行业观察
5G初期商用已经成功实现，今年5G将开始大规模商用落地。根据中国信通院的测算结果，2020年-2025年，我国5G商用将直接带动新型信息产品和服务消费超过8万亿元，间接拉动经济总产出约24.8万亿元，合计32.8万亿元。3GPP Rel-16即将冻结，Rel-17即将启动，5G的美好未来，令业界及社会各界激情澎湃。在这个关键节点，5G微信公众平台（ID：angmobile）根据5G时代新的发展规律，总结了面向未来的5G技术研发将赋能哪些产业及领域，与大家进行分享。
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5G时代的移动通信，开始出现“新”的发展规律
移动通信每十年完成一个代际演进，2020年至2030年为5G时代。目前5G时代元年（2020年）的移动通信“前所未有”的蓬勃发展态势，让人不得不感叹移动通信的发展规律正在发生新的重大变化。
传统规律是，与固网相当不同的是，移动通信网络是分代的，而且每一代移动通信系统都是有定量的、数值上更佳（相比于上一代）的关键性能指标。这一规律对于未来的6G等仍将适用。而5G微信公众平台（ID：angmobile）观察到，5G的到来使得移动通信的发展出现了新的规律，而5G商用目前所取得的阶段性成就，初步证明了这一新规律之于移动通信行业本身以及整个社会经济的战略重要性。
那么新的重要规律是什么？
2020年4月3日，全球首开5G商用的韩国商用已达一周年。4G元年的4G商用网络仅16个；而在运营商及设备商的努力下，5G元年的5G商用网络达到70个。4G元年的4G终端不到100款、4G用户约700万，而在主要芯片商及诸多OEM厂商的努力下，5G元年的5G终端达到200 款、5G用户近2000万。
5G商用的进度之所以大幅快于4G同期，且成为有史以来发展最快的一代移动通信技术，是由于5G技术标准并非“一气呵成”，而是分阶段的——目前的5G商用采用的是5G第一阶段标准3GPP Rel-15，主要面向早期的5G eMBB场景；后续至少还将有第二阶段（Rel-16）以及第三阶段（Rel-17）。
至于为何要分成多个阶段，高通中国区研发负责人徐晧博士的这一说法对此有很好的解释，早在2015年，行业提出要求5G在各项指标上的表现都要比4G好10倍以上，例如5G时延将降低1/10、速率将增加10倍、网络容量将增加100倍、连接密度将增加10倍、网络效率将增加100倍。“2015年设定的各项目标是比较激进的，要达到上述种种目标，做到两点十分重要，一是需要合理地运用各种资源，比如需要考虑所有的频谱以及灵活的组网方式；二是需要合理安排发展规划。”他说道。
所以上述的“新的重要规律”可概括为：战略上，关键性能指标的目标一定要设置很高；战术上，分阶段、按需实现。可见，5G的技术创新是一条很长的路。在这条长路上，打头阵的往往是隐于幕后的5G基础技术研发，对于各项5G技术的回顾和展望，能够让我们看清来路，也提前预知5G行业的下一个机遇。
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基础技术研发奠定5G扬帆起航的基础
当前，全球5G商用仍处在初期阶段。5G业务以早期的eMBB和固定无线接入场景为主，5G与垂直行业应用融合发展处在探索阶段。在全球抗疫及复工复产中的优异表现，让人们看到了应用5G的巨大潜力、坚定了继续大力发展5G的信心，比如我国把5G列为“新基建”之首。随着5G大规模商用的到来，大众消费者对5G eMBB及FWA的需求将不断提高（比如更为高级的沉浸式媒体服务），且5G与医疗、工业互联网、车联网等垂直领域的结合将越来越深入，从而，Rel-16与Rel-17有着潜在巨大发展前景。
高通公开资料显示，根据其判断，在2020年及未来：5G eMBB有三大扩展方向，一是向5G手机以外的5G终端领域扩展（比如始终连接的PC以及更大规模的固定无线接入等），二是覆盖新的市场和地区，三是逐步实现全国覆盖，向SA网络演进；5G面向垂直行业数字化转型的未来长期扩展方向也有三个，一是工业物联网、面向企业和汽车的网络，二是企业专网，三是免许可频谱。
5G在不停地往前演进，业界对于每一个5G标准版本引进什么样的功能都有着非常好的规划。“行业会根据具体的时间点、市场需求以及4G提供过的服务来规划5G的发展方向。”徐晧介绍，总体来说，5G会在标准演进的过程中不断引入全新的5G技术，而不是在第一个5G标准版本中涵盖所有场景；因此，业界在考虑5G的应用和发展时，需要对可用资源和时间规划有非常清晰地掌控和理解，这样，对5G目前和未来的发展就会有一个清楚的规划。
