)定的各項目標(biāo)是比較激進(jìn)的，要達(dá)到上述種種目標(biāo)，做到兩點十分重要，一是需要合理地運用各種資源，比如需要考慮所有的頻譜以及靈活的組網(wǎng)方式；二是需要合理安排發(fā)展規(guī)劃?！彼f道。
所以上述的“新的重要規(guī)律”可概括為：戰(zhàn)略上，關(guān)鍵性能指標(biāo)的目標(biāo)一定要設(shè)置很高；戰(zhàn)術(shù)上，分階段、按需實現(xiàn)?？梢姡?G的技術(shù)創(chuàng)新是一條很長的路。在這條長路上，打頭陣的往往是隱于幕后的5G基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，對于各項5G技術(shù)的回顧和展望，能夠讓我們看清來路，也提前預(yù)知5G行業(yè)的下一個機(jī)遇。
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基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)奠定5G揚帆起航的基礎(chǔ)
當(dāng)前，全球5G商用仍處在初期階段。5G業(yè)務(wù)以早期的eMBB和固定無線接入場景為主，5G與垂直行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展處在探索階段。在全球抗疫及復(fù)工復(fù)產(chǎn)中的優(yōu)異表現(xiàn)，讓人們看到了應(yīng)用5G的巨大潛力、堅定了繼續(xù)大力發(fā)展5G的信心，比如我國把5G列為“新基建”之首。隨著5G大規(guī)模商用的到來，大眾消費者對5G eMBB及FWA的需求將不斷提高（比如更為高級的沉浸式媒體服務(wù)），且5G與醫(yī)療、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等垂直領(lǐng)域的結(jié)合將越來越深入，從而，Rel-16與Rel-17有著潛在巨大發(fā)展前景。
高通公開資料顯示，根據(jù)其判斷，在2020年及未來：5G eMBB有三大擴(kuò)展方向，一是向5G手機(jī)以外的5G終端領(lǐng)域擴(kuò)展（比如始終連接的PC以及更大規(guī)模的固定無線接入等），二是覆蓋新的市場和地區(qū)，三是逐步實現(xiàn)全國覆蓋，向SA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)；5G面向垂直行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的未來長期擴(kuò)展方向也有三個，一是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、面向企業(yè)和汽車的網(wǎng)絡(luò)，二是企業(yè)專網(wǎng)，三是免許可頻譜。
5G在不停地往前演進(jìn)，業(yè)界對于每一個5G標(biāo)準(zhǔn)版本引進(jìn)什么樣的功能都有著非常好的規(guī)劃?！靶袠I(yè)會根據(jù)具體的時間點、市場需求以及4G提供過的服務(wù)來規(guī)劃5G的發(fā)展方向。”徐晧介紹，總體來說，5G會在標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的過程中不斷引入全新的5G技術(shù)，而不是在第一個5G標(biāo)準(zhǔn)版本中涵蓋所有場景；因此，業(yè)界在考慮5G的應(yīng)用和發(fā)展時，需要對可用資源和時間規(guī)劃有非常清晰地掌控和理解，這樣，對5G目前和未來的發(fā)展就會有一個清楚的規(guī)劃。
5G標(biāo)準(zhǔn)從Rel-15到Rel-16再到Rel-17的演進(jìn)，是為了滿足目前能預(yù)見到的服務(wù)（比如廣播、C-V2X、接入及回傳集成等）以及還預(yù)見不到的各類新興服務(wù)的需求，后者是5G的“不確定性”。但是其中又有一定的“確定性”——每個垂直領(lǐng)域有不同的需求和設(shè)計上的要求。所以，需要讓5G在架構(gòu)上能夠支持未來各行各業(yè)之中可能發(fā)生但尚未定義的全新服務(wù)。5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，高通在2014年開始啟動的一項關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明“5G NR自包含時隙結(jié)構(gòu)”很好地解決了上述難題——這項發(fā)明所支撐的“靈活的5G時隙框架”通過在頻域預(yù)留一些空子載波、在時域預(yù)留一些空白時隙，使得在將來基于同樣的頻譜面向尚未定義的未來5G服務(wù)實現(xiàn)高效復(fù)用，實現(xiàn)5G的前向兼容性。同時，這一設(shè)計還嚴(yán)格限制在頻率、時間上的傳輸，從而大大降低了在未來增加新特性的難度。
