就算行業花了很多的精力來渲染5G,将它作為當代技術發展的熱點來推動,但直到現在,普羅大衆對5G的感知也并不強烈。
距離消費類用戶最近的5G技術可能當屬5G手機。但至少到目前為止,大部分5G手機用戶在升級5G後,也未能感知到它在體驗層面的質變。甚至還有一些用戶為了省電,在日常使用手機時會特别關閉5G通信功能。
同時,大家也都知道,5G不僅隻與智能手機有關。安森美中國區通訊與服務器市場應用工程總監蔣懷剛在接受《國際電子商情》的采訪時說:“手機隻是衆多5G應用中的一個終端應用,其實與消費類的手機應用相比,遠程醫療手術/智能工廠/大型賽事活動/大型救災救援等工業應用,特别是智能電動汽車等新興行業,它們的蓬勃發展更需要5G技術的支撐。”
現階段,非個人用戶的5G垂直行業用例并不少見,比如,對電網而言,4G的帶寬和時延較難經濟地滿足視頻監控、機器人巡線、差動保護、三遙(遙測、遙信、遙控)的需求,而5G藉由獨立切片非常适用于這類場景。
一位不願具名的5G垂直行業技術參與者告訴《國際電子商情》,5G對于部分場景的适配,已經到了無可比拟的程度,而且這絕非市場參與者制造出的噱頭。他以5G專線為例表示,雖然5G專線現在的客戶不多,但是它的前景巨大。比如,銀行的大量分散網點要與總行通信,以往的解決方案複雜且成本高昂,而5G專線的一路切片就足以解決問題。
也許大家會好奇, 5G真正的威力是否已經施展?其發展潛力真的有傳說中的那麼神嗎?到如今,5G又發展到了哪個階段?
5G的各個發展階段具備哪些特點?讨論5G的發展階段,需要諸多數據來做支撐——還需以基站數量、5G連接數為依據。先來看一些相對抽象的數據:技術分析公司CCS Insight在今年年中預計稱,2022年5G的連接數會超過10億,相比于去年翻了一番。該機構還預計,到2026年全球5G網絡連接數約占所有網絡連接數的三分之一,連接總數将為45億。
5G在商用落地後沒多久,就遭遇了COVID-19的影響,這給5G網絡基礎設施的建設帶來了巨大的打擊。CCS Insight高級分析師James Manning Smith指出:“雖然5G在立足之年遭遇了COVID-19的沖擊,但在如今5G市場的發展已經趨于強勁。2022年,全球宏觀經濟和地緣政治環境仍不樂觀,同時還面臨着供應鍊方面的困境,但5G網絡移動用戶的增長正呈現不錯的勢頭。具體來看,5G連接數預計在今年會翻番,到年末将達到12億。”
另外,在建設進度上還有基建相關的數據可供參考。例如,根據中國工信部今年年初的一個數據:預期到2022年底,中國的5G基站數量會超過200萬。同時,工信部在《“十四五”信息通信行業發展規劃》中設定了目标——到2025年底,力争每萬人擁有5G基站數達到26個。據悉,在2020年,中國每萬人擁有5G基站數僅有5個。
英國市場研究公司IDTechEx則給出了一組階段性數據:2021年,在全球運行的5G商用服務中,有56%是在Sub-6 GHz的頻譜範圍内,幾乎所有Sub-6 GHz頻譜的基站都位于城市中。另外,大約有10%是在毫米波(>24GHz)頻譜範圍内。這組數據能夠在一定程度上體現出,全球5G發展還比較初級,不過這些數據還是不夠具體。
CCS Insight還提到,在2022年的5G連接數中,有99%的連接來自智能手機、支持蜂窩數據連接的平闆、筆記本和其他類似的設備。2022年售出的手機設備中,又有44%的手機支持5G連接,手機終端仍占較大的比重,也從側面顯示了5G的發展階段仍然較早。
從更細分的5G連接項目來看,今年5G固定無線訪問(業務節點是固定用戶終端)的連接數或将達到700萬,同比增長160%。北美供應商也在積極地提供5G高速家用寬帶,不過連接數暫時還比不上光纖/有線寬帶。
