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| 本文作者： 包永剛 | 2022-04-15 19:01 |
蘋果新品將支持衛(wèi)星通訊的傳言已經(jīng)幾次引發(fā)廣泛討論，實(shí)際上，這一功能的實(shí)現(xiàn)并非遙不可及。
今年3月下旬3GPP完成了全球5G標(biāo)準(zhǔn)的第三個(gè)版本——Release-17的功能性凍結(jié)。在Rel-17標(biāo)準(zhǔn)中，就引入了衛(wèi)星通信的新特性。除此之外，Rel-17的直連通信，將支持任意類型的兩個(gè)終端直接通信，也就是說你手中的智能手機(jī)可以像對講機(jī)一樣使用，但比對講機(jī)更加高級。
Rel-17還將更高效地支持更低復(fù)雜度的物聯(lián)網(wǎng)終端，帶來厘米級精度的定位，更好滿足XR（擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）的需求。很多人都會(huì)期待高鐵上不斷網(wǎng)，5G手機(jī)更好的續(xù)航表現(xiàn)也將一一實(shí)現(xiàn)。
這背后，藏著哪些5G黑科技？
5G演進(jìn)的第一階段完成
移動(dòng)通信技術(shù)大約每十年更新一代，在這十年中，每一代移動(dòng)通信技術(shù)都會(huì)持續(xù)的演進(jìn)和完善。Rel-17是5G的第三版標(biāo)準(zhǔn)，也是5G完成第一階段演進(jìn)的標(biāo)志。接下來的第二階段，5G標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)有Rel-18/1/20第二階段，也稱作5G Advanced階段。
5G在2019年商用時(shí)是基于5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本Rel-15，側(cè)重點(diǎn)在于增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）的提升，也是5G演進(jìn)的奠基石。
5G第二個(gè)版本標(biāo)準(zhǔn)Rel-16的重點(diǎn)在于，推動(dòng)5G向行業(yè)的擴(kuò)展，比如在這一版本的標(biāo)準(zhǔn)中，引入了對免許可頻譜（NR-U）的支持。也就是說，除了國家分配給運(yùn)營商的許可頻譜外，在免許可頻譜也能支持5G應(yīng)用，增強(qiáng)了5G應(yīng)用的靈活性，并且Rel-16新增了全新的直連通信和定位等功能。
Rel-17作為Rel-16的延續(xù)，從多個(gè)方面推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，包括容量、覆蓋、時(shí)延、能效和移動(dòng)性。一些關(guān)鍵領(lǐng)域的提升包括：
進(jìn)一步增強(qiáng)的大規(guī)模MIMO：Release 17中的這一項(xiàng)目專注于為部分關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域帶來增強(qiáng)特性，包括增強(qiáng)的多TRP（發(fā)射和接收點(diǎn)）部署和增強(qiáng)的多波束運(yùn)行，在SRS（探測參考信號）觸發(fā)或切換，以及CSI（信道狀態(tài)信息）測量或報(bào)告方面帶來提升。
覆蓋增強(qiáng)：針對Sub-7GHz、毫米波和非地面網(wǎng)絡(luò)的多樣化部署，Release 17為上行控制和數(shù)據(jù)信道設(shè)計(jì)引入多個(gè)增強(qiáng)特性，比如增加重傳次數(shù)以提升可靠性，以及跨多段傳輸和跳頻的聯(lián)合信道估計(jì)。
終端節(jié)電：為了進(jìn)一步延長移動(dòng)終端電池續(xù)航，Release 17為處于空閑態(tài)/非活躍態(tài)模式和連接態(tài)模式的終端帶來節(jié)電增強(qiáng)特性。比如，該特性支持減少非必要的終端尋呼接收，無線鏈路的終端測量放松以及其它全新功能。
頻譜擴(kuò)展：Release 17中的另一個(gè)重要項(xiàng)目就是擴(kuò)展現(xiàn)有的5G NR設(shè)計(jì)，從而將毫米波頻譜范圍從24.25—52.6GHz擴(kuò)展至高達(dá)71GHz，3GPP也稱其為FR2-2頻段。該特性包括支持全球60GHz免許可頻段，助力催生新用例和新部署。