據(jù)悉，除了上述的“靈活5G時隙框架”，基于OFDM的可拓展空口、先進(jìn)的信道編碼（包括多邊緣LDPC和CRC輔助極化碼）、Massive MIMO、移動毫米波等Rel-15中最重要的物理層技術(shù)，都得到了高通技術(shù)發(fā)明的大力支撐。
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多領(lǐng)域技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，打造5G乘風(fēng)騰飛的雙翼
計劃于6月份凍結(jié)的Rel-16增加了很多新特性：第一，增強了6GHz以下和毫米波的通信，第二，增加了更多對于毫米波波束的增強功能，也引入了集成接入回傳（IAB）的節(jié)點；第三，增強了手機(jī)節(jié)能方面的功能和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；第四是5G免許可頻譜設(shè)計；第五是移動性增強，讓5G做到?jīng)]有間斷的零秒切換；第六是增強毫米波和中頻段的載波聚合；其他還包括提供新的精準(zhǔn)5G定位的功能、URLLC的進(jìn)一步增強以支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、5G廣播等等。Rel-17則會在這些功能的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步增強。
● 5G XR技術(shù)最新進(jìn)展
在5G融合應(yīng)用體系中，XR是5G的重要基礎(chǔ)應(yīng)用之一，將在5G商用中扮演重要角色，但前提是做到XR終端的小體積、輕重量、低功耗，以利于5G XR海量應(yīng)用的大規(guī)模落地。
要做到XR終端的小體積、輕重量、低功耗，徐晧介紹，一方面需要做到芯片高集成度，并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處理。
所謂分布式處理，是指把XR終端需要處理的大部分工作放至邊緣云進(jìn)行處理，以此減少終端的處理需求。
分布式處理分為兩部分，最重要的部分依然會放在終端側(cè)處理，其余部分可以放到邊緣云端處理。這樣的分布式處理需要非常強的5G連接，保證在XR終端和邊緣云之間有低時延、高容量且非?？煽康倪B接。在空口端，需要使用到5G超可靠低時延通信（URLLC）技術(shù)。另外還會用到邊緣云計算和分離式渲染，把在XR終端上需要做的渲染，放一部分至邊緣云進(jìn)行處理。
“這是一個整體系統(tǒng)上的設(shè)計，通過這種設(shè)計才能做到在終端的功耗最低且運算量最小?！毙鞎夁€介紹了一個5G XR采用上述設(shè)計后的強大應(yīng)用實例——高通利用高質(zhì)量的3D大規(guī)模MIMO天線模型，創(chuàng)建了一個AR原型系統(tǒng)，這種大規(guī)模天線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率高達(dá)50 bits/s/Hz，可以支持非常高清的XR體驗。這已成為“廣域5G演進(jìn)”的重要方向。
● 移動毫米波技術(shù)最新進(jìn)展
國內(nèi)Sub-6 GHz頻段5G系統(tǒng)已經(jīng)全面商用，開始為5G毫米波的商用做準(zhǔn)備。近期，國家在毫米波頻譜規(guī)劃和商用時間表上也釋放了積極的信號：
·工信部于3月24日發(fā)布的《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》指出今年將“適時發(fā)布部分5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃”；
·IMT-2020（5G）推進(jìn)組5G試驗工作組組長、中國信通院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所副總工程師徐菲表示，中國5G增強技術(shù)研發(fā)試驗毫米波頻段的測試試驗進(jìn)展比預(yù)期計劃大大提前。
但是，國內(nèi)通信行業(yè)對于5G毫米波系統(tǒng)的看法還不明晰，應(yīng)用方向以及對毫米波系統(tǒng)在通信系統(tǒng)中的定位和產(chǎn)業(yè)發(fā)展還有待深入探討。