M2M(Machine-to-machine,機器到機器)和IoT應用方面,5G連接數到今年底預計将達900萬——增長率雖然相當高,但是基數相對較低,未來這一市場會有很大的成長空間。
還有另外一個觀察角度——基于3GPP發布的标準來看。 4G、5G并不是一種固定的技術,它們在随着時間的發展而向前演進。最早的5G标準是3GPP在2018年6月發布的Release 15,它是5G商用部署的基礎。此後,5G标準經過了多次更新,Release 16、Release 17相繼凍結,直到去年12月,3GPP正式确認了Release 18的内容。
3GPP标準出台的速度很快,但标準真正的商用落地,則需耗費一些時間。聯發科在今年的天玑9000發布會上才開始強調,其新一代手機的Modem(調制解調器)支持部分Release 16的新特性,其中包括載波聚合提升速率、新節能特性等等。也正是在這一時期, NSA(非獨立組網)和SA(獨立組網)在持續轉變。
全球各國的運營商都在加快5G SA網絡的部署,以更大程度達成對5G能力的支持。從SA網絡的部署中能看出5G發展的一些情況,從GSA(全球移動供應商協會)今年1月公布的數據來看:全球有50個國家的99家運營商正在以試運行、規劃或者實際部署的方式投入到5G SA網絡建設中。其中,16個國家的20家運營商發布了5G SA網絡服務,包括中國移動、Vodafone(沃達豐)、SoftBank(軟銀)、T-Mobile US、SingTel(新加坡電信)、Saudi Arabia Telecom Company(沙特阿拉伯電信公司)、Rogers(羅傑斯)、Rain和DirecTV等;有5家運營商已經布局了5G SA技術,但尚未正式發布相關服務;有25家運營商宣布對5G SA進行試用,22家運營商已進入到評估測試階段。
截至2022年1月,GSA報告了663款支持5G SA的終端設備,與2020年底相比增長了138%。在2019年底,支持5G SA的設備僅占總的5G設備的35.6%,到2020年底該占比提升到了49.7%,2021年底則達到了54.6%。
圖1:支持5G SA的不同設備的百分比 圖片來源:GSA
圖1列舉了支持5G SA的終端設備數據,其中手機占50.3%,FWA CPE(固定無線訪問設備)和模組均占20%。
中國在5G SA建設普及率方面拔得頭籌,這與我國城市人口衆多、人口密度大有很大關系,運營商也因此有更大的建設驅動力。LitePoint的業務開發總監Rox Chen說:“中國比美國有更多的FR1頻譜部署,這就讓5G SA更值得投入。”
但總的來說,全球5G SA網絡的部署速度仍然很慢。國外不少分析師都認為,在運營商的5G建設規劃列表中,讓網絡變得更加密集,以及更多地啟用C-Band頻譜,才是當務之急。這需要耗費它們不少精力和資源,5G SA網絡則屬于下一個階段的建設工作。
從目前可觀察的各項數據來看,全球的5G網絡建設都處在初期階段。除此之外,6G建設也是一個重要的觀察角度,根據3GPP的時間表,預計到2025年左右,6G開始标準化。行業普遍認為,6G技術的商用時間至少要到2030年,在這期間,5G還有較久的發展時間。
5G正在不斷地演進不同版本的5G标準規範,可明确反映出5G在各階段所能達成的不同能力。以聯發科天玑9000芯片為例,該芯片支持下行載波聚合3CC最高300MHz頻寬(3x100MHz)、7Gbps,上行則支持R16 UL增強型。另外,天玑9000具備節電特性,在連接模式下該芯片的功耗最多可降低32%。這個例子說明,5G手機還有相當大的進化空間。
随着5G技術和标準的演進,很多前期應用的遭遇的痛點也可能得以解決。智能手機這類端側設備隻是其中一環,5G不同環節的市場參與者也在嘗試解決問題。比如,在5G基礎設施方面,蔣懷剛指出:“5G單站功耗是4G單站的2-3倍。有源天線單元(AAU)功耗增加,是造成5G功耗激增的主要原因。由此也導緻了運營商的電費直線上升。”
