前段時間是6月6日國內5G發牌紀念日,加上6月9日又是R17標準凍結,所以行業里特別熱鬧,活動特別多。
這些密集的商業活動,催生了大量的新聞報道,引起了全社會對5G、5.5G、5G-Advanced、R17、R18的關注熱潮。
對外行人來說,會比較迷茫——
什么是5G-Advanced?什么是5.5G?為什么不是6G?5.5G和5G,到底有什么不同?…
今天,我就試著用“說人話”的方式,把5.5G的來龍去脈給大家嘮清楚。
█?到底什么是5.5G
5.5G,大家應該都知道了,其實就是5G和6G之間的過渡階段。
眾所周知,移動通信技術差不多是每十年一代。
但是,因為技術發展得實在太快,所以,整數代與整數代之間,技術差異太大。這時,就需要對中間階段的技術進行一個命名,以顯示和前代、后代的區別。
這種玩法,早在2/3G時就開始了。GPRS就曾被稱為2.5G,介于2G GSM和3G UMTS之間。還有個更離譜的2.75G,也就是EDGE。
LTE出現的時候,因為技術指標沒有達到ITU國際電聯對于4G的要求,所以也被稱為3.9G。后來,基于LTE,搞出了LTE-Advanced,才是真正的4G。
在5G還沒誕生之前,行業里也搞過4.5G、pre5G這樣的叫法,但是時間很短,曇花一現。
這次,基于5G的演進,人們沿用了以往的習慣,所以命名為5.5G。其實,5.5G的本質,就是5G-Advanced。
熟悉通信行業的同學都知道,國際標準組織3GPP,是通過不停發布Release(版本),來推動技術演進研究的。每個Release包括一堆技術,大家拼命開會,討論敲定了技術細節,然后投票通過,就算是Release的凍結。
這個Release呢,差不多是每兩年出一個。但是通信網絡制式,又是每十年左右出一代。那就意味著,每一個整數代,大約要經歷5-6個Release。
這次出現5.5G,其實就是把R15-R17作為5G標準的第一階段,而R18-R20作為5G標準的第二階段,進行細分。等到R20結束后,差不多6G就該登場了(2028-2030年左右)。
所以說,5.5G(5G-Advanced)就是5G和6G之間的過渡和銜接,大概會持續5年以上。
5G-Advanced被正式確定為5G演進的名稱,是在2021年4月。2021年12月,3GPP SA2全會通過投票,確定了R18版本的28個研究課題,相當于確定了5G-Advanced的第一波關鍵技術。
小棗君掐指一算,R18凍結應該是在2023年的年底,甚至2024年的上半年(考慮到疫情的不確定性)。再加上版本凍結后,產業起碼要一年時間才能成熟。
所以,等到大家真正見到5G-Advanced落地,那也是2025年上半年的事。距今還有三年,大家不用太著急。
R18的時間點規劃(圖片來自3GPP)
█?5.5G包括了什么內容?
說完了5.5G的時間線,再來具體看看5.5G到底有什么新內容。
其實,5.5G作為過渡,想要有什么顛覆性的變化,那是不可能的。即便是6G,目前也看不出什么“驚世駭俗”黑科技的影子。
5.5G的主要使命,有兩個:
一是查漏補缺,把5G不足的地方修正一下、加強一下。二是新開副本,根據行業的發展變化,蹭一下熱點,給6G提前踩踩雷。
5G目前的發展情況,坦率地說,屬于有喜有憂,各占一半。
商用三年,錢砸了不少,網絡也基本建起來了。160多萬個站,4億多的用戶,地級市100%的覆蓋率,成績可謂亮眼,放眼全球,都是無法超越的存在。
但是,在C端用戶體驗方面,用戶并沒有反饋明顯的感知差異。5G沒有獲得所期望的好評,反而還背了4G限速的鍋。
在B端用戶這邊,5G目前仍處于落地焦灼狀態,雖然行業應用案例達到2萬以上,但仍以集中資源重點保障的頭部用戶為主。很多建設資金,也是來自政府投資。說白了,5G還是“王謝堂前燕”,沒有飛入“尋常百姓家”。
5G的問題涉及到芯片成本、外部宏觀環境、企業自身管理等諸多因素,我之前專門說過,今天就不再嗶嗶了。
5.5G作為5G的技術演進,也無法解決困擾5G發展的非技術性問題。所以,它只能選擇視而不見,解決技術上的問題,做點能做的事情。
技術上能做的是哪些呢?說白了,還是速度、時延、連接規模、能耗等老一套。在技術指標上繼續挖潛,繼續擠牙膏。
在5G泛在千兆體驗、百億連接的基礎上,5.5G將指標進一步升級,提升為:泛在萬兆體驗,千億連接。
具體來說,5G-Advanced將必須實現下行萬兆(10Gbps)、上行千兆(1Gbps)的峰值速率,以及毫秒級時延、低成本千億物聯。