增強(qiáng)的IAB和簡單中繼器：針對更高效的5G部署，尤其是毫米波部署，Release 17中增強(qiáng)的IAB（集成接入與回傳）支持同時(shí)收發(fā)（即空間分離全雙工）；此外Release 17還引入了簡單中繼器（即放大和轉(zhuǎn)發(fā)中繼），成為具備成本效益的基礎(chǔ)設(shè)施新選項(xiàng)，幫助擴(kuò)大FDD和TDD的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
進(jìn)一步增強(qiáng)的URLLC、企業(yè)專網(wǎng)和其它用例：Release 17持續(xù)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等嚴(yán)苛應(yīng)用帶來更好的支持，為URLLC（超可靠低時(shí)延通信）引入全新增強(qiáng)特性，比如增強(qiáng)物理層反饋，提升免許可頻譜兼容性，終端內(nèi)復(fù)用和優(yōu)先級排序等功能。
用通俗易懂的話來解釋，進(jìn)一步增強(qiáng)的大規(guī)模MIMO能夠在用戶移動(dòng)的時(shí)候信號和連接更加穩(wěn)定，并且能夠減少延遲。覆蓋增強(qiáng)和終端節(jié)電都比較容易理解，從通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)部署多方面實(shí)現(xiàn)更好的信號覆蓋。
頻譜擴(kuò)增也容易理解，但這里再重點(diǎn)介紹。移動(dòng)通信最重要的資源就是頻譜，5G商用之初，頻段就已經(jīng)包括低頻的6GHz以下，以及高頻的毫米波頻段。到了Rel-17，低頻頻段最高可以到7.125GHz，毫米波頻段分為兩個(gè)部分，一個(gè)是FR2-1，這是Rel-15、Rel-16中定義的毫米波，最高能到52.6GHz；另一個(gè)是Rel-17新擴(kuò)展的FR2-2，從52.6GHz到71GHz的頻段。
也就是說，Rel-17開始，5G的頻譜準(zhǔn)確的說法是Sub 7GHz和毫米波頻譜。
高通公司中國區(qū)研發(fā)負(fù)責(zé)人徐晧博士介紹，“以前的毫米波頻段FR2-1能夠提供800MHz的帶寬，現(xiàn)在FR2-2的帶寬可以高達(dá)1.6GHz，甚至還可以到2GHz。”
更大的帶寬就像是擁有更寬的高速公路，能夠?qū)崿F(xiàn)更高速率，有助于進(jìn)一步增強(qiáng)超可靠低時(shí)延通信，也能實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用。
一般來說，從標(biāo)準(zhǔn)完成到產(chǎn)品商用大概需要1-2年時(shí)間。目前只是Rel-17完成了功能凍結(jié)，要等今年六月份Rel-17的ASN.1凍結(jié)，也就是Rel-17所有的細(xì)節(jié)全部確定，Rel-17所有的標(biāo)準(zhǔn)才算完成。
由此推算，支持Rel-17的商用產(chǎn)品最早要2023年下半年才能商用，但Rel-17能夠帶來的全新應(yīng)用非常值得期待。
值得期待的5G新應(yīng)用
衛(wèi)星通訊
對于普通用戶而言，Rel-17中引入的面向非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）的5G NR支持或許最能吸引大家的興趣。衛(wèi)星通訊分為很多類型，包括同步衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星等。
面向非地面通信的5G NR主要支持兩種類型的終端：一種是基于CPE的衛(wèi)星回傳通信，比如在房屋外接收衛(wèi)星電視信號的衛(wèi)星接收器；另一種是與手持設(shè)備的直接通信，比如智能手機(jī)、支持eMTC和NB-IoT功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
“衛(wèi)星離地面的距離非常遠(yuǎn)，所以這兩類終端只能支持低速率服務(wù)，但也很有意義。”徐晧表示，“比如在沒有信號覆蓋的地區(qū)，可以通過智能手機(jī)發(fā)出呼叫信號，告訴衛(wèi)星發(fā)出信號的主體和所在的位置。或者在比較荒涼的地區(qū)，有森林防火或者天氣預(yù)測的通信需求，在這些地區(qū)安置一些可以與衛(wèi)星連接的傳感器，而實(shí)現(xiàn)對此前蜂窩網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋地區(qū)的通信支持。”
