2021年的5G技术又有何新的改变？

文/陈根

4G改变生活,5G改变生产。

2019年的5G商用正式宣告了5G时代的来临。从2019年韩国率先在全球启动5G商用以来,美国、英国、中国等国家也陆续在2019年上半年宣布本国5G商用或发放牌照。自此,全球5G发展就呈高歌猛进之势。

根据GSA统计数据,截至2021年4月中旬,全球已经有68个国家或地区的162家运营商推出5G服务。5G 商用网络部署规模的加快,满足了行业用户初期需求。5G 产业生态逐步丰富,促进了 5G 应用探索的深入。

经历过去近三年声势浩大的铺陈后,2021年的5G技术又有何新的改变?

5G技术发展势头依旧猛烈

实际上,早在2015 年 6 月,ITU 在 ITU-R WP5D 的第 22 次会议上就已正式提出第五代移动通信系统(5G)的概念。5G 不仅在用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等关键能力上比前几代移动通信系统更加丰富,且能为实现海量设备互联和差异性服务场景提供技术支持。

目前,全球业界已经就 5G 概念及关键技术达成共识。5G 将进一步增强人们的移动宽带应用使用体验,并以创新驱动为理念,力求成为软件化、服务化、敏捷化的网络,并服务于智慧家庭、智能建筑、智慧城市、云工作、云娱乐、行业自动化、自动驾驶汽车等垂直行业。

毫无疑问,5G 已经成为全球移动通信领域新一轮信息技术的热点话题。当然,5G作为信息时代的关键信息技术,也对国家的数字建设具有重要作用。两年来,中国、韩国和美国作为全球5G商用第一梯队的国家,5G发展呈现出不同特点,也为后续5G应用全面铺开提供了宝贵的经验。

就我国而言,一直以来,我国都将 5G 发展作为重大战略机遇,在技术上支持国内企业开展基础技术研究。在国家战略层面,《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中三次提及5G建设与应用;今年才发布的《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,提出8大专项行动和4大重点工程,则为未来3年我国5G应用创新发展指明方向。

在行业应用方面,截至2021年5月底,我国5G基站超过81．9万个,5G终端连接数超过3．35亿户。我国5G用户体验平均下载速率为374．2Mbps,上传速率达到31．4Mbps,均为4G的10倍以上。

在技术创新方面,得益于我国移动通信产业的坚实技术基础,我国5G产业仅用1年就实现了从标准冻结到商用产品的成熟过程,独立组网产业链逐步成熟。比于过往的移动通信发展历史,我国5G应用普及已处于全球第一梯队。

相就韩国来说,韩国作为5G技术使用较早的国家。截至2021年3月,韩国5G用户累计达到1448万户,在总移动用户的渗透率达到20．4%。一方面,5G流量效应明显。当前,韩国5G用户流量超过4G用户流量, 5G用户的月户均流量在25-26GB左右,且流量使用分布较为均匀。

另一方面,韩国运营商也推出海量应用服务,积极探索 5G 在工业互联网、医疗健康、智慧交通、文化产业、机器人、城市公共安全和应急等领域的应用创新。以VR/AR为例,截至2020年底韩国LG U+一家电信运营商的应用体验数量就达到4800种。

对于美国而言,科技领域保持领先是美国一直以来的优势。2020 年3 月,美国白宫发布《美国 5G 安全国家战略》,提出了加快美国 5G 国内部署、评估 5G 基础设施相关风险并确定其核心安全原则、推动负责任的 5G 全球开发和部署等战略。

根据Omdia披露数据,2020年美国5G用户规模不大,仅为990万,受疫情的影响比之前的预测用户数有所下降。虽然美国5G用户普及速度不如中韩等国,但美国在毫米波和动态频谱共享(DSS)等技术领域相对领先,已在纽约、洛杉矶、芝加哥等多个城市进行毫米波商用部署。同时,美国三大运营商都已经提供了毫米波5G商用服务。

总的来说,尽管新冠肺炎疫情导致各国 5G 网络基础设施建设面临一定阻力,但5G建设进度仍保持了相对稳定的水平,发展呈现良好态势。

4G改变生活,5G改变生产

如果说4G改变了人们的生活,使人们得以进入全 IP 时代,移动带宽业务也因此爆发,那么5G则具有比4G更高一个量级的威力——5G改变了生产,这也是5G技术之所以为各国所看重的原因所在。

5G技术具有万物互联、高速度、泛在网、低时延、低功耗、重构安全等特点和优势。5G技术的发展使整个人类社会的生产和生活产生深刻变革,5G构建起万物互联的核心基础能力,不仅带来了更快更好的网络通信,更肩负起赋能各行各业的历史使命。

就5G对网络通信行业来说,5G 网络呈软件化、智能化、平台化趋势,是通信技术与信息技术的深度融合。软件定义的 5G,包括通过软件定义网络和网络功能虚拟化以及软件定义无线电的无线接入空口,实现 5G 可编程的核心网和无线接口。