為了迎合現在越來越熱的定位需求(尤其是室內定位),5G-Advanced還重點強調了自己將具備更強的終端感知能力,以及高精定位能力。這些能力,意味著5G已經不再僅限于連接技術了,超過了通信的范疇。
專家和廠商們為了體現5.5G和5G的差異,還在5G傳統場景三角的基礎上,又升級了一把,變成了六角。新增的是UCBC(上行超寬帶)、RTBC(寬帶實時交互)和HCS(通信感知融合)。
說實在,除了HCS通信感知融合還說得過去之外,UCBC和RTBC實際上應該還是eMBB(超大帶寬)的范疇。
█?5.5G的技術演進路線
我們具體看看5.5G的關鍵技術。
首先看看速率。速率是通信網絡的第一指標,也是人們重點關注的對象。
在目前電磁理論沒有突破的情況下,5G所有的速率優勢,其實都是頻譜帶寬換來的。
就跟種田一樣,就這么大的一塊田,你不管怎么精細照料,用農藥化肥、用雜家水稻,它的產量都是有限的。
調制方式已經256QAM、1024QAM了,再往上,對信道條件要求太高,對算力算法的消耗也很大。多址復用,信道編碼,該用的也都用了,基本逼近了香農極限,實在沒有多少提升空間了。
剩下唯一能做的,只能是在頻譜上做文章。
要么,搞動態頻譜共享,其實就是把已有的頻譜“盤活”,把3G/4G的頻譜,靈活借用到5G,增強帶寬。
要么,搞載波聚合,利用共建共享,把大家手上所有的頻譜聚集起來,實現帶寬提升。
為了搶頻譜,3GPP還把主意打到了Wi-Fi頻段上,打算在2.4GHz和5GHz這種免費頻段上,搶點頻譜來用。這就是5G NR-U(5G NewRadio in Unlicensed Spectrum)。
5.5G的更大垂涎目標,是6GHz頻段。這塊大肥肉,誰都想要,Wi-Fi?6E和Wi-Fi?7也想要,所以,爭奪非常激烈。
運營商想要實現5.5G下行萬兆的峰值速率,必須將當前擁有的頻譜資源,從百兆Hz級別提升到千兆Hz級別。
從我們國家一向偏向蜂窩網絡,主張國企主導的風格來看,運營商拿到國內6GHz頻段的概率還是很大的。
再加上,我們在這個范圍(中頻)的可用頻段資源確實很少,運營商如果不搶6GHz頻段,未來就沒有出路。
除了下行之外,關于速率的另外一個突出問題是上行。
隨著視頻監控回傳、高清影視直播回傳、3D建模上云渲染等大上行業務需求的出現和爆發,通信行業專家們突然發現,自己對5G上行的需求估計不足,預留的帶寬不夠。
5G的幀結構設計是可以變化的。但是,一般來說,下行和上行是8:2的關系。幀其實就是車廂,8個車廂用于向下運貨,2個車廂用于向上運貨。
這是基于我們手機互聯網的常用數據消費習慣決定的。大家想想就明白了,我們大部分時間都是在看視頻,看網頁,玩游戲,所以,下行數據量需求,明顯大于上行(上傳)。
為了解決這個問題,有兩個辦法:一個是我以前介紹過的上下行解耦(鏈接),就是用覆蓋能力更強的低頻頻段,做上行,然后高頻用作下行。另一個,是在幀分配上做文章,將更多的幀用于上行,改變上下行比例。
值得一提的是,解決時延問題,也是主要在幀和時隙上做文章。如果把幀變得更小、更靈活,相當于汽車變摩托,就可以減小空口的時延值。
為了更靈活地實現上行、下行需求,3GPP還在傳統FDD和TDD的基礎上,搞靈活雙工,搗鼓了XDD,也就是FDD和TDD混在一起用。例如“下行頻分,上行時分”這種,把靈活性玩到極致,怎么高興怎么來。
“頻譜換帶寬”之后,不可避免要遇到覆蓋問題。
我之前文章反復提到過,頻率越高的頻段,波長越短,繞射能力差,覆蓋距離短。2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz,一個比一個覆蓋能力差,他們要搶的6GHz,覆蓋更差。
所以,要解決覆蓋問題,又要做很多文章。
目前來看,主要的研發方向,就是天線技術。
華為的大佬說,6GHz赫茲比2.6GHz頻段,在空間傳播損耗上多了7個db的損耗。想要彌補這個損耗,就必須搞比現在大規模天線陣列(Massive MIMO)更牛逼的超超超大規模天線陣列。
圖片來自華為,ELAA-MM就是超大規模天線陣列Massive MIMO
192/256個振子不夠,直接干到700甚至1000個振子以上。通道數也要跟著飆升,192個以上。
振子數量越多,波束賦形越厲害,把波壓得扁扁的,覆蓋距離就能增強。
空口能玩的花樣,真的不多。5.5G乃至6G的網絡核心指標,基本上就指望頻譜和幀結構,前路渺茫。
不過話說回來,泛在萬兆下行的場景到底有多少,我還是非常懷疑的。去年云宇宙爆火,帶動了XR產業。即便是XR,也用不到萬兆。
萬兆需求有可能存在的,我能想到的,只有全息通信。說實話,這玩意我覺得還很遙遠。
