5G进展综述及6G展望

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文 | 无界

2015年以来，国际电联无线电通信部门( ITU-R)将5G正式命名为IMT-2020，并推进5G研究以来，主要标准组织3GPP2019年冻结第一个5G的完整版本——R15，5G标准保持一年半版本的发布。2020年7月3日，R16版本冻结，R今年6月17日即将到来SA#92-e在明年第一季度和第二季度完成功能冻结和协议编码冻结，即完成R17制定三个阶段的标准。至此，5G从R从18开始，将被视为5G以5命名的演进G Advanced。

回顾整个移动通信标准的历史，ITU给3G的命名是IMT-2000，4G命名为IMT Advanced，加上5G的IMT-2020年，基本上是10年的标准。2013年2月，工业和信息化部、国家发改委、科技部联合推进成立IMT-2020(5G)2019年，工业和信息化部也推动了推进小组的成立G研究的IMT-2030（6G）推进组于今年6月正式发布了《6》G白皮书《总体愿景与潜在关键技术》，阐述了对于6G总体愿景、八大业务应用场景、十大潜在关键技术展望。从此，从标准层面可以说是5G第一阶段提供基本完善的标准版已经完成，行业已经把目光投向了5G的演进和6G研究新技术。从此，从标准层面可以说是5G第一阶段提供基本完善的标准版已经完成，行业已经把目光投向了5G的演进和6G研究新技术R在第二阶段冻结之前，让我们总结一下5G简单总结一下进展情况。

01网络商业进展

据GSA到今年5月，共有166家运营商在69个国家和地区发布了3份数据GPP标准的5G商业网络(包括移动网络和FWA），77家运营商正在试点、规划和部署5家商业运营商G SA网络。与此同时，133个国家/地区的436家运营商正在以测试、测试、试点、计划和实际部署的形式投资5家G网络。从频段来看，主要是在n77（3.3GHz，4.2GHz），n78（3.3GHz~3.8GHz）。

中国5G建设速度领先世界。截至今年5月底，中国已建成5个。G基站81.9万，虽然4G与544万基站相比，总数仍然很少，但已经占全球基站建设总数的70%以上。与此同时，国内市场共上市54万G手机337款，累计出货量近3亿，加上海外版，5G手机接入终端已达3.1亿。

025G终端进展

5G终端发布数量快速增长。据GSA截至2021年5月底，共有128个数据 商业设备制造商宣布商业或即将推出商业5G终端设备，全球发布的5G与4月相比，终端设备达到822款，增长了8.7%，其中62%已商业化，达到511款，较上季度大幅增长26%.5%。下图统计了2019年3月至2021年5月发布的商业终端数量。

终端类别也很丰富，包括416款手机(至少350款已商用)和144款FWA CPE(56款已商用)、106款模块、45款工业/企业路由器/网关等。如下图所示:

035G芯片组进展

作为5G芯片组在终端设备的基础上，极大地限制了产业链的发展。全球共有高通、联发科、华为海思、三星、紫光展锐五家厂家设计生产G芯片组。据GSA据统计，截至2021年5月，5家芯片组制造商共发布了35个商用移动平台和5个商用平台G调制解调器模块。与此同时，有4个移动平台和5个5个G调制解调器模块即将商业化，芯片，终端制造商的芯片组选择越来越多。

从2018年第四季度到今年5月5日，下图统计数据G芯片组(移动平台和调制解调器组)的发布量可以清楚地看到加速的趋势。

045G应用进展

5G网络的大规模建设和商业化推动了产业链(终端和芯片)的加速发展，但在应用方面，以中国为例，虽然用户数量发展迅速G爆发点用户渗透率超过20%，但没有杀手级应用可以引爆网络流量的大幅增长，5G流量比例远低于用户渗透率，运营商专注于垂直行业。

