32.8萬億！5G動起來

5G初期商用已經成功實現，今年5G將開始大規模商用落地。根據中國信通院的測算結果，2020年-2025年，我國5G商用將直接帶動新型信息產品和服務消費超過8萬億元，間接拉動經濟總產出約24.8萬億元，合計32.8萬億元。3GPP Rel-16即將凍結，Rel-17即將啟動，5G的美好未來，令業界及社會各界激情澎湃。在這個關鍵節點，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）根據5G時代新的發展規律，總結了面向未來的5G技術研發將賦能哪些產業及領域，與大家進行分享。

5G時代的移動通信，開始出現“新”的發展規律

移動通信每十年完成一個代際演進，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”的蓬勃發展態勢，讓人不得不感嘆移動通信的發展規律正在發生新的重大變化。

傳統規律是，與固網相當不同的是，移動通信網絡是分代的，而且每一代移動通信系統都是有定量的、數值上更佳（相比于上一代）的關鍵性能指標。這一規律對于未來的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展出現了新的規律，而5G商用目前所取得的階段性成就，初步證明了這一新規律之于移動通信行業本身以及整個社會經濟的戰略重要性。

那么新的重要規律是什么？

2020年4月3日，全球首開5G商用的韓國商用已達一周年。4G元年的4G商用網絡僅16個；而在運營商及設備商的努力下，5G元年的5G商用網絡達到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終端達到200 款、5G用戶近2000萬。

5G商用的進度之所以大幅快于4G同期，且成為有史以來發展最快的一代移動通信技術，是由于5G技術標準并非“一氣呵成”，而是分階段的——目前的5G商用采用的是5G第一階段標準3GPP Rel-15，主要面向早期的5G eMBB場景；后續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，高通中國區研發負責人徐晧博士的這一說法對此有很好的解釋，早在2015年，行業提出要求5G在各項指標上的表現都要比4G好10倍以上，例如5G時延將降低1/10、速率將增加10倍、網絡容量將增加100倍、連接密度將增加10倍、網絡效率將增加100倍。“2015年設定的各項目標是比較激進的，要達到上述種種目標，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方式；二是需要合理安排發展規劃。”他說道。

所以上述的“新的重要規律”可概括為：戰略上，關鍵性能指標的目標一定要設置很高；戰術上，分階段、按需實現。可見，5G的技術創新是一條很長的路。在這條長路上，打頭陣的往往是隱于幕后的5G基礎技術研發，對于各項5G技術的回顧和展望，能夠讓我們看清來路，也提前預知5G行業的下一個機遇。

基礎技術研發奠定5G揚帆起航的基礎

當前，全球5G商用仍處在初期階段。5G業務以早期的eMBB和固定無線接入場景為主，5G與垂直行業應用融合發展處在探索階段。在全球抗疫及復工復產中的優異表現，讓人們看到了應用5G的巨大潛力、堅定了繼續大力發展5G的信心，比如我國把5G列為“新基建”之首。隨著5G大規模商用的到來，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），且5G與醫療、工業互聯網、車聯網等垂直領域的結合將越來越深入，從而，Rel-16與Rel-17有著潛在巨大發展前景。

高通公開資料顯示，根據其判斷，在2020年及未來：5G eMBB有三大擴展方向，一是向5G手機以外的5G終端領域擴展（比如始終連接的PC以及更大規模的固定無線接入等），二是覆蓋新的市場和地區，三是逐步實現全國覆蓋，向SA網絡演進；5G面向垂直行業數字化轉型的未來長期擴展方向也有三個，一是工業物聯網、面向企業和汽車的網絡，二是企業專網，三是免許可頻譜。

5G在不停地往前演進，業界對于每一個5G標準版本引進什么樣的功能都有著非常好的規劃。“行業會根據具體的時間點、市場需求以及4G提供過的服務來規劃5G的發展方向。”徐晧介紹，總體來說，5G會在標準演進的過程中不斷引入全新的5G技術，而不是在第一個5G標準版本中涵蓋所有場景；因此，業界在考慮5G的應用和發展時，需要對可用資源和時間規劃有非常清晰地掌控和理解，這樣，對5G目前和未來的發展就會有一個清楚的規劃。

