技术文章
2022-11-07
回顾5G的发展历程，不难发现，随着5G标准的持续演进，许多应用痛点将有望解决。智能手机只是众多5G应用中的一环，预计在未来，5G厂商将提交出更全面的解决方案。
中国在5G SA建设普及率方面拔得头筹，这与我国城市人口众多、人口密度大有很大关系，运营商也因此有更大的建设驱动力。LitePoint的业务开发总监Rox Chen说：“中国比美国有更多的FR1频谱部署，这就让5G SA更值得投入。”
但总的来说，全球5G SA网络的部署速度仍然很慢。国外不少分析师都认为，在运营商的5G建设规划列表中，让网络变得更加密集，以及更多地启用C-Band频谱，才是当务之急。这需要耗费它们不少精力和资源，5G SA网络则属于下一个阶段的建设工作。
从目前可观察的各项数据来看，全球的5G网络建设都处在初期阶段。除此之外，6G建设也是一个重要的观察角度，根据3GPP的时间表，预计到2025年左右，6G开始标准化。行业普遍认为，6G技术的商用时间至少要到2030年，在这期间，5G还有较久的发展时间。
不同版本的5G标准规范，可明确反映出5G在各阶段所能达成的不同能力。以联发科天玑9000芯片为例，该芯片支持下行载波聚合3CC最高300MHz频宽(3x100MHz)、7Gbps，上行则支持R16 UL增强型。另外，天玑9000具备节电特性，在连接模式下该芯片的功耗最多可降低32%。这个例子说明，5G手机还有相当大的进化空间。
随着5G技术和标准的演进，很多前期应用的遭遇的痛点也可能得以解决。智能手机这类端侧设备只是其中一环，5G不同环节的市场参与者也在尝试解决问题。比如，在5G基础设施方面，蒋怀刚指出：“5G单站功耗是4G单站的2-3倍。有源天线单元(AAU)功耗增加，是造成5G功耗激增的主要原因。由此也导致了运营商的电费直线上升。”
如果单论每bit能耗，5G NR要比之前的移动技术有更大的能效优势。但更稠密的布局、大规模MIMO(多输入多输出)、大带宽以及对更多频带的支持，给5G网络带来了更大的能耗。在5G网络的运营成本中，能耗成本已占到相当大的一部分。
因此，在标准层面，3GPP在Release 18通过了一项网络节能的研究——这项研究旨在定义基站的网络能耗模型，开发一种新的评估方法技术，发现关键性能指标，并研究在目标部署场景下达成节能的技术。
蒋怀刚从安森美的5G基础设施相关产品层面出发谈到，“5G电源模块设计上面临的挑战，主要包括效率、功率密度、散热等，这需要解决高功耗、提升功率密度等问题。所以安森美的一揽子智能电源解决方案，有高压和中低压硅基MOSFET、谷底导通模式的正/反激变换器控制器、PFC/LLC控制器、各种辅助电源等，还有针对5G通讯基带的大电流解决方案，就属于提升系统效率的组成部分。
蒋怀刚表示，随着5G基站的大规模普及，电源方案还需要更新换代。安森美正围绕第三代半导体方面做布局，涵盖了从基板衬底到最终产品以及封装相关的技术。
TI(德州仪器)也表达了相同的态度：“5G基站的部署量正在高速增长。在可持续发展的时代背景下，5G基站也会更小、更轻、更加绿色。电源方案的功耗、效率以及面积是重要影响因素。电源部分就有很大的优化空间。”TI介绍说，其既有产品就有基站电源的核心数字控制器，期望能够助力电源方案，在效率、功率密度、动态、成本及可靠性上的全方位提升。
比如，已投产器件中的某款降压转换器，可以做到单颗40A且支持多颗并联，覆盖了大电流的应用场景。将来TI会基于结合封装和工艺的研究，在相同或者更小的体积下实现更大的电流。这款产品还带有PMBUS接口，可通过实时调压来进一步处理芯片的功耗。
以上这些案例虽然过于碎片化，但是它能体现出5G通信不同环节的市场参与者，都在尝试解决问题，也包括标准本身的演进，体现了5G技术巨大的发展潜力。
要理解5G的演进之路，最好从最高抽象层级的标准入手。去年12月确定的Release 18就是一次较大的跨步演进，所以又被称作5G Advanced的首个Release版本。图2展现了3GPP从5G到5G Advanced的演进路线。
在最早的Release 15上，3GPP明确了5G NR(New Radio，新空口)，旨在处理从eMBB(增强移动宽带)到URLLC(超可靠低延迟通信)，再到mMTC(大规模机器通信)的使用场景。