理論上，相較于中低頻段，毫米波頻段有豐富的帶寬資源，可以實現(xiàn)400MHz和800MHz的大帶寬傳輸，為超高速通信業(yè)務(wù)提供了可能。而在真實的無線環(huán)境中，高通大量的毫米波OTA測試和信道測量結(jié)果表明，移動毫米波網(wǎng)絡(luò)性能非常出色。室外覆蓋方面，高通在舊金山利用現(xiàn)有的4G基站實現(xiàn)了62%的毫米波室外覆蓋（NSA架構(gòu)），網(wǎng)絡(luò)容量提升高達(dá)5倍，小區(qū)邊緣突發(fā)速率和中值突發(fā)速率都得到了很大提升。這是毫米波室外覆蓋的仿真實驗。室內(nèi)覆蓋方面，仿真實驗發(fā)現(xiàn)，通過把地鐵站中的Wi-Fi覆蓋換成LTE的小基站或者與5G毫米波進(jìn)行共址，下行鏈路覆蓋能達(dá)到96%，上行的覆蓋能達(dá)到97%，且下行鏈路的中值突發(fā)速率可以達(dá)到4.6 Gbps。
有了如此好的實際性能，毫米波5G得到了主流運營商更大的青睞，美國、日本、韓國等已經(jīng)完成5G毫米波頻譜劃分并開始商用部署，產(chǎn)業(yè)鏈愈發(fā)成熟。隨著大容量、高速率、低時延業(yè)務(wù)的發(fā)展，目前已經(jīng)確定5G移動通信的基本架構(gòu)將采用中低頻段 毫米波頻段相結(jié)合的通信方式。意大利、俄羅斯、韓國、日本、東南亞、澳大利亞、拉美均有在2020年或2021年部署毫米波的計劃。目前，我國也正在加緊推進(jìn)毫米波試驗和頻譜規(guī)劃，很可能于2021年或之后部署毫米波5G網(wǎng)絡(luò)。
相對于中低頻段5G系統(tǒng)，除了帶寬優(yōu)勢，毫米波5G還在時延、靈活彈性空口配置等方面具有獨特優(yōu)勢，從而在未來有著更多的潛在場景。徐晧介紹，高通正在持續(xù)加強毫米波研發(fā)，把毫米波推廣到各種覆蓋區(qū)域，包括室內(nèi)部署、公共網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)專網(wǎng)。這些場景對于5G毫米波連接的穩(wěn)定性和移動性有很大需求。那么，高通的移動毫米波技術(shù)有著怎樣的最新進(jìn)展？看過高通一個最新演示后，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，高通已經(jīng)做到了以毫米波支持終端高速移動和身處高處（比如搭載毫米波終端的無人機(jī)）時的穩(wěn)健連接。相關(guān)使能技術(shù)的演示還有：Rel-16引進(jìn)的集成接入及回傳（IAB）技術(shù)和多發(fā)射及接收點（TRP），毫米波基站可能有好幾個天線矩陣，這種天線矩陣的設(shè)計是高通研究的一個重要方向；通過波束成型在小區(qū)和小區(qū)之間進(jìn)行無縫切換、能夠?qū)崿F(xiàn)用戶在毫米波這種OTA場景下很好的體驗——比如下圖右的女士通過一個毫米波中繼接轉(zhuǎn)毫米波小基站的信號獲得更好的毫米波覆蓋。
● 面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例的企業(yè)專網(wǎng)技術(shù)最新進(jìn)展
當(dāng)下，面向特定需求打造的企業(yè)專網(wǎng)正在興起。以下優(yōu)勢使得面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例的“企業(yè)專網(wǎng)”將在5G時代盛行：一是能夠量身定制地優(yōu)化應(yīng)用場景，設(shè)置一些服務(wù)定性指標(biāo)，更好地支持生產(chǎn)需求；二是容易部署，也比較容易獨立地達(dá)到企業(yè)想要的一些功能特性；三是更安全，比如可以把很多敏感數(shù)據(jù)存在本地。
支持企業(yè)專網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，需要幾個關(guān)鍵的技術(shù)：一是比較靈活的頻譜分配，包括許可、共享、免許可頻譜，可以更具靈活性地根據(jù)企業(yè)的需求進(jìn)行建網(wǎng)；二是時間敏感網(wǎng)絡(luò)；三是超可靠低時延通信（URLLC）；四是定位。
從高通的最新演示（包括工業(yè)4.0車間、生產(chǎn)線機(jī)械臂根據(jù)看到的零件顏色進(jìn)行分揀）看來，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）感覺到，高通已經(jīng)在上述技術(shù)的研發(fā)及模擬實驗方面走得很遠(yuǎn)。另一個“亮點”技術(shù)——協(xié)作多點傳輸也被用于車間網(wǎng)絡(luò)。徐晧介紹，要達(dá)到高可靠、低時延，有可能需要在一個車間里部署好幾個傳輸?shù)墓?jié)點，這樣，即使一個節(jié)點被人或者是被其它物體擋住，也可以通過其他的節(jié)點來對機(jī)械臂或者零件進(jìn)行控制。
