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到底该如何看待5.5G?

2022-06-16
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  前段时间是6月6日国内5G发牌纪念日,加上6月9日又是R17标准冻结,所以行业里特别热闹,活动特别多。

  这些密集的商业活动,催生了大量的新闻报道,引起了全社会对5G、5.5G、5G-Advanced、R17、R18的关注热潮。

  对外行人来说,会比较迷茫——

  什么是5G-Advanced?什么是5.5G?为什么不是6G?5.5G和5G,到底有什么不同?…

  今天,我就试着用“说人话”的方式,把5.5G的来龙去脉给大家唠清楚。

  █ 到底什么是5.5G

  5.5G,大家应该都知道了,其实就是5G和6G之间的过渡阶段。

  众所周知,移动通信技术差不多是每十年一代。

  但是,因为技术发展得实在太快,所以,整数代与整数代之间,技术差异太大。这时,就需要对中间阶段的技术进行一个命名,以显示和前代、后代的区别。

  这种玩法,早在2/3G时就开始了。GPRS就曾被称为2.5G,介于2G GSM和3G UMTS之间。还有个更离谱的2.75G,也就是EDGE。

  LTE出现的时候,因为技术指标没有达到ITU国际电联对于4G的要求,所以也被称为3.9G。后来,基于LTE,搞出了LTE-Advanced,才是真正的4G。

  在5G还没诞生之前,行业里也搞过4.5G、pre5G这样的叫法,但是时间很短,昙花一现。

  这次,基于5G的演进,人们沿用了以往的习惯,所以命名为5.5G。其实,5.5G的本质,就是5G-Advanced。


  熟悉通信行业的同学都知道,国际标准组织3GPP,是通过不停发布Release(版本),来推动技术演进研究的。每个Release包括一堆技术,大家拼命开会,讨论敲定了技术细节,然后投票通过,就算是Release的冻结。

  这个Release呢,差不多是每两年出一个。但是通信网络制式,又是每十年左右出一代。那就意味着,每一个整数代,大约要经历5-6个Release。

  

  这次出现5.5G,其实就是把R15-R17作为5G标准的第一阶段,而R18-R20作为5G标准的第二阶段,进行细分。等到R20结束后,差不多6G就该登场了(2028-2030年左右)。

  所以说,5.5G(5G-Advanced)就是5G和6G之间的过渡和衔接,大概会持续5年以上。

  5G-Advanced被正式确定为5G演进的名称,是在2021年4月。2021年12月,3GPP SA2全会通过投票,确定了R18版本的28个研究课题,相当于确定了5G-Advanced的第一波关键技术。

  小枣君掐指一算,R18冻结应该是在2023年的年底,甚至2024年的上半年(考虑到疫情的不确定性)。再加上版本冻结后,产业起码要一年时间才能成熟。

  所以,等到大家真正见到5G-Advanced落地,那也是2025年上半年的事。距今还有三年,大家不用太着急。

  

  █ 5.5G包括了什么内容?

  说完了5.5G的时间线,再来具体看看5.5G到底有什么新内容。

  其实,5.5G作为过渡,想要有什么颠覆性的变化,那是不可能的。即便是6G,目前也看不出什么“惊世骇俗”黑科技的影子。

  5.5G的主要使命,有两个:

  一是查漏补缺,把5G不足的地方修正一下、加强一下。二是新开副本,根据行业的发展变化,蹭一下热点,给6G提前踩踩雷。

  5G目前的发展情况,坦率地说,属于有喜有忧,各占一半。

  商用三年,钱砸了不少,网络也基本建起来了。160多万个站,4亿多的用户,地级市100%的覆盖率,成绩可谓亮眼,放眼全球,都是无法超越的存在。

  但是,在C端用户体验方面,用户并没有反馈明显的感知差异。5G没有获得所期望的好评,反而还背了4G限速的锅。

  在B端用户这边,5G目前仍处于落地焦灼状态,虽然行业应用案例达到2万以上,但仍以集中资源重点保障的头部用户为主。很多建设资金,也是来自政府投资。说白了,5G还是“王谢堂前燕”,没有飞入“寻常百姓家”。

  5G的问题涉及到芯片成本、外部宏观环境、企业自身管理等诸多因素,我之前专门说过,今天就不再哔哔了。

  5.5G作为5G的技术演进,也无法解决困扰5G发展的非技术性问题。所以,它只能选择视而不见,解决技术上的问题,做点能做的事情。

  技术上能做的是哪些呢?说白了,还是速度、时延、连接规模、能耗等老一套。在技术指标上继续挖潜,继续挤牙膏。

  在5G泛在千兆体验、百亿连接的基础上,5.5G将指标进一步升级,提升为:泛在万兆体验,千亿连接。

  具体来说,5G-Advanced将必须实现下行万兆(10Gbps)、上行千兆(1Gbps)的峰值速率,以及毫秒级时延、低成本千亿物联。

  为了迎合现在越来越热的定位需求(尤其是室内定位),5G-Advanced还重点强调了自己将具备更强的终端感知能力,以及高精定位能力。这些能力,意味着5G已经不再仅限于连接技术了,超过了通信的范畴。