5G標準從Rel-15到Rel-16再到Rel-17的演進，是為了滿足目前能預見到的服務（比如廣播、C-V2X、接入及回傳集成等）以及還預見不到的各類新興服務的需求，后者是5G的“不確定性”。但是其中又有一定的“確定性”——每個垂直領域有不同的需求和設計上的要求。所以，需要讓5G在架構上能夠支持未來各行各業之中可能發生但尚未定義的全新服務。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鍵技術發明“5G NR自包含時隙結構”很好地解決了上述難題——這項發明所支撐的“靈活的5G時隙框架”通過在頻域預留一些空子載波、在時域預留一些空白時隙，使得在將來基于同樣的頻譜面向尚未定義的未來5G服務實現高效復用，實現5G的前向兼容性。同時，這一設計還嚴格限制在頻率、時間上的傳輸，從而大大降低了在未來增加新特性的難度。

據悉，除了上述的“靈活5G時隙框架”，基于OFDM的可拓展空口、先進的信道編碼（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，都得到了高通技術發明的大力支撐。

多領域技術持續演進，打造5G乘風騰飛的雙翼

計劃于6月份凍結的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）的節點；第三，增強了手機節能方面的功能和標準設計；第四是5G免許可頻譜設計；第五是移動性增強，讓5G做到沒有間斷的零秒切換；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5G定位的功能、URLLC的進一步增強以支持工業物聯網應用、5G廣播等等。Rel-17則會在這些功能的基礎上再進一步增強。

● 5G XR技術最新進展

在5G融合應用體系中，XR是5G的重要基礎應用之一，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海量應用的大規模落地。

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、高容量且非常可靠的連接。在空口端，需要使用到5G超可靠低時延通信（URLLC）技術。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行處理。

“這是一個整體系統上的設計，通過這種設計才能做到在終端的功耗最低且運算量最小。”徐晧還介紹了一個5G XR采用上述設計后的強大應用實例——高通利用高質量的3D大規模MIMO天線模型，創建了一個AR原型系統，這種大規模天線網絡的頻譜效率高達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”的重要方向。

● 移動毫米波技術最新進展

國內Sub-6 GHz頻段5G系統已經全面商用，開始為5G毫米波的商用做準備。近期，國家在毫米波頻譜規劃和商用時間表上也釋放了積極的信號：

·工信部于3月24日發布的《關于推動5G加快發展的通知》指出今年將“適時發布部分5G毫米波頻段頻率使用規劃”；

·IMT-2020（5G）推進組5G試驗工作組組長、中國信通院技術與標準研究所副總工程師徐菲表示，中國5G增強技術研發試驗毫米波頻段的測試試驗進展比預期計劃大大提前。

但是，國內通信行業對于5G毫米波系統的看法還不明晰，應用方向以及對毫米波系統在通信系統中的定位和產業發展還有待深入探討。

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400MHz和800MHz的大帶寬傳輸，為超高速通信業務提供了可能。而在真實的無線環境中，高通大量的毫米波OTA測試和信道測量結果表明，移動毫米波網絡性能非常出色。室外覆蓋方面，高通在舊金山利用現有的4G基站實現了62%的毫米波室外覆蓋（NSA架構），網絡容量提升高達5倍，小區邊緣突發速率和中值突發速率都得到了很大提升。這是毫米波室外覆蓋的仿真實驗。室內覆蓋方面，仿真實驗發現，通過把地鐵站中的Wi-Fi覆蓋換成LTE的小基站或者與5G毫米波進行共址，下行鏈路覆蓋能達到96%，上行的覆蓋能達到97%，且下行鏈路的中值突發速率可以達到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、韓國等已經完成5G毫米波頻譜劃分并開始商用部署，產業鏈愈發成熟。隨著大容量、高速率、低時延業務的發展，目前已經確定5G移動通信的基本架構將采用中低頻段 毫米波頻段相結合的通信方式。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毫米波試驗和頻譜規劃，很可能于2021年或之后部署毫米波5G網絡。