衛(wèi)星通信更重要的價(jià)值在于可以覆蓋地球上幾乎所有的位置，是作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的支持，高速率低時(shí)延的5G通信主要還是要依靠蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
高鐵通信
5G商用之后，就已經(jīng)有對于高速移動(dòng)設(shè)備的支持，但實(shí)際的體驗(yàn)還不夠好。這是因?yàn)椋芏嗳嗽诟哞F上手機(jī)連接的是附近的基站，高鐵突然加速出發(fā)之后，沒有及時(shí)地切換到高鐵沿線的基站上就容易掉包。
Rel-17定義了一個(gè)優(yōu)先級，可以告訴手機(jī)在高速移動(dòng)的情況下優(yōu)先切換到高鐵沿線的基站，這樣就能在高速移動(dòng)的高鐵上獲得更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。
直連通信
Rel-16首次引入了直連通信功能，直連通信的意思是，終端之間沒有通過基站進(jìn)行的通信，但Rel-16的直連通信僅限于車與車之間的通信。
直連通訊和對講機(jī)有相似之處，但更加高級。
對講機(jī)需要按一下才能講，但在直連通信下，雙方可以同時(shí)交流。把兩個(gè)對講機(jī)調(diào)到一個(gè)頻道上就可以通信；但是直連通信更靈活，既可以通過基站來建立連接，也可以由兩個(gè)支持直連通信的手機(jī)互相找到對方然后進(jìn)行連接。
Rel-17進(jìn)一步擴(kuò)展了直連通信功能，支持任意類型的兩個(gè)終端（比如手機(jī)和手機(jī)、手機(jī)和手表或手機(jī)和眼鏡）之間的通信。
直連通信有很多應(yīng)用場景：比如公共安全用例，如果基站因?yàn)榈卣鸷突馂?zāi)等因素不能正常工作時(shí)，用戶可以通過手機(jī)和手機(jī)之間的直接通信與失散的家人及時(shí)取得聯(lián)系；在物聯(lián)網(wǎng)場景下，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)終端在不連接基站的情況下直接通信，節(jié)約更多資源；再比如不同用戶在一個(gè)房間內(nèi)打游戲，如果終端可以在不連接到基站的情況下進(jìn)行直連通信，就能實(shí)現(xiàn)更高速率、更低時(shí)延以及更低功耗。
據(jù)雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))了解，Rel-17針對之前版本的直連通信做了很多優(yōu)化，比如增強(qiáng)節(jié)電特性和改進(jìn)資源分配等。關(guān)于資源分配有一個(gè)很好的例子，在Rel-16版本中，A汽車需要預(yù)先知道哪些資源空閑了才能進(jìn)行下一步傳輸，從而避免通信干擾和沖突；在Rel-17中，A汽車可以隨機(jī)選一個(gè)資源進(jìn)行傳輸，如果無法直連通信再監(jiān)測看看是否有其它合適的空閑資源，這樣就不需要檢測一遍所有資源再做選擇，從而改進(jìn)資源分配、降低功耗并提高可靠性。
Rel-17針對直連通信的另一項(xiàng)優(yōu)化是引入了直連通信中繼，可以實(shí)現(xiàn)更大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。比如，當(dāng)A手機(jī)無法與最近的基站相連時(shí)，A手機(jī)可以通過與在基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的B手機(jī)進(jìn)行直連通信，從而使A手機(jī)最終連接到基站。
徐晧告訴雷峰網(wǎng)，“直連通信適合距離比較近的應(yīng)用場景，因?yàn)樗鼈鬏數(shù)姆秶邢蓿臼菐装倜字畠?nèi)的比較小范圍，具體范圍和是否是視距傳輸（Line of Sight）以及具體傳播環(huán)境有關(guān)。直連通信的速率也和傳輸距離有關(guān)，距離越近、衰減越小、速率越高。直連通信可能催生一系列變革性應(yīng)用。”
無界XR
XR包含了AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、MR（融合現(xiàn)實(shí)）三種技術(shù)，XR也被視為進(jìn)入元宇宙的入口。Rel-16中就已經(jīng)有針對XR的研究；Rel-17進(jìn)一步XR用例的流量需求，比如往返時(shí)間、單向包延遲預(yù)算和誤包率等。