5G标准从Rel-15到Rel-16再到Rel-17的演进，是为了满足目前能预见到的服务（比如广播、C-V2X、接入及回传集成等）以及还预见不到的各类新兴服务的需求，后者是5G的“不确定性”。但是其中又有一定的“确定性”——每个垂直领域有不同的需求和设计上的要求。所以，需要让5G在架构上能够支持未来各行各业之中可能发生但尚未定义的全新服务。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，高通在2014年开始启动的一项关键技术发明“5G NR自包含时隙结构”很好地解决了上述难题——这项发明所支撑的“灵活的5G时隙框架”通过在频域预留一些空子载波、在时域预留一些空白时隙，使得在将来基于同样的频谱面向尚未定义的未来5G服务实现高效复用，实现5G的前向兼容性。同时，这一设计还严格限制在频率、时间上的传输，从而大大降低了在未来增加新特性的难度。
据悉，除了上述的“灵活5G时隙框架”，基于OFDM的可拓展空口、先进的信道编码（包括多边缘LDPC和CRC辅助极化码）、Massive MIMO、移动毫米波等Rel-15中最重要的物理层技术，都得到了高通技术发明的大力支撑。
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多领域技术持续演进，打造5G乘风腾飞的双翼
计划于6月份冻结的Rel-16增加了很多新特性：第一，增强了6GHz以下和毫米波的通信，第二，增加了更多对于毫米波波束的增强功能，也引入了集成接入回传（IAB）的节点；第三，增强了手机节能方面的功能和标准设计；第四是5G免许可频谱设计；第五是移动性增强，让5G做到没有间断的零秒切换；第六是增强毫米波和中频段的载波聚合；其他还包括提供新的精准5G定位的功能、URLLC的进一步增强以支持工业物联网应用、5G广播等等。Rel-17则会在这些功能的基础上再进一步增强。
● 5G XR技术最新进展
在5G融合应用体系中，XR是5G的重要基础应用之一，将在5G商用中扮演重要角色，但前提是做到XR终端的小体积、轻重量、低功耗，以利于5G XR海量应用的大规模落地。
要做到XR终端的小体积、轻重量、低功耗，徐晧介绍，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处理。
所谓分布式处理，是指把XR终端需要处理的大部分工作放至边缘云进行处理，以此减少终端的处理需求。
分布式处理分为两部分，最重要的部分依然会放在终端侧处理，其余部分可以放到边缘云端处理。这样的分布式处理需要非常强的5G连接，保证在XR终端和边缘云之间有低时延、高容量且非常可靠的连接。在空口端，需要使用到5G超可靠低时延通信（URLLC）技术。另外还会用到边缘云计算和分离式渲染，把在XR终端上需要做的渲染，放一部分至边缘云进行处理。
“这是一个整体系统上的设计，通过这种设计才能做到在终端的功耗最低且运算量最小。”徐晧还介绍了一个5G XR采用上述设计后的强大应用实例——高通利用高质量的3D大规模MIMO天线模型，创建了一个AR原型系统，这种大规模天线网络的频谱效率高达50 bits/s/Hz，可以支持非常高清的XR体验。这已成为“广域5G演进”的重要方向。
● 移动毫米波技术最新进展
国内Sub-6 GHz频段5G系统已经全面商用，开始为5G毫米波的商用做准备。近期，国家在毫米波频谱规划和商用时间表上也释放了积极的信号：
·工信部于3月24日发布的《关于推动5G加快发展的通知》指出今年将“适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划”；
·IMT-2020（5G）推进组5G试验工作组组长、中国信通院技术与标准研究所副总工程师徐菲表示，中国5G增强技术研发试验毫米波频段的测试试验进展比预期计划大大提前。
但是，国内通信行业对于5G毫米波系统的看法还不明晰，应用方向以及对毫米波系统在通信系统中的定位和产业发展还有待深入探讨。
理论上，相较于中低频段，毫米波频段有丰富的带宽资源，可以实现400MHz和800MHz的大带宽传输，为超高速通信业务提供了可能。而在真实的无线环境中，高通大量的毫米波OTA测试和信道测量结果表明，移动毫米波网络性能非常出色。室外覆盖方面，高通在旧金山利用现有的4G基站实现了62%的毫米波室外覆盖（NSA架构），网络容量提升高达5倍，小区边缘突发速率和中值突发速率都得到了很大提升。这是毫米波室外覆盖的仿真实验。室内覆盖方面，仿真实验发现，通过把地铁站中的Wi-Fi覆盖换成LTE的小基站或者与5G毫米波进行共址，下行链路覆盖能达到96%，上行的覆盖能达到97%，且下行链路的中值突发速率可以达到4.6 Gbps。
有了如此好的实际性能，毫米波5G得到了主流运营商更大的青睐，美国、日本、韩国等已经完成5G毫米波频谱划分并开始商用部署，产业链愈发成熟。随着大容量、高速率、低时延业务的发展，目前已经确定5G移动通信的基本架构将采用中低频段 毫米波频段相结合的通信方式。意大利、俄罗斯、韩国、日本、东南亚、澳大利亚、拉美均有在2020年或2021年部署毫米波的计划。目前，我国也正在加紧推进毫米波试验和频谱规划，很可能于2021年或之后部署毫米波5G网络。