相對于中低頻段5G系統，除了帶寬優勢，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，高通正在持續加強毫米波研發，把毫米波推廣到各種覆蓋區域，包括室內部署、公共網絡、企業專網。這些場景對于5G毫米波連接的穩定性和移動性有很大需求。那么，高通的移動毫米波技術有著怎樣的最新進展？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）時的穩健連接。相關使能技術的演示還有：Rel-16引進的集成接入及回傳（IAB）技術和多發射及接收點（TRP），毫米波基站可能有好幾個天線矩陣，這種天線矩陣的設計是高通研究的一個重要方向；通過波束成型在小區和小區之間進行無縫切換、能夠實現用戶在毫米波這種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毫米波小基站的信號獲得更好的毫米波覆蓋。

● 面向工業物聯網用例的企業專網技術最新進展

當下，面向特定需求打造的企業專網正在興起。以下優勢使得面向工業物聯網用例的“企業專網”將在5G時代盛行：一是能夠量身定制地優化應用場景，設置一些服務定性指標，更好地支持生產需求；二是容易部署，也比較容易獨立地達到企業想要的一些功能特性；三是更安全，比如可以把很多敏感數據存在本地。

支持企業專網實現工業物聯網，需要幾個關鍵的技術：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企業的需求進行建網；二是時間敏感網絡；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4.0車間、生產線機械臂根據看到的零件顏色進行分揀）看來，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）感覺到，高通已經在上述技術的研發及模擬實驗方面走得很遠。另一個“亮點”技術——協作多點傳輸也被用于車間網絡。徐晧介紹，要達到高可靠、低時延，有可能需要在一個車間里部署好幾個傳輸的節點，這樣，即使一個節點被人或者是被其它物體擋住，也可以通過其他的節點來對機械臂或者零件進行控制。

在垂直領域的應用中，另外一個很重要的5G Rel-16的技術就是5G NR定位。5G定位比4G定位更精準而且要求也更高。Rel-16中5G定位其精準度在是3米到10米之間，這樣的精準度比現在一些國家緊急救援的精度需求要高很多。同時，5G NR支持室內和室外的定位，與現有的定位技術互補。徐晧介紹，從Rel-16和Rel-17的精準定位需求來說，Rel-16可以支持在80%的時間實現室內3米和室外10米的定位精度。目前的大多數定位技術（無論是GPS還是通信定位）使用的是三點定位，而5G能夠支持更優化的定位功能。Rel-17致力于實現更精準的定位，在精度方面達到亞米級精度（比如0.3米以內的絕對精度要求），從而支持精準工業制造、工業廠房設計開拓更多全新應用場景；在時延方面，致力于實現更低的時延（比如將時延降低至10毫秒以內）；在連接能力方面實現更大提升，比如支持數百萬部物聯網、汽車等終端。總而言之，精準定位是5G的關鍵新技術之一。

● 5G NR車聯網技術最新進展

車聯網是5G早期典型應用之一，也將有望發展成為規模最大的5G垂直類應用。Rel-14和Rel-15支持基本的V2X功能，比如V2V、V2P、V2I，在未來5G標準中，C-V2X將繼續演進，5G C-V2X能夠解決復雜的挑戰，為實現自動駕駛奠定基礎。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；加速網絡效應。

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新功能已經得到很好的實現——基于距離可靠性的傳感器共享可以支持協作式的車對車通信。“通過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、多高的車速下，需要多長的反應時間’，從而優化系統設計以及算法。”徐晧說到。

從成功揚帆起航到乘風騰飛，5G必將能創下奇跡

與以往各代移動通信系統不同的是，5G的技術標準至少分成三個階段完成。這決定了5G技術創新之路更大長度。據5G微信公眾平臺（ID：angmobile）一直以來的觀察，在高通等5G技術領導者的支撐下，第一階段標準的5G商用成功是5G揚帆起航的階段性成就，這堅定了業界以及社會各界繼續發展第二及第三階段5G產業的決心；其中，技術型企業持續的5G基礎技術研發突破，為5G在未來的乘風騰飛奠定了堅實的基礎。從目前5G如火如荼的發展態勢看來，東風可期，未來必將乘風騰飛的5G可為數字經濟大發展作出巨大貢獻。