  专家和厂商们为了体现5.5G和5G的差异,还在5G传统场景三角的基础上,又升级了一把,变成了六角。新增的是UCBC(上行超宽带)、RTBC(宽带实时交互)和HCS(通信感知融合)。

  说实在,除了HCS通信感知融合还说得过去之外,UCBC和RTBC实际上应该还是eMBB(超大带宽)的范畴。

  █ 5.5G的技术演进路线

  我们具体看看5.5G的关键技术。

  首先看看速率。速率是通信网络的第一指标,也是人们重点关注的对象。

  在目前电磁理论没有突破的情况下,5G所有的速率优势,其实都是频谱带宽换来的。

  就跟种田一样,就这么大的一块田,你不管怎么精细照料,用农药化肥、用杂家水稻,它的产量都是有限的。

  调制方式已经256QAM、1024QAM了,再往上,对信道条件要求太高,对算力算法的消耗也很大。多址复用,信道编码,该用的也都用了,基本逼近了香农极限,实在没有多少提升空间了。

  剩下唯一能做的,只能是在频谱上做文章。

  要么,搞动态频谱共享,其实就是把已有的频谱“盘活”,把3G/4G的频谱,灵活借用到5G,增强带宽。

  要么,搞载波聚合,利用共建共享,把大家手上所有的频谱聚集起来,实现带宽提升。

  为了抢频谱,3GPP还把主意打到了Wi-Fi频段上,打算在2.4GHz和5GHz这种免费频段上,抢点频谱来用。这就是5G NR-U(5G NewRadio in Unlicensed Spectrum)。

  5.5G的更大垂涎目标,是6GHz频段。这块大肥肉,谁都想要,Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7也想要,所以,争夺非常激烈。

  运营商想要实现5.5G下行万兆的峰值速率,必须将当前拥有的频谱资源,从百兆Hz级别提升到千兆Hz级别。

  从我们国家一向偏向蜂窝网络,主张国企主导的风格来看,运营商拿到国内6GHz频段的概率还是很大的。

  再加上,我们在这个范围(中频)的可用频段资源确实很少,运营商如果不抢6GHz频段,未来就没有出路。

  除了下行之外,关于速率的另外一个突出问题是上行。

  随着视频监控回传、高清影视直播回传、3D建模上云渲染等大上行业务需求的出现和爆发,通信行业专家们突然发现,自己对5G上行的需求估计不足,预留的带宽不够。

  5G的帧结构设计是可以变化的。但是,一般来说,下行和上行是8:2的关系。帧其实就是车厢,8个车厢用于向下运货,2个车厢用于向上运货。

  这是基于我们手机互联网的常用数据消费习惯决定的。大家想想就明白了,我们大部分时间都是在看视频,看网页,玩游戏,所以,下行数据量需求,明显大于上行(上传)。

  为了解决这个问题,有两个办法:一个是我以前介绍过的上下行解耦(链接),就是用覆盖能力更强的低频频段,做上行,然后高频用作下行。另一个,是在帧分配上做文章,将更多的帧用于上行,改变上下行比例。

  值得一提的是,解决时延问题,也是主要在帧和时隙上做文章。如果把帧变得更小、更灵活,相当于汽车变摩托,就可以减小空口的时延值。

  为了更灵活地实现上行、下行需求,3GPP还在传统FDD和TDD的基础上,搞灵活双工,捣鼓了XDD,也就是FDD和TDD混在一起用。例如“下行频分,上行时分”这种,把灵活性玩到极致,怎么高兴怎么来。

  “频谱换带宽”之后,不可避免要遇到覆盖问题。

  我之前文章反复提到过,频率越高的频段,波长越短,绕射能力差,覆盖距离短。2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz,一个比一个覆盖能力差,他们要抢的6GHz,覆盖更差。

  所以,要解决覆盖问题,又要做很多文章。

  目前来看,主要的研发方向,就是天线技术。

  华为的大佬说,6GHz赫兹比2.6GHz频段,在空间传播损耗上多了7个db的损耗。想要弥补这个损耗,就必须搞比现在大规模天线阵列(Massive MIMO)更牛逼的超超超大规模天线阵列。