行业专网是5G根据美国知名调查机构的重要应用领域Grand View Research报告预计全球专用5G2020年至2027年网络市场规模复合年增长率（CAGR）为37.到2027年，8%达到71亿美元。随着国家和地方政策均鼓励5G结合行业，行业专网自然成为运营商的重要发展方向。2020年，国内三大运营商都发布了5家G据工信部消息，专网产品和行业共同推进专网建设，目前5G 在建工业互联网项目1500多个，覆盖国民经济重要产业20多个。

2019年11月发布了《行业应用》G 在随后的政策和产业层面的共同推动下，工业互联网512项目推广方案大量5G今年5月31日，工业和信息化部发布了5G 十个典型的工业互联网应用场景和五个关键行业的实践，电子设备制造、设备制造、钢铁、采矿、电力行业、协同研发设计、远程设备控制、设备协同运行、灵活生产制造、现场辅助装配、机器视觉质量检验、设备故障诊断、工厂智能物流、无人智能检验、生产现场检验等10个场景，指导行业应用的发展。

053GPP R17标准主要项目概述

3GPP R17标准主要项目概述

我们在去年R16分析文章《一图读3》GPP R16》中对R总结了17个主要项目，主要如下：

NR多广播服务（NR_MBS）

4.多播和广播服务G已经存在，即3GPP在R9版本定义的eMBMS，可支持移动电视直播、视频点播、广告推送、车载娱乐、公共安全、场地体育直播等商业用例。R14版进一步增强eMBMS功能，推出了enTV，通过移动通信网络系统地定义数字电视内容。

NR_MBS即在5G提供多广播服务，由中国移动通信第四运营商——中国广播电视作为差异化应用，实际上项目是中国广播电视项目，服务可以根据实时网络需求智能、动态切换传统广播服务和广播/广播服务，同时确保网络利用效率，形成新广播，扩大个人服务和行业服务的支持能力。

IIoT和URLLC增强（IIoT_URLLC_enh）

主要目标是在更广泛的用例中解决需求。

卫星/非地面网络（NTN）

为了解决偏远山区、海洋等场景的通信问题，卫星网络等非地面网络和5G实现三维网络覆盖。R16已经研究5G NR与非地面网络的融合， R17进一步研究NB-IoT与非地面网络集成。

NR Sidelink增强（D2D）

主要包括 V2X、商业和关键通信，如V2X中利用Sidelink接口(也叫PC5）在UE之间传输V2X新闻。它还包括在满足特定要求的同时实现一些关键用例中的通用功能Sidelink商业应用，V2X 最大的通用性，如关键通信。

IAB增强（NR_IAB_enh）

IAB即5G NR通过扩展，集成无线接入和回传NR支持无线回传替代光纤回传，包括带内(接入链路和回传链路使用相同频段)和带外(接入链路和回传链路使用不同频段)，IAB特别是毫米波频段网络，可以大大降低网络部署的难度和成本。R17的IAB致力于提高效率，支持更广泛的用例。包括双工增强，提高网络编码的潜力，移动IAB等。

MIMO进一步增强（NR_feMIMO）

进一步增强MIMO能力，更多用例，高速移动，更好的支持FDD，改进波束赋形和波束管理，减少相关费用。

增强动态频谱共享（NR_DSS）

在R16基础上，R进一步探索更好的跨载波调度。

扩展支持71GHz

5G NR分为频谱范围FR1（410MHz ~ 7.125GHz）和FR2（24.25GHz ~ 52.6GHz）。R17将5G NR的频段范围从52.6GHz扩展到了71GHz。

5G定位服务增强阶段2(5)G_LCS_ph2）

R16中对LCS增强，具体用途MIMO定义信号往返时间的多波束特性（RTT）、信号到达时差（TDOA）、到达角测量法（AoA）、离角测量法（AoD）室内定位技术，定位精度可达3-10米。R17旨在支持极低延迟和极高精度定位，包括水平和垂直定位服务水平G定位服务区域。这个工作项目也会做 MCX UE 能够使用 5G 定位服务来确定其位置。