徐晧指出，“相比手機(jī)等終端，XR終端是全新定義的終端類型。目前對這類終端所需的數(shù)據(jù)包、掉包率與用戶體驗(yàn)之間的關(guān)系都還不夠了解，因此需要對這類終端的流量需求和評估方法進(jìn)行探索，同時(shí)對這類終端的性能進(jìn)行評估。目前，基于5G NR的XR已經(jīng)納入了Rel-17的研究項(xiàng)目，在Rel-18及未來版本中還會(huì)繼續(xù)推進(jìn)技術(shù)演進(jìn)和增強(qiáng)。”
除上述應(yīng)用，Rel-17為了高效地支持更低復(fù)雜度的物聯(lián)網(wǎng)終端（比如傳感器、可穿戴設(shè)備、視頻攝像頭），將5G NR設(shè)計(jì)帶寬（100MHz）縮窄至Sub-7GHz頻段的20MHz和毫米波頻段的100MHz。在絕大部分Sub-7GHz新頻段（比如n77、n78、n79、n41等頻段），傳統(tǒng)5G NR終端通常需要配備四根接收天線；而這一項(xiàng)目將NR-Light終端的接收天線數(shù)縮減至一根或兩根。該項(xiàng)目還支持能效提升，以及支持RedCap終端與其它5G NR終端共存。
Rel-17也進(jìn)一步提升了5G定位，滿足包括厘米級精度在內(nèi)的更為嚴(yán)苛的用例需求。同時(shí)增強(qiáng)了其它增強(qiáng)特性，比如降低定位時(shí)延，提高定位效率以擴(kuò)展容量，以及實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）輔助定位性能。
RedCap或NR-Light、非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）、擴(kuò)展直連通信、增強(qiáng)的精準(zhǔn)定位、擴(kuò)展廣播/多播、無界XR之外，Rel-17還有許多較小的5G系統(tǒng)增強(qiáng)特性項(xiàng)目，包括增強(qiáng)的多無線電雙連接、多SIM卡支持、更高階調(diào)制、零星數(shù)據(jù)傳輸、體驗(yàn)質(zhì)量、數(shù)據(jù)采集和RAN切片等。
5G的殺手級應(yīng)用
5G的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)演進(jìn)到第三個(gè)版本，為何還沒有出現(xiàn)殺手級應(yīng)用？“殺手級應(yīng)用需要一定的時(shí)間來醞釀，比如說當(dāng)時(shí)做3G的時(shí)候，數(shù)字通信已經(jīng)出來了一段時(shí)間，智能手機(jī)的推出才帶來了真正的殺手級應(yīng)用。” 徐晧表示，“基于5G的技術(shù)優(yōu)勢，我們也看到了很多有潛力的應(yīng)用，比如XR應(yīng)用，手機(jī)端觀看4K或者8K視頻直播也是很好的應(yīng)用，5G毫米波應(yīng)用也值得期待，另外一個(gè)比較好的應(yīng)用是5G醫(yī)療應(yīng)用。”
5G的愿景是改變社會(huì)，這也意味著5G將會(huì)變得無處不在，要從手機(jī)拓展到各種垂直應(yīng)用之中，這其實(shí)也是Rel-17特性重點(diǎn)支持的應(yīng)用，但5G與垂直行業(yè)的結(jié)合需要更長時(shí)間。
“每個(gè)行業(yè)都有自身的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，改變這個(gè)行業(yè)中的產(chǎn)品需要一些時(shí)間。比如，5G可以提供高可靠、低時(shí)延的連接，但真正要改變行業(yè)中的機(jī)器人應(yīng)用，還是需要有一定的時(shí)間來將5G與行業(yè)應(yīng)用做結(jié)合。”徐晧指出。
通信技術(shù)作為實(shí)體世界、虛擬世界、數(shù)字世界這三個(gè)世界之間的交互，以及實(shí)現(xiàn)元宇宙最核心的技術(shù)之一，需要不斷演進(jìn)。自然需要整個(gè)業(yè)界的不斷努力和貢獻(xiàn)，比如在Rel-17中，高通貢獻(xiàn)了五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明：毫米波擴(kuò)展、引入RedCap（NR-Light）終端、終端增強(qiáng)、引入非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）的支持（主要指衛(wèi)星通信）、引入對拓?fù)鋽U(kuò)展的支持。
5G Advanced時(shí)代即將到來，6G標(biāo)準(zhǔn)的討論也將在2025年左右開始討論。5G的殺手級應(yīng)用到底是什么？
注，文中配圖來自高通
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