相对于中低频段5G系统，除了带宽优势，毫米波5G还在时延、灵活弹性空口配置等方面具有独特优势，从而在未来有着更多的潜在场景。徐晧介绍，高通正在持续加强毫米波研发，把毫米波推广到各种覆盖区域，包括室内部署、公共网络、企业专网。这些场景对于5G毫米波连接的稳定性和移动性有很大需求。那么，高通的移动毫米波技术有着怎样的最新进展？看过高通一个最新演示后，5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，高通已经做到了以毫米波支持终端高速移动和身处高处（比如搭载毫米波终端的无人机）时的稳健连接。相关使能技术的演示还有：Rel-16引进的集成接入及回传（IAB）技术和多发射及接收点（TRP），毫米波基站可能有好几个天线矩阵，这种天线矩阵的设计是高通研究的一个重要方向；通过波束成型在小区和小区之间进行无缝切换、能够实现用户在毫米波这种OTA场景下很好的体验——比如下图右的女士通过一个毫米波中继接转毫米波小基站的信号获得更好的毫米波覆盖。
● 面向工业物联网用例的企业专网技术最新进展
当下，面向特定需求打造的企业专网正在兴起。以下优势使得面向工业物联网用例的“企业专网”将在5G时代盛行：一是能够量身定制地优化应用场景，设置一些服务定性指标，更好地支持生产需求；二是容易部署，也比较容易独立地达到企业想要的一些功能特性；三是更安全，比如可以把很多敏感数据存在本地。
支持企业专网实现工业物联网，需要几个关键的技术：一是比较灵活的频谱分配，包括许可、共享、免许可频谱，可以更具灵活性地根据企业的需求进行建网；二是时间敏感网络；三是超可靠低时延通信（URLLC）；四是定位。
从高通的最新演示（包括工业4.0车间、生产线机械臂根据看到的零件颜色进行分拣）看来，5G微信公众平台（ID：angmobile）感觉到，高通已经在上述技术的研发及模拟实验方面走得很远。另一个“亮点”技术——协作多点传输也被用于车间网络。徐晧介绍，要达到高可靠、低时延，有可能需要在一个车间里部署好几个传输的节点，这样，即使一个节点被人或者是被其它物体挡住，也可以通过其他的节点来对机械臂或者零件进行控制。
在垂直领域的应用中，另外一个很重要的5G Rel-16的技术就是5G NR定位。5G定位比4G定位更精准而且要求也更高。Rel-16中5G定位其精准度在是3米到10米之间，这样的精准度比现在一些国家紧急救援的精度需求要高很多。同时，5G NR支持室内和室外的定位，与现有的定位技术互补。徐晧介绍，从Rel-16和Rel-17的精准定位需求来说，Rel-16可以支持在80%的时间实现室内3米和室外10米的定位精度。目前的大多数定位技术（无论是GPS还是通信定位）使用的是三点定位，而5G能够支持更优化的定位功能。Rel-17致力于实现更精准的定位，在精度方面达到亚米级精度（比如0.3米以内的绝对精度要求），从而支持精准工业制造、工业厂房设计开拓更多全新应用场景；在时延方面，致力于实现更低的时延（比如将时延降低至10毫秒以内）；在连接能力方面实现更大提升，比如支持数百万部物联网、汽车等终端。总而言之，精准定位是5G的关键新技术之一。
● 5G NR车联网技术最新进展
车联网是5G早期典型应用之一，也将有望发展成为规模最大的5G垂直类应用。Rel-14和Rel-15支持基本的V2X功能，比如V2V、V2P、V2I，在未来5G标准中，C-V2X将继续演进，5G C-V2X能够解决复杂的挑战，为实现自动驾驶奠定基础。5G C-V2X主要能带来三个方面的提升：增强的安全性；减少行车时间，提高能源效率；加速网络效应。
从高通的最新演示中，5G微信公众平台（ID：angmobile）看到了Rel-16中一项重要的5G C-V2X新功能已经得到很好的实现——基于距离可靠性的传感器共享可以支持协作式的车对车通信。“通过基于距离可靠性的交互测试和OTA测试，我们可以明确‘在多大距离范围内、多高的车速下，需要多长的反应时间’，从而优化系统设计以及算法。”徐晧说到。
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从成功扬帆起航到乘风腾飞，5G必将能创下奇迹
与以往各代移动通信系统不同的是，5G的技术标准至少分成三个阶段完成。这决定了5G技术创新之路更大长度。据5G微信公众平台（ID：angmobile）一直以来的观察，在高通等5G技术领导者的支撑下，第一阶段标准的5G商用成功是5G扬帆起航的阶段性成就，这坚定了业界以及社会各界继续发展第二及第三阶段5G产业的决心；其中，技术型企业持续的5G基础技术研发突破，为5G在未来的乘风腾飞奠定了坚实的基础。从目前5G如火如荼的发展态势看来，东风可期，未来必将乘风腾飞的5G可为数字经济大发展作出巨大贡献。
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