Release 16引入了多项重要更新，不仅有对现有功能的增强，也增加了新用例和部署场景。其中，关键提升有：对MIMO和Beam Forming(波束成形)的加强，对于DSS(动态频谱共享)、DC(双连接)和CA(载波聚合)、UE(用户设备)节能等的持续强化。
Release 16的新用例和部署场景，则包括了对于IIoT(工业物联网)与URLLC的加强支持以及未授权频谱工作，V2X(车用无线通信技术)通信、定位服务、IAB(集成接入回传)等等。
Release 17对MIMO、DSS、UE节能、覆盖、定位、URLLC等做了持续加强。这个标准的新增用例和部署场景包括52GHz之外的频带工作、MBS(多播与广播服务)、NTN(非地面网络)等。《国际电子商情》认为，Release 17格外值得关注的是上行覆盖，这原本是商用部署常见的瓶颈，所以这一版标准里新增了针对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)扩展上行覆盖的技术。
现阶段，真正值得期待的应该是Release 18——或者说未来的5G Advanced。
Release 18是5G Advanced的首个标准，它的内容涵盖了XR(扩展现实)和媒体服务、边缘计算、基于AI的服务、网络自动化等。根据3GPP的后续工作计划，Release 18的第三阶段将于2023年末冻结。而5G Advanced网络的商用部署，预计将在2024、2025年开始。
今年，中国三大运营商、基础设施提供商、手机OEM厂商、互联网企业、芯片企业共同发布了《5G Advanced网络技术演进白皮书2.0》，该白皮书中提到目前5G网络各方面的能力都相当不足——即使现在基于网络切片、边缘计算、非公有网络来服务行业完全可行，但只有这些还远远不够。
这就需要Release 18和后续更强化的5G版本。我们认为，5G的价值能真正体现在行业数字化方面，有工业互联网、能源互联网、采矿业、港口、医疗健康、运输等行业，它们都需要5G网络来提供差异化的业务体验。比如，智能电网需要高精度的时钟同步、高度隔离和高安全性；医疗远程诊断则需要超低时延来实现信息实时同步……
5G Advanced需要考虑的问题比较多样，包括针对不同行业采用公网、本地私网、各种混合网络模式，来达成行业的业务隔离和数据安全需求，以及在网络架构、方案等方面满足多样化和复杂的业务环境。
5G概念在行业刚盛行时，其实很多人并不太相信运营商吹嘘的5G可适用的很多行业应用。也许现在大家对5G还是保持着谨慎的态度，但市场参与者通过技术的进化，让大家看到了他们的决心。
5G-Advanced有三大特性：AI(人工智能)、Convergence(聚合)、Enablement(赋能)。
首先是AI。5G的应用和服务在不同行业间存在着较大的差异，这就导致相关的网络功能、管理和用户行为变得多样和复杂。随着网络规模持续增长，就不大可能采用重手动配置的方案，AI能够在各层级提供技术支持。
其实AI相关的条目不止一个，比如说针对NG-RAN(NG Radio Access Network，无线接入网)的AI/ML(人工智能/机器学习)——似乎在Release 17版本时期就加入了这方面的研究。还有以AI技术提升空口功能、加强性能或者减少复杂性和开销。3GPP Release 18做这方面的研究，具体会建立一个通用的AI/ML框架，发现提升空口功能的位置、研究如何描述和定制AI/ML模型、评估AI/ML技术来理解其实际收益和复杂性、评估标准化影响等。
而聚合是指不同访问模式、网络的聚合。在5G时代之前，各行各业构建自己的网络，有不同的终端、访问模式、传输方法。这样的发展路径导致出现了高成本、技术迭代难、发展慢的问题，因此，下一代网络就是要做聚合。
赋能则是指在各行各业应用，5G网络的能力持续提升，从一项基础设施演变为使能服务，最终为各行各业提供定制化网络。
Release 18本身着重关键技术阐释，比如节能、网络覆盖、迁移支持、MIMO加强、频谱弹性化使用，还有5G设备多样化问题——包括特别加入的XR设备以及云游戏设备、低复杂性用户设备、无人机等等。
当前，5G还在持续发展和进化，新标准仍在不停对现有技术做优化、并引入新的特性。5G Advanced网络会为5G演进定义新的目标和能力，通过技术进步达成更好的社会与经济价值。或许5G技术那些尚未成真的演示和应用，总有机会大规模普及。