增强终端节能（NR_UE_pow_sav_enh）

探索进一步减少5G设备功耗技术

多USIM支持（FS_MUSIM）

支持使用 Multi-USIM 设备处理移动终端服务的增强功能。

其它R17标准研究项目还包括：SON/MDT数据收集增强（NR_ENDT_SON_MDT_enh）、提高能效和覆盖的增强型中继（REFEC）、网络控制的交互服务（NCIS）、多设备和多身份增强（MuDE）、多媒体优先服务第二阶段（MBS2）、网联无人机增强（CAV）、多接入双连接进一步增强（LTE_NR-DC_enh2）等，我们将在另外的文章中进行详细分析。

06 3GPP R18标准主要项目概述

R18作为5G Advanced的第一个版本，正处于第一阶段提案阶段，计划将在2021年底的SA#94上结束，参考「网优雇佣军」文章《5G R18在讲什么》收集整理：

网络切片接入和支持增强

网络切片是5G的关键功能，R18中将继续对网络切片接入和支持相关功能进行增强，包括：当存在不同类型的限制（比如无线资源、频段等）时，支持UE接入网络切片，并当网络切片或分配的资源发生变化时，将服务中断影响降到最低；支持向第三方公开网络切片控制/配置等服务等。

5G弹性授时系统

电力、交通、金融等垂直行业对时钟同步的要求越来越高，R16中提供了通过5G进行授时的手段，5G Timing Resiliency System主要针对GNSS卫星授时服务脆弱性，研究与5G系统一致的其他时钟同步技术作为终端用户的弹性的时钟源，以作为GNSS卫星授时的补充、备份或替代。

基于测距的服务

测距是实现定位的一类算法，有比较广泛的应用范围，R18将研究测距服务需求的相关规范，涵盖UE之间的测距操作、运营商对许可频谱下的测距功能的控制、测距的KPI（距离精度和方位精度等）和安全性方面等。

工业物联网场景的低功耗高精度定位

高精度定位是工业互联网的关键应用。项目通过降低定位的功耗和提高定位精度，以满足更多工业互联网场景的需求，如化工厂、井工矿等危险场景。

网外铁路通信

指独立于基于网络的通信之外的，UE与UE之间的直接通信，被称作Off-Network技术，该技术已在3GPP MCX标准中引入。当网络出现故障，或者在偏远山区没有网络覆盖时，铁路通信可以采用Off-Network来进行通信。3GPP MCX规范中定义，即使在网络可用的情况下，铁路通信也可以采用Off-Network，R18将研究基于Off-Network的未来铁路移动通信系统的新用例，以及QoS、优先级、UE ID和位置识别、多播/广播/单播、通信范围、潜在频谱等相关技术。

支持触觉和多模态通信服务

触觉和多模态通信，指通过视频、音频、环境感知、触觉等影响用户体验的多种通信信道响应输入，并结合超低时延、超高可靠性和安全性等网络能力，来实现真正的沉浸式用户体验。为支持触觉和多模态通信服务，5G系统需满足不同数据流的不同的网速、时延和可靠性需求，还需要实现并行多数据流的同步。R18将研究涉及触觉和多模态通信技术的新用例，以及这些用例相关的网络可靠性、可用性、安全性、私密性、数据速率、时延、传输间隔等技术指标。

其它还包括5G智能电网通信基础设施、车载5G中继、住宅5G增强功能、个人物联网等项目，后续我们将继续对提案及提案的研究内容进行跟踪和相对比较详细的分析。

07 6G愿景、应用及潜在关键技术

作为6G研究的推进组织，IMT-2030（6G）推进组，在成立一年半以后发布了《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，据IMT-2020（5G）推进组发布《5G愿景与需求白皮书》刚过去了7年。白皮书主要内容包括：

