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5G-Advanced技术及应用展望.pdf
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1、主题聚焦:5G-A/6G技术及应用展望255G-Advanced技术及应用展望摘要 作为5G的演进和增强,5G-A的技术创新和业务应用已经逐步进入商用阶段。5G-A发展对建设数字中国有着重要的作用,将进一步深化我国数字化转型升级。文章重点介绍5G-A的关键技术及进展,包括关键技术对应的场景、原理、价值和标准的进展,通过这些关键技术将构建先进的、绿色的5G-A网络能力。文章还简要介绍6G全球的初步发展和5G-A全球产业及应用的发展,并阐述5G-A在联人、联家、联行业、联车以及通感一体等新应用的产业链发展情况,这些新业务和新应用将为我国数字化转型和创新提供新的动力。5G-A是5G发展到6G的必由之
2、路,文章最后倡议5G-A产业链各个环节积极准备,共同迎接5G-A商用成功。关键词 5G-Advanced;通感融合;无源物联;网络节能;多频段服务小区;毫米波;智能空口;RedCap杨超斌 高全中 陈传飞 唐臻飞华为技术有限公司 深圳 5181291 5G-A简介5G网络的部署正在全球范围内取得显著进展。截止到2024年1月,全球运营商已部署300多张5G网络1,覆盖超过14亿用户。随着5G的持续发展和商用,国际标准化组织3GPP确定了5G-Advanced(简称5G-A)作为5G下一阶段演进,开展了研究和标准化工作2。当前3GPP5G-A第一个版本Rel-18标准化工作已接近尾声,主要特性基
3、本已完成标准化,计划于2024年年中发布。2023年12月,3GPP确定了5G-A第二个版本Rel-19的特性,启动Rel-19标准化3。5G-A将带来十倍能力提升,对终端销售、网络建设和上层应用的经济贡献累计将带来数字消费升级;5G-A的确定性体验将助力智能网联汽车和智能制造产业升级,智能网联汽车提升交通效率;URLLC增强将助力工信部完成万家5G全连接工厂的建设目标4。同时,5G-A新增能力通感一体、无源物联将拓展低空经济、现代物流新兴产业,提升物流配送效率,可以预见5G-A新技术和新能力将打开数万亿市场新空间。面向未来智能社会,基于大模型的生成式AI将重构各行各业,无线网络将是智能社会随
4、手可及的基础。大力发展5G-A,一方面构建国家通信产业新型基础设施的领先地位,同时也是夯实我国未来6G标准和商用领先全球的关键。2 5G-A关键技术及进展过去3年,产业界持续开展5G-A的驱动力、愿景、应用场景和网络能力讨论,逐步形成了对5G-A网络关键特征的产业共识,即“下行万兆、上行千兆、千亿联接、内生智能”。产业界普遍认为5G-A分为三个阶段,即Rel-18、Rel-19和Rel-205。第一个标准版本Rel-18在2021年年底立项,经过2年多的标准化,即将在2024年上半年冻结。与此同时,2023年12月,国际标准化组织3GPP召开了RAN#102次会议,确定了5G-A第二个标准版本
5、Rel-19的首批项目,这标志着5G-A技术研究和标准化将进入关键的第二阶段。接下来,本文将重点介绍Rel-18和Rel-19的关键技术,并展望Rel-20。这些关键技术不仅是解决当前复杂主题聚焦:5G-A/6G技术及应用展望26技术问题和应对未来技术挑战的有效工具,也成为未来5G-A应用发展的坚实基础,将为推动5G-A新应用和创新提供动力。2.1 5G-A R18关键技术介绍R18在2023年12月完成了物理层协议工作,标准化工作基本完成。R18标准协议作为5G-A的第一个版本,主要支持以下十大关键新特性。1)多频段服务小区(Multi-BandServingCell,MB-SC):运营商普
