6 月 6 日,在 5G 发牌三周年之际,中国移动携手行业伙伴举办了“5G-Advanced 双链融合产业创新成果发布会”。会上,高通公司中国区研发负责人徐晧发表了主题为“推动 5G Advanced 技术演进”的演讲,分享了 5G Advanced 的技术发展趋势,Rel-18 和 5G Advanced 的重要研究方向,以及高通携手合作伙伴持续推动 5G Advanced 演进所做的工作。以下为演讲全文:
各位中国移动的领导和专家,各位线上的朋友们,大家好,我是高通公司的徐晧,负责高通在中国的研发。今天很高兴能和大家分享 5G 标准的最新里程碑和进展,以及我们对 5G 下一阶段发展的技术展望。
在今年的 3 月下旬,3GPP 完成了全球 5G 标准的第三个版本,也就是 Rel-17 的功能性冻结。尽管受到疫情影响,3GPP 的所有成员还是通过线上讨论的方式完成了 5G 标准的又一个里程碑。
5G 标准演进可以分为两个阶段:前三个版本是第一阶段,Rel-17 的功能性冻结也代表着 5G 演进第一阶段的顺利完成;而 Rel-18 的开始标志着我们进入了 5G Advanced 的标准制定阶段,第二阶段会包括 Rel-18、Rel-19、Rel-20 这三个版本。当然在 5G Rel-20 演进的同时,我们会开始引入 6G。
从 3G 到 4G 到 5G,无线通信标准的发展速度大概是 10 年一个 G。那么从研发的角度,我们也会有一个类似的周期。首先我们会提出一系列的愿景和需求,然后进入创新和研发阶段来探索不同的解决方案,下一步我们会把最优解决方案通过原型机来实现和验证,然后才把成熟的方案提到国际标准。基于国际标准的产品还需要通过和其它厂家互联互通和外场测试,才能保证最后的商用。所以在讨论今后 3 到 5 年的技术趋势之前,我们先看看 5G 的商用现状和 5G Advanced 的愿景和需求。
在短短 2、3 年的时间内,5G 在全球已经得到了广泛商用。210 多家运营商部署了 5G 网络,2020 到 2025 年的 5G 手机销量有望超过 50 亿部,而 5G 的应用已经远远不止是智能手机。
正如我们这里展示的,5G 可以应用在众多的垂直领域,比如车联网、自动驾驶、机械控制、工业制造、能源开发、智慧农业、智慧城市等等。下面我们先简单回顾一下,我们在 5G 的第一阶段引进了哪些 5G 技术来支持这些应用,然后再具体阐述 5G Advanced 的技术趋势。
Rel-15 是 5G 未来演进的奠基石。5G 的第一个版本构建了一个灵活的系统架构和可扩展的帧结构。这个统一架构可以同时支持中低频(也就是 Sub-6GHz)和毫米波频谱。中低频段可以达到好的区域覆盖,而毫米波可以达到极致的峰值速率、更高的网络容量、更低的时延和更高的定位精度。所以毫米波和 Sub-6 都是 5G 的核心技术,能够运用于不同的应用场景和需求。此外我们还引入了新的编码技术和更大规模天线来提高频谱效率。
从应用场景来说,Rel-15 的重点还是增强型移动宽带技术(例如面向智能手机的应用),而 Rel-16 和 Rel-17 最关注的是 5G 的行业扩展。在 Rel-16,我们引入了第一个基于 5G 的车联网技术、基于 5G 的定位技术,并进一步完善了超可靠低时延(URLLC)技术标准规范。Rel-16 中也引入了免许可频谱技术,进一步解决了频谱资源短缺的问题。针对大家关注的手机能耗问题,从 Rel-16 开始,3GPP 标准规范中也引入了一系列针对节能的优化。
Rel-17 基于前两个 5G 标准版本继续推进行业应用。我们知道 5G 智能手机和其它高性能终端需要大带宽以及多天线技术的支持,但是像手表等低复杂度终端,不需要支持那么多功能,也不可能安置太多天线,所以 Rel-17 中引入的 NR-Light(RedCap)可以将 5G 普及到更低复杂度的物联网终端,同时降低这类终端的能耗。
Rel-17 引入的另一项重要的全新特性,是非地面通信(NTN),也就是卫星通信。Rel-17 还进一步扩展了直连通信功能,支持任意类型的两个终端之间的通信,针对增强覆盖和解决自然灾害下的紧急通信提供了更灵活的解决方案。
Rel-17 支持的扩展特性之一是将毫米波频段扩展到了 71GHz,Rel-15 中定义的毫米波频段实际上只能到 52.6GHz。从 Rel-17 开始,5G 进一步扩展至 60GHz 的免许可频段,可使用的带宽和峰值速率又有了大幅度提升。