如果單論每bit能耗,5G NR要比之前的移動技術有更大的能效優勢。但更稠密的布局、大規模MIMO(多輸入多輸出)、大帶寬以及對更多頻帶的支持,給5G網絡帶來了更大的能耗。在5G網絡的運營成本中,能耗成本已占到相當大的一部分。
因此,在标準層面,3GPP在Release 18通過了一項網絡節能的研究——這項研究旨在定義基站的網絡能耗模型,開發一種新的評估方法技術,發現關鍵性能指标,并研究在目标部署場景下達成節能的技術。
蔣懷剛從安森美的5G基礎設施相關産品層面出發談到,“5G電源模塊設計上面臨的挑戰,主要包括效率、功率密度、散熱等,這需要解決高功耗、提升功率密度等問題。所以安森美的一攬子智能電源解決方案,有高壓和中低壓矽基MOSFET、谷底導通模式的正/反激變換器控制器、PFC/LLC控制器、各種輔助電源等,還有針對5G通訊基帶的大電流解決方案,就屬于提升系統效率的組成部分。
蔣懷剛表示,随着5G基站的大規模普及,電源方案還需要更新換代。安森美正圍繞第三代半導體方面做布局,涵蓋了從基闆襯底到最終産品以及封裝相關的技術。
TI(德州儀器)也表達了相同的态度:“5G基站的部署量正在高速增長。在可持續發展的時代背景下,5G基站也會更小、更輕、更加綠色。電源方案的功耗、效率以及面積是重要影響因素。電源部分就有很大的優化空間。”TI介紹說,其既有産品就有基站電源的核心數字控制器,期望能夠助力電源方案,在效率、功率密度、動态、成本及可靠性上的全方位提升。
比如,已投産器件中的某款降壓轉換器,可以做到單顆40A且支持多顆并聯,覆蓋了大電流的應用場景。将來TI會基于結合封裝和工藝的研究,在相同或者更小的體積下實現更大的電流。這款産品還帶有PMBUS接口,可通過實時調壓來進一步處理芯片的功耗。
以上這些案例雖然過于碎片化,但是它能體現出5G通信不同環節的市場參與者,都在嘗試解決問題,也包括标準本身的演進,體現了5G技術巨大的發展潛力。
5G還在立新的Flag要理解5G的演進之路,最好從最高抽象層級的标準入手。去年12月确定的Release 18就是一次較大的跨步演進,所以又被稱作5G Advanced的首個Release版本。圖2展現了3GPP從5G到5G Advanced的演進路線。
圖2:從5G到5G Advanced 圖片來源:Xingqin Lin, Ericsson, An Overview of 5G Advanced Evolution in 3GPP Release
在最早的Release 15上,3GPP明确了5G NR(New Radio,新空口),旨在處理從eMBB(增強移動寬帶)到URLLC(超可靠低延遲通信),再到mMTC(大規模機器通信)的使用場景。
Release 16引入了多項重要更新,不僅有對現有功能的增強,也增加了新用例和部署場景。其中,關鍵提升有:對MIMO和Beam Forming(波束成形)的加強,對于DSS(動态頻譜共享)、DC(雙連接)和CA(載波聚合)、UE(用戶設備)節能等的持續強化。
Release 16的新用例和部署場景,則包括了對于IIoT(工業物聯網)與URLLC的加強支持以及未授權頻譜工作,V2X(車用無線通信技術)通信、定位服務、IAB(集成接入回傳)等等。
Release 17對MIMO、DSS、UE節能、覆蓋、定位、URLLC等做了持續加強。這個标準的新增用例和部署場景包括52GHz之外的頻帶工作、MBS(多播與廣播服務)、NTN(非地面網絡)等。《國際電子商情》認為,Release 17格外值得關注的是上行覆蓋,這原本是商用部署常見的瓶頸,所以這一版标準裡新增了針對PUSCH(Physical Uplink Shared Channel,物理上行共享通道)和PUCCH(Physical Uplink Control Channel,物理上行控制通道)擴展上行覆蓋的技術。