6、遍拥有多段离散的频谱,MB-SC技术将多个离散频段通过一体化全信道的设计,包括一体化调度、快速激活与去激活,实现全频谱融合成一个虚拟大载波,可获得接近50%的用户体验提升。2)灵活频谱接入(FlexibleSpectrumAccess,FSA):针对运营商多段上行频谱,原有的技术只能通过半静态的小区重配置、小区切换等方式使用对应的上行频谱,这种方式时延大,会导致网络上行频谱资源利用率低、用户体验差。5G-A灵活频谱接入技术通过配置、激活、传输能力解耦,使典型智能终端可以同时接入配置更多上行频谱资源,网络基于各频段的业务量、帧配置和信道等条件动态智选配置频段的子集,并相应地切换用户射频链路进行传
7、输以适配各频负载、上下行配置和信道,高效使用各频谱资源进而提升系统容量和用户体验速率。3)网络节能:根据移动通信网络业务在时域/频域/空域/功率域等多个无线资源维度的分布特征,以及网络负荷状态变化的情况,在保证预定指标的前提下,通过性能近于无损的多维智能化节能机制。5G-A标准协议引入了空时频动态关断使能基站深休眠、浅休眠等多种休眠态,最大化基站关断效果,逼近0比特0瓦特绿色节能。4)超大阵列MassiveMIMO(ELAA-MM):多天线阵列演进的必然趋势是走向更大规模天线阵列,实现上下行覆盖能力提升,支持空口更大的容量。在ELAA-MM下为了满足提升空分复用性能,5G-A标准协议引入了24
8、个正交端口的导频等关键技术,可使得MIMO的传输容量翻倍。5)多小区相干联合传输(MultiCellCoherentJointTransmission,MC-CJT):变干扰为有用信号,多小区进行相干的联合传输,以用户为中心极大改善小区边缘用户体验;5G-A标准协议引入了多小区联合信道测量的码本,使得基站获取终端多小区的联合信道,实现多小区相干联合传输。6)大上行传输:上行多站联合接收和上行8天线传输,标准协议增强了上行DMRS和SRS,进而提升上行空分复用的容量;多个终端聚合用来传输一个业务,可进一步提升小区高速率的业务覆盖,从而达成上行千兆。7)XR(ExtendedReality)端到端
9、确定性体验保障:在移动网络中,有限的时频资源、信道的时变特性以及业务到达的随机性使得确定性QoS难以保障。5G-A标准协议引入基于QoS分层传输(LayeredQoS),应用获得网络状态信息,调整信源编码方案,匹配网络能力,避免网络拥塞和丢包造成的用户体验急剧下降,通过跨层业务编排来保障端到端确定性。8)低功耗高精度定位(LowPowerHighAccuracyPositioning,LPHAP):定位在车联网和智能工厂等垂直行业中是一种刚需能力。基于载波聚合的超宽带定位技术,将多个载波带宽聚合的方式提高定位精度。其基本出发点是通过传输和接收多个载频上的定位信号,利用PRS/SRS载波带宽聚合
10、的方式,提高对信号到达时间的测量精度。9)低成本物联eRedCap:eRedCap将进一步降低物联终端成本。eRedCap一方面通过降低带宽、天线数、调制方式等,降低终端的成本;另一方面,也继承了5G的大容量、低时延能力。10)L1/L2移动性增强:由于终端移动,终端需要进行切换,重新选择服务小区。传统方式是通过半静态的切换完成。L1/L2移动性增强通过网络配置终端多个候选小区,通过L1/L2的信令,使得终端在移动时可以动主题聚焦:5G-A/6G技术及应用展望27态在候选小区中进行切换,减少小区切换时延,提升移动性体验。除上述5G-A十大关键新特性,R18也完成了其他5G特性的标准化工作,包括
11、QoS增强、IAB增强、SDT/MDT增强、MBS增强、NTN增强、覆盖增强、Sidelink增强等。2.2 5G-A R19关键技术及R20展望R19首批项目在2023年12月举办的第102次RAN全会上正式确定3。作为R18的进一步演进,R19在超大阵列MassiveMIMO、多小区相干联合传输MC-CJT、网络节能等方向进一步增强。更重要的是,R19还将开启关键的新方向,包括通感一体、无源物联(PassiveIoT,P-IoT)、多模态XR及端管云协同、毫米波空口演进、高低频协同、子带全双工、智能空口新范式等关键技术。下面将详细介绍这些新方向。1)通感一体通信感知一体化是5G-A和6G的