总体愿景

从移动互联（4G）到万物互联（5G），6G时代将实现万物智联、数字孪生的总体愿景。扩展来说，面向2030年及未来：

社会层面：人类社会将进入智能化时代，体现出社会服务均衡化、高端化，社会治理科学化、精准化，社会发展绿色化、节能化将成为未来社会的发展趋势。

技术层面：6G将构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络，在大幅提升网络能力的基础上，具备智慧内生、多维感知、数字孪生、安全内生等新功能。充分利用低中高全频谱资源，实现空天地一体化的全球无缝覆盖，随时随地满足安全可靠的“人机物”无限连接需求。

业务层面：6G将提供完全沉浸式交互场景，多维感知与普惠智能融合共生，虚拟与现实深度融合。

6G发展宏观驱动力

社会结构变革驱动力：收入结构失衡要求数字技术提升普惠包容；人口结构失衡呼唤数字技术提升人力资本及配置效率；社会治理结构变化倒逼社会治理能力现代化。

经济高质量发展驱动力：经济可持续发展需要新技术注入新动能；服务的全球化趋势要求进一步降低全方位信息沟通成本。

环境可持续发展驱动力：降低碳排放、推动“碳中和“要求提升能效、实现绿色发展；极端天气、疫情等重大事件驱动建立更广泛的感知能力和更密切的智能协同能力。

6G潜在应用场景

沉浸化业务

1）沉浸式云XR业务，要求端到端时延＜10ms，用户体验速率Gbps量级；

2）全息通信业务要求用户体验速率Tbps量级；

3）感官互联业务需要毫秒级时延、高精度定位和高安全性（隐私保护）；

4）智慧交互业务要求时延＜1ms、体验速率＞10Gbps、可靠性达到99.99999%。

智慧化业务

5）通信感知业务要求6G网络可以利用通信信号实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能，无线通信系统将可以利用感知功能获取周边环境信息，智能精确地分配通信资源，挖掘潜在通信能力，增强用户体验；

6）普惠智能业务将个人和家用设备、各种城市传感器、无人驾驶车辆、智能机器人等新型智能终端成为智能体，可以通过不断的学习、交流、合作和竞争，可以实现对物理世界运行及发展的超高效率模拟和预测，并给出最优决策；

7）数字孪生业务将物理世界中的实体或过程在数字世界中进行数字化镜像复制，人与人、人与物、物与物之间可以凭借数字世界中的映射实现智能交互。通过在数字世界中对物理实体或者过程实现模拟、验证、预测、控制，从而获得物理世界的最优状态。数字孪生要求网络具有万亿级连接能力、亚毫秒级时延、Tbps级传输速以及安全需求。

全域化业务

8）全域覆盖将地面蜂窝网与包括高轨卫星网络、中低轨卫星网络、高空平台、无人机在内的空间网络相互融合，构建起全球广域覆盖的空天地一体化三维立体网络，为用户提供无盲区的宽带移动通信服务。

潜在关键技术

增强型无线空口技术：无线空口物理层基础技术、超大规模MIMO技术、全双工技术。

新物理维度无线传输技术：智能超表面技术、轨道角动量、智能全息无线电技术。

太赫兹与可见光通信技术：太赫兹通信技术、可见光技术。

跨域融合关键技术：通信感知一体化。

内生智能的新型网络：内生智能的新型空口、内生智能的新型网络架构。

网络关键技术：分布式自治网络架构、星地一体化网络、确定性网络、算力感知网络、支持多模信任的网络内生安全。

6G的研究刚开始起步，在此之前，5G将得到更多的部署和应用，而5G的成功商用将为6G的演进奠定坚实的基础。

END

参考资料

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. 网优雇佣军，《5G R18在讲些什么？》，May 2021

5. IMT-2030（6G）推进组，《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，June 2021

| 作者：无界

「5G行业应用」特邀专栏作家，超15年TMT从业经历，长期关注通信、信息技术和相关产业领域，对5G、人工智能、物联网等关键使能技术及其对行业数字化转型的相互作用有深入洞察。

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