現階段,真正值得期待的應該是Release 18——或者說未來的5G Advanced。
5G Advanced:先進版“戰未來”Release 18是5G Advanced的首個标準,它的内容涵蓋了XR(擴展現實)和媒體服務、邊緣計算、基于AI的服務、網絡自動化等。根據3GPP的後續工作計劃,Release 18的第三階段将于2023年末凍結。而5G Advanced網絡的商用部署,預計将在2024、2025年開始。
今年,中國三大運營商、基礎設施提供商、手機OEM廠商、互聯網企業、芯片企業共同發布了《5G Advanced網絡技術演進白皮書2.0》,該白皮書中提到目前5G網絡各方面的能力都相當不足——即使現在基于網絡切片、邊緣計算、非公有網絡來服務行業完全可行,但隻有這些還遠遠不夠。
這就需要Release 18和後續更強化的5G版本。我們認為,5G的價值能真正體現在行業數字化方面,有工業互聯網、能源互聯網、采礦業、港口、醫療健康、運輸等行業,它們都需要5G網絡來提供差異化的業務體驗。比如,智能電網需要高精度的時鐘同步、高度隔離和高安全性;醫療遠程診斷則需要超低時延來實現信息實時同步……
5G Advanced需要考慮的問題比較多樣,包括針對不同行業采用公網、本地私網、各種混合網絡模式,來達成行業的業務隔離和數據安全需求,以及在網絡架構、方案等方面滿足多樣化和複雜的業務環境。
5G概念在行業剛盛行時,其實很多人并不太相信運營商吹噓的5G可适用的很多行業應用。也許現在大家對5G還是保持着謹慎的态度,但市場參與者通過技術的進化,讓大家看到了他們的決心。
5G-Advanced有三大特性:AI(人工智能)、Convergence(聚合)、Enablement(賦能)。
首先是AI。5G的應用和服務在不同行業間存在着較大的差異,這就導緻相關的網絡功能、管理和用戶行為變得多樣和複雜。随着網絡規模持續增長,就不大可能采用重手動配置的方案,AI能夠在各層級提供技術支持。
其實AI相關的條目不止一個,比如說針對NG-RAN(NG Radio Access Network,無線接入網)的AI/ML(人工智能/機器學習)——似乎在Release 17版本時期就加入了這方面的研究。還有以AI技術提升空口功能、加強性能或者減少複雜性和開銷。3GPP Release 18做這方面的研究,具體會建立一個通用的AI/ML框架,發現提升空口功能的位置、研究如何描述和定制AI/ML模型、評估AI/ML技術來理解其實際收益和複雜性、評估标準化影響等。
而聚合是指不同訪問模式、網絡的聚合。在5G時代之前,各行各業構建自己的網絡,有不同的終端、訪問模式、傳輸方法。這樣的發展路徑導緻出現了高成本、技術叠代難、發展慢的問題,因此,下一代網絡就是要做聚合。
賦能則是指在各行各業應用,5G網絡的能力持續提升,從一項基礎設施演變為使能服務,最終為各行各業提供定制化網絡。
Release 18本身着重關鍵技術闡釋,比如節能、網絡覆蓋、遷移支持、MIMO加強、頻譜彈性化使用,還有5G設備多樣化問題——包括特别加入的XR設備以及雲遊戲設備、低複雜性用戶設備、無人機等等。
當前,5G還在持續發展和進化,新标準仍在不停對現有技術做優化、并引入新的特性。5G Advanced網絡會為5G演進定義新的目标和能力,通過技術進步達成更好的社會與經濟價值。或許5G技術那些尚未成真的演示和應用,總有機會大規模普及。
本文為《國際電子商情》2022年11月刊雜志文章,版權所有,禁止轉載。免費雜志訂閱申請點擊這裡
責編:Clover.li
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