12、新发展方向,包含无人机感知、道路感知和水域感知等多个应用场景。5G-A和6G使能通信与感知功能共设备、共频谱、共空口和共站址部署,让通信网络衍生出极具竞争力的感知能力。为此,3GPPRANR19将启动通信感知融合的信道建模研究。通感信道模型首先聚焦0.552.6GHz频段,包括6种感知模式,即单基站感知、单UE感知、基站基站感知、基站UE感知、UE基站感知以及UE-UE感知。同时3GPPSA也将启动无线网络架构的研究工作,包括支持感知的网络架构和功能增强、业务认证和撤销、感知数据信息的收集和传输以及感知业务调用等。2)无源物联无源物联技术可支持终端免电池工作,是未来蜂窝物联网达成千亿绿色连接的
13、使能技术。无源物联在工业制造、物流、能源、医药、畜牧等行业数字化领域具有良好的应用前景,是构建5G全场景物联的关键一环,将为5G网络提供千亿新增链接。现有的无线通信设备大多是由电池供电,需要手动更换或充电。但大量新的市场,需要新的物联网技术来支持没有储能功能的无电池设备,或者具有不需要手动更换或充电的储能功能的设备。P-IoT设备可以从基站的无线电波或周围环境中获得能量,产生1W到几百W的功率,满足各行各业的自动化和数字化的超大规模物联应用。Rel-19将研究和标准化P-IoT关键技术,包括全新物理层和极简协议栈,使能无源物联。3)多模态XR及端管云协同5G-A时代,全场景多模态多感官的沉浸式
14、体验将开启人联全新应用场景。多模态多感官包括听觉、视觉、触觉等全感官沉浸式体验,将成为构建元宇宙全场景的关键基础设施之一。5G-A持续演进旨在构建和提升沉浸通信保障的网络能力:一是通过端管云协同,网络感知业务来提升管道有效性,同时根据网络能力快速调整业务保障沉浸体验;二是多个模态间的业务相关调度增强与移动性增强等,提升管道容量,保障移动性下终端体验。4)毫米波空口演进毫米波频段是5G-A时代的重要频段,具有带宽大(单运营商可达上GHz带宽)、时延低以及定位感知精度高等高价值优势。当前毫米波的主流应用场景包括热点覆盖、FWA、定位、感知以及工业控制等。为充分发挥毫米波的频谱价值,5G-A毫米波应
15、持续提升覆盖,迈向广域eMBB连续组网。关键技术方向包括:高集成度天线阵列设计达成极高阵列增益;测量与数传波束解耦实现宽测窄传功能;射频非理想对抗技术提升覆盖能力,降低终端功耗等。Rel-19毫米波通过更有效率的终端与网络协同的波束管理,大幅降低波束管理开销,降低终端功耗,充分发挥毫米波大阵列天线优势。5)高低频协同全球各大运营商在5G-A时代,将同时拥有毫米波和Sub7GHz频段。这两个频段具有不同特点:高频带宽大,但是体验容易受到信道阻塞或者移动性的影响;低频上行覆盖好,但是带宽小。因此,高低频紧密协同主题聚焦:5G-A/6G技术及应用展望28能够最大程度地利用多频优势并最大化用户体验。典
16、型场景下,用户主要驻留在低频主小区,高频辅小区按需激活。由于高低频信道之间具有一定的信道相关性,基站可通过用户的低频信道推测出高频的最优波束集合,从而降低高频辅小区的激活时延,提升体验速率。Rel-19高低频协同通过更灵活的高低频低时延波束管理,在保证终端与网络低功耗的同时,提升用户的体验速率。6)子带全双工(Sub-BandFullDuplex,SBFD)5G帧结构的设计主要是TDD和FDD两种双工方式。其中,固定TDD配比帧结构会引入空口等待时间,从而增加端到端时延;且TDD的上行时隙比例少,导致上行覆盖显著小于下行覆盖;FDD帧结构不存在TDD空口等待时间,但频谱资源的使用灵活度受限,而
17、且缺少上下行互易性特征,降低了可靠性和容量。基于这些问题,5G-ARel-19将标准化子带全双工,使得在同一个OFDM符号上既有下行又有上行。这样一方面,高层到达的下行数据随时能够传输,并且其HARQ能够随时反馈无需等待;另一方面,上行传输的数据也能够随时传输。这大大降低了业务传输的空口时延和反馈重传时延,上行的感知速率可大幅提升。7)智能空口新范式无线网络和人工智能AI技术相结合,将给5G-A带来更多的智能空口新范式,使能无线网络迈入智能时代。从空口技术看,通过数据驱动设计极简高效智能空口,定义统一的智能空口框架,实现数据最大化利用和端到端网络性能的极致性能。通过设计AI模型的自适应、自学习
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