說完了無線空口,我們再來看看別的。
承載網就不說了,傳輸技術一向都是自己玩的,和3GPP沒啥關系,5.5G也沒怎么提及。想要了解這部分知識,可以看我之前單獨分析過傳輸技術的演進走向。
重點再看看核心網。
在5.5G里,核心網的發展方向還是老調重彈的“云網融合”、“云網一體”。現在算力網絡很火,也有帶動5G云核心網發展趨勢的一些微妙變化。
5G目前已經實現了核心網的云化、虛擬化。SBA架構已經落地成型。從效果來看,好處并不是很明顯。照我個人的看法,其實還是偽虛擬化,廠商強綁定。
運營商正在做的是,是融合。也就是說,將2/3/4G核心網,全部融入到5G云核心網里面,簡化網絡架構,減小網絡運維負擔。
在云網融合的大趨勢下,運營商很有將電信云徹底與互聯網云合并的沖動,但是步子有點大,不是太敢這么干。畢竟電信業務是自己的根基,萬一出問題,擔不起這個責任。
在現有云化的基礎上,運營商也在考慮進一步推動云原生,希望讓自己的云變得更靈活,更適合開發和測試。云原生還有一個好處,就是可以通過軟件優化,進一步提升硬件資源的利用率,也就是提高投資回報率(還是為了省錢)。
核心網深入云化,據說也是實現網絡內生安全的一個前提條件。
我對內生安全了解的不多,但是我一直覺得這個概念比較懸乎。我覺得所有的安全都應該是基于算力的,單純從架構上進行設計改進,就能實現安全,是一件無法想象的事情。(改天專門聊一下這個話題。)
提到云核心網,就不得不提到邊緣計算。
邊緣計算是云計算算力的下沉,它給運營商打開了一個全新世界的大門。運營商們突然發現,原來自己網絡的各個節點上,都可以部署算力。由此,孵化出了很多的應用場景。尤其是面對企業toB專網方向,邊緣計算可以滿足很多低時延、大帶寬場景的要求,所以發展前景廣闊。
互聯網廠商和運營商,都盯上了邊緣計算這塊大蛋糕,運營商手里有網,互聯網廠商手里有云技術,所以互有攻守。
有一個技術,在無線接入網、承載網、核心網都有落地,而且是現在通信行業研究的熱門,那就是AI人工智能。
AI是個萬金油。它是算力的一種表現形式。
通信領域各個環節的技術,發展到最后,都是數學和計算。例如高階調制(1024QAM以上),例如無線網絡優化、仿真,例如承載網SDN的路徑規劃,再例如核心網的切片編排、資源調度。
5.5G階段,各個通信企業會繼續加強AI的投入力度。有的是為了實現更強的算法,提升網絡指標,改善用戶體驗。有的是為了搞模型,優化網絡,實現網絡自管理、自主故障恢復,減少網絡運維成本。也有的是為了節能省電,判斷負荷變化,動態調整功率。
未來幾年,相信會有大量的“AI+通信”案例出現,網絡的運維模式可能會發生顛覆性的變化。
除了增強自身已有的能力之外,5.5G還在試圖探索更多的應用領域。
其中,就包括高精度定位、測距和感知增強。這類的需求主要來自車輛定位管理、物流跟蹤以及資產管理。主要應用的方向是衛星無法覆蓋的室內場景,以及衛星和其它技術無法達到的高精度場景。
在專家們的設想中,5G不是僅僅用于通信的,還可以像雷達一樣,對環境進行感知,捕捉和測算出目標對象的距離、速度和形狀。這就是所謂的“通感一體化”。
空天一體化,也是5.5G的研究重點。限于篇幅,改天專門再聊吧,先挖個坑。
最后我想說一下無源物聯網。
前面我說過,5.5G也是要蹭熱點的,元宇宙要蹭,無源物聯網也要蹭。
我以前曾經詳細介紹過無源物聯網(鏈接)。其實說白了,就是終端不帶電源、電池。通過網絡,去“照射”終端,讓終端像公交卡RFID技術一樣,感知網絡的“照射”,做出反應,從而反饋數據。
它具備低成本、零功耗、易部署的優勢,將來我們所有的零售商品,都可能搭配無源物聯網技術,實現商家對商品的管理。
這個技術也沒有想象得那么簡單,除了空口需要更簡潔的協議之外,安全認證、網絡架構優化,都有很多的工作要做。5.5G潛在的競爭對手也很多,在無源物聯網方面,自己不一定占優勢。
█?結語
好了,洋洋灑灑說了那么多,大家應該對5.5G有所了解了。它的關鍵技術其實還有很多,但大致方向我基本上都已經提到了。
5.5G的發展思路,和前幾年我們研判6G時的預測,基本是一致的。
概括來說,就是能力強化、引入AI、以及功能融合。讓自己變得更強、更易于維護、更綠色環保、更省錢省人力,這樣才能更好地發揮自己聯接力的價值,為算力服務,為數字化轉型服務。
R18目前已經上路,5.5G究竟何去何從,讓我們拭目以待吧。
編輯:黃飛
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