下面我们来看看 Rel-18 和 5G Advanced 有哪些重要的研究方向。一方面我们在继续提高端到端的系统性能。除了持续推动前几个版本中引入的 MIMO、IAB、移动性能增强以外,我们可以重点关注几个全新的技术领域:第一是人工智能在无线通信上的应用;第二是全双工技术的引入;第三个是绿色节能网络。
另一方面,我们也把 5G 的应用扩展到更多类型的终端,特别是新推出的、专注于扩展现实的 VR / XR 眼镜的优化和无人机通信的系统优化。下面我们会具体介绍这些方面的技术细节。
5G 和人工智能都是可以赋能各行各业的通用技术。而人工智能和 5G 的结合与互相推动更可以催生革命性的技术突破。
一方面我们开始用 AI 技术来解决无线通信中的一些传统问题,比如信道估计和反馈、毫米波的波束跟踪和预测、无线定位和感知。在这些领域,我们都看到最前沿的 AI 技术可以给传统的通信技术带来升级和革新。我们也在系统仿真和基于原型机的 OTA 实验中看到了 AI 带来的增益。人工智能会是 5G Advanced 的核心技术之一。
另一方面,我们也会让 5G 更好地赋能人工智能技术。我们知道人工智能需要大量的数据和运算,基于 4G 和 5G 的智能终端和海量物联网产生了大量的数据作为驱动 AI 的数据源,而 5G 也可以让无数的终端和云端高速相连,以便有效地运用云端和边缘云的算力来解决 AI 终端对于低复杂度和低能耗的需求。
全双工技术是另一个全新的 5G 技术方向。传统通信技术支持频分 FDD 或者时分 TDD 系统,如果在同样时间和频段上收发,收到的微弱信号会被完全覆盖于发射端的强劲信号下,所以需要非常复杂的干扰消除技术来实现。在 Rel-18 中,我们引入的是子带双工模式,比如在 TDD 的下行时段,用频谱的一部分传上行,这样可以更灵活地分配上下行资源,也可以减少因为上下行切换而产生的时延。这项技术也在高通的 OTA 测试网络里得到了验证。
5G 可以给 XR(扩展现实,包括 VR、AR 和 MR)用户提供全新的用户体验。在产品方面,高通已经推出了两代支持 XR 的专用芯片,其中 XR2 可以直接支持眼镜端的 5G 连接,同时我们也设立了总额为一亿美元的骁龙元宇宙基金来推动产业链的发展。我们在 5G Advanced 标准中积极推动针对 XR 的全面优化,包括多用户的调度支持和优化、QoS 和时延的保障、数据包重传的优化、节能优化以及用网络编码来提高可靠性和减少时延。
基于 5G 的定位拥有广阔的应用空间,也是我们在持续推动的一个技术。5G 可以解决一些卫星定位无法解决的应用场景,比如室内定位、室外高楼环境等。3GPP Rel-16 规范支持 3 米到 10 米的精度,在 Rel-17 精度提高到了 0.3m。而在 Rel-18 和之后的标准中,我们在三个方面考虑进一步升级:基于直连通信的定位、人工智能辅助的定位、以及物联网和可穿戴终端的定位。在定位方面,我们也和中国移动和中兴通讯一起做了 5G 定位的联合测试。
上面我举了几个 Rel-18 5G Advanced 的例子,而 Rel-18 还仅仅是 5G Advanced 的开始。人工智能、全双工、绿色节能网络、XR、针对可穿戴设备等的 5G 物联网、5G 卫星通信、5G 车联网和直连通信,以及智能终端的增强型宽带业务增强,都会在 Rel-19 和之后的标准规范中持续演进。
正如我在介绍每代无线通信技术研发周期时提到的,我们对于主要的技术方向都会有不断的创新和原型机的实现和验证。对于 5G Advanced 的研究,这里列举了一些我们正在做的实验:领先的 MIMO 技术和子带双工实验、基于人工智能的毫米波波束跟踪、基于 AI 的信道反馈增强、绿色节能网络、室内和室外的高精度定位、VR / XR 优化和应用演示、通过 relay 技术来实现广域物联网的覆盖增强、通过车联网和感知技术来提高汽车的安全性,以及用宽带毫米波实现的工业精准定位。
从 5G 标准的第一阶段到现在告一段落,从面向未来的 5G Advanced 到 6G,5G 还有一个长期而明确的技术演进路线。当前 5G 在全球的大规模商用为 5G Advanced 奠定了良好的商业基础。随着 5G 技术的演进,相信我们所期盼的 5G 支持万物智能互联的愿景终将实现,也相信 5G Advanced 会催生更多全新的应用、全新的终端形式和全新的使用场景。
5G 是一个庞大的系统工程,从研发、标准化、工程设计、产品推出到商用落地,融合了行业很多从业者的努力,我们非常期待和中国的合作伙伴一起共同推动 5G Advanced 到 6G 的创新和演进。谢谢大家!