  192/256个振子不够,直接干到700甚至1000个振子以上。通道数也要跟着飙升,192个以上。

  振子数量越多,波束赋形越厉害,把波压得扁扁的,覆盖距离就能增强。

  空口能玩的花样,真的不多。5.5G乃至6G的网络核心指标,基本上就指望频谱和帧结构,前路渺茫。

  不过话说回来,泛在万兆下行的场景到底有多少,我还是非常怀疑的。去年云宇宙爆火,带动了XR产业。即便是XR,也用不到万兆。

  万兆需求有可能存在的,我能想到的,只有全息通信。说实话,这玩意我觉得还很遥远。

  说完了无线空口,我们再来看看别的。

  承载网就不说了,传输技术一向都是自己玩的,和3GPP没啥关系,5.5G也没怎么提及。想要了解这部分知识,可以看我之前单独分析过传输技术的演进走向。

  重点再看看核心网。

  在5.5G里,核心网的发展方向还是老调重弹的“云网融合”、“云网一体”。现在算力网络很火,也有带动5G云核心网发展趋势的一些微妙变化。

  5G目前已经实现了核心网的云化、虚拟化。SBA架构已经落地成型。从效果来看,好处并不是很明显。照我个人的看法,其实还是伪虚拟化,厂商强绑定。

  运营商正在做的是,是融合。也就是说,将2/3/4G核心网,全部融入到5G云核心网里面,简化网络架构,减小网络运维负担。

  在云网融合的大趋势下,运营商很有将电信云彻底与互联网云合并的冲动,但是步子有点大,不是太敢这么干。毕竟电信业务是自己的根基,万一出问题,担不起这个责任。

  在现有云化的基础上,运营商也在考虑进一步推动云原生,希望让自己的云变得更灵活,更适合开发和测试。云原生还有一个好处,就是可以通过软件优化,进一步提升硬件资源的利用率,也就是提高投资回报率(还是为了省钱)。

  核心网深入云化,据说也是实现网络内生安全的一个前提条件。

  我对内生安全了解的不多,但是我一直觉得这个概念比较悬乎。我觉得所有的安全都应该是基于算力的,单纯从架构上进行设计改进,就能实现安全,是一件无法想象的事情。(改天专门聊一下这个话题。)

  提到云核心网,就不得不提到边缘计算。

  边缘计算是云计算算力的下沉,它给运营商打开了一个全新世界的大门。运营商们突然发现,原来自己网络的各个节点上,都可以部署算力。由此,孵化出了很多的应用场景。尤其是面对企业toB专网方向,边缘计算可以满足很多低时延、大带宽场景的要求,所以发展前景广阔。

  互联网厂商和运营商,都盯上了边缘计算这块大蛋糕,运营商手里有网,互联网厂商手里有云技术,所以互有攻守。

  有一个技术,在无线接入网、承载网、核心网都有落地,而且是现在通信行业研究的热门,那就是AI人工智能。

  AI是个万金油。它是算力的一种表现形式。

  通信领域各个环节的技术,发展到最后,都是数学和计算。例如高阶调制(1024QAM以上),例如无线网络优化、仿真,例如承载网SDN的路径规划,再例如核心网的切片编排、资源调度。

  5.5G阶段,各个通信企业会继续加强AI的投入力度。有的是为了实现更强的算法,提升网络指标,改善用户体验。有的是为了搞模型,优化网络,实现网络自管理、自主故障恢复,减少网络运维成本。也有的是为了节能省电,判断负荷变化,动态调整功率。

  未来几年,相信会有大量的“AI+通信”案例出现,网络的运维模式可能会发生颠覆性的变化。

  除了增强自身已有的能力之外,5.5G还在试图探索更多的应用领域。

  其中,就包括高精度定位、测距和感知增强。这类的需求主要来自车辆定位管理、物流跟踪以及资产管理。主要应用的方向是卫星无法覆盖的室内场景,以及卫星和其它技术无法达到的高精度场景。

  在专家们的设想中,5G不是仅仅用于通信的,还可以像雷达一样,对环境进行感知,捕捉和测算出目标对象的距离、速度和形状。这就是所谓的“通感一体化”。

  空天一体化,也是5.5G的研究重点。限于篇幅,改天专门再聊吧,先挖个坑。

  最后我想说一下无源物联网。

  前面我说过,5.5G也是要蹭热点的,元宇宙要蹭,无源物联网也要蹭。

  我以前曾经详细介绍过无源物联网(链接)。其实说白了,就是终端不带电源、电池。通过网络,去“照射”终端,让终端像公交卡RFID技术一样,感知网络的“照射”,做出反应,从而反馈数据。

  它具备低成本、零功耗、易部署的优势,将来我们所有的零售商品,都可能搭配无源物联网技术,实现商家对商品的管理。

  这个技术也没有想象得那么简单,除了空口需要更简洁的协议之外,安全认证、网络架构优化,都有很多的工作要做。5.5G潜在的竞争对手也很多,在无源物联网方面,自己不一定占优势。

  █ 结语

  好了,洋洋洒洒说了那么多,大家应该对5.5G有所了解了。它的关键技术其实还有很多,但大致方向我基本上都已经提到了。

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