在垂直領(lǐng)域的應(yīng)用中，另外一個很重要的5G Rel-16的技術(shù)就是5G NR定位。5G定位比4G定位更精準(zhǔn)而且要求也更高。Rel-16中5G定位其精準(zhǔn)度在是3米到10米之間，這樣的精準(zhǔn)度比現(xiàn)在一些國家緊急救援的精度需求要高很多。同時，5G NR支持室內(nèi)和室外的定位，與現(xiàn)有的定位技術(shù)互補。徐晧介紹，從Rel-16和Rel-17的精準(zhǔn)定位需求來說，Rel-16可以支持在80%的時間實現(xiàn)室內(nèi)3米和室外10米的定位精度。目前的大多數(shù)定位技術(shù)（無論是GPS還是通信定位）使用的是三點定位，而5G能夠支持更優(yōu)化的定位功能。Rel-17致力于實現(xiàn)更精準(zhǔn)的定位，在精度方面達(dá)到亞米級精度（比如0.3米以內(nèi)的絕對精度要求），從而支持精準(zhǔn)工業(yè)制造、工業(yè)廠房設(shè)計開拓更多全新應(yīng)用場景；在時延方面，致力于實現(xiàn)更低的時延（比如將時延降低至10毫秒以內(nèi)）；在連接能力方面實現(xiàn)更大提升，比如支持?jǐn)?shù)百萬部物聯(lián)網(wǎng)、汽車等終端?？偠灾?，精準(zhǔn)定位是5G的關(guān)鍵新技術(shù)之一。
● 5G NR車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最新進(jìn)展
車聯(lián)網(wǎng)是5G早期典型應(yīng)用之一，也將有望發(fā)展成為規(guī)模最大的5G垂直類應(yīng)用。Rel-14和Rel-15支持基本的V2X功能，比如V2V、V2P、V2I，在未來5G標(biāo)準(zhǔn)中，C-V2X將繼續(xù)演進(jìn)，5G C-V2X能夠解決復(fù)雜的挑戰(zhàn)，為實現(xiàn)自動駕駛奠定基礎(chǔ)。5G C-V2X主要能帶來三個方面的提升：增強的安全性；減少行車時間，提高能源效率；加速網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。
從高通的最新演示中，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）看到了Rel-16中一項重要的5G C-V2X新功能已經(jīng)得到很好的實現(xiàn)——基于距離可靠性的傳感器共享可以支持協(xié)作式的車對車通信?！巴ㄟ^基于距離可靠性的交互測試和OTA測試，我們可以明確‘在多大距離范圍內(nèi)、多高的車速下，需要多長的反應(yīng)時間’，從而優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計以及算法。”徐晧說到。
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從成功揚帆起航到乘風(fēng)騰飛，5G必將能創(chuàng)下奇跡
與以往各代移動通信系統(tǒng)不同的是，5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)至少分成三個階段完成。這決定了5G技術(shù)創(chuàng)新之路更大長度。據(jù)5G微信公眾平臺（ID：angmobile）一直以來的觀察，在高通等5G技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的支撐下，第一階段標(biāo)準(zhǔn)的5G商用成功是5G揚帆起航的階段性成就，這堅定了業(yè)界以及社會各界繼續(xù)發(fā)展第二及第三階段5G產(chǎn)業(yè)的決心；其中，技術(shù)型企業(yè)持續(xù)的5G基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)突破，為5G在未來的乘風(fēng)騰飛奠定了堅實的基礎(chǔ)。從目前5G如火如荼的發(fā)展態(tài)勢看來，東風(fēng)可期，未來必將乘風(fēng)騰飛的5G可為數(shù)字經(jīng)濟(jì)大發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。
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