5G 也是云化的一代,5G 的云化趋势包括基带处理能力的云化(C-RAN)、采用移动边缘内容与计算 、终端云化。C-RAN 是将多个基带处理单元(BBU)集中起来,通过大规模的基带处理池为成百上千个远端射频单元服务。

此外,5G基带处理能力是云化的虚拟资源,逻辑集中的控制增加了系统的灵活性,方便升级。C-RAN 减少了基站机房数量,可以大幅度降低建设和运维成本,同时还能大幅度降低能耗。

从 1G 到 4G 都是基于传统的蜂窝系统,形状是基本规则(六边形)的蜂窝小区组网,且是一个干扰受限系统。而结合虚拟网络运营商需求,产生了虚拟接入网(virtual RAN, VRAN)与虚拟小区的概念。

VRAN 就是可以在一个物理设备上按需产生多个 RAN实例, 5G 提供了RAN 服务。可见,传统单层规则的蜂窝小区概念已不存在,移动通信首次出现了去蜂窝的趋势,5G或将成为蜂窝变革的一代。

当前,5G 已作为新基建进一步得到党和国家的高度重视。究其原因,5G技术是新一代信息通信技术集成发展的结晶,5G网络是5G技术应用的基础保障,5G“新基建”是数字化新时代下开启万物互联、万物速联、万物智联的重要数字化基础设施。

数字经济发展与数字化转型已经成为各国竞相追逐的新领域。数字经济代表的是一种新的经济发展形态。具体而言,就是以数字化的信息资源作为关键生产要素、以新一代信息通信网络作为重要载体、以数字经济技术和数字化商业模式的广泛应用作为效率提升和经济结构优化的一系列新经济活动。

最后,相较于4G的ToC市场,5G最大的价值更在ToB市场。过去20年,我国互联网的繁荣发展主要是消费互联网的发展。区别于传统产业,消费互联网具有独特的资源整合优势。随着消费互联网红利的逐渐减退,以及“互联网+”趋势的深化发展,互联网企业逐渐向以工业为代表的传统产业渗透,而5G的商用正好使互联网进入了下半场——产业互联网。

5G超高速率和几何增长的连接密度是万物互联的基础保障,使工业互联网的应用覆盖全产业链、生产全过程成为可能。在化工、机械、电力等行业,许多企业已经依靠5G技术实现了工业互联网对供应链管理、生产过程实时远程控制、设备协作、柔性制造、库存管理、交付管理等生产全过程的贯穿,使资源配置效率、生产效率和产品质量显著提升,同时还有效降低了企业的运营管理成本。

可以看到,5G并非噱头,而是成为一种已经真实出现,有自身技术局限、产业优势和产业逻辑的新技术体系,并持续影响着人们的生产和生活。

5G技术,还需“进化”

虽然各国均在积极推动 5G 的应用发展,但目前 5G 应用创新仍然面临全球产业标准不成熟、 R16 版本产品仍在研发中、行业融合技术与标准不完善、行业数字化水平较低、用户对 5G 认知不够、跨领域应用开发仍有差距等问题,产业发展任重道远。

尽管全球主要国家正在积极推进基于 R15 版本的 5G网络向 SA(独立组网)架构升级,但目前 SA 终端的成熟度仍然不够,网络切片、边缘计算技术方案仍需进一步完善。

虽然 R16 标准已经冻结,但是移动通信技术从标准制定完成到设备研发、网络升级、终端生态普及以及广泛应用等过程需要经历一段时间。这是技术和产业发展的基本规律,5G 技术和产业的发展也需要一个长期的过程。

与此同时,行业应用相关技术标准仍需进一步完善。一方面,5G 能力的开发与应用,需要与物联网、云计算、人工智能等技术紧密协同,软件定义、虚拟化、云化、开放化的 5G新技术方向的引入或将带来新的安全风险。

另一方面,垂直行业领域自身存在短板,高清视频、AR/VR 等支持 5G融合应用发展的技术、生态成熟度有待提升,如 8K 编解码技术、智能驾驶算法、工业场景应用模式等问题仍待解决,典型应用场景的标准也需加快制定。

网络方面,5G 网络覆盖率有待提升。5G 融合应用的快速发展需要 5G 网络更大范围部署,目前 SA 模式基站覆盖效果有限,基于 NSA 模式的 5G网络对部分海量连接和低时延场景应用支撑不足。

随着行业用户对 5G 网络需求的不断提升,现有网络已明显无法满足各类行业的需求,亟需持续探索网络切片、网络专网、智简网络等 5G 建设新模式,夯实 5G 应用发展基础。产业方面,5G 产业链仍然存在薄弱环节,射频芯片、中高频器件等通信核心环节以及工业基础存在技术短板,需要政府和产业界共同努力和突破。

终端方面,个人和行业终端市场都存在发展瓶颈。在促进新型信息消费和国家内循环经济发展背景下,市场上缺乏类似于 4G 时代的抖音短视频、微信等典型应用,个人消费类终端款型虽然多,但尚未出现现象级终端。

此外,用户对 5G 认知不够,行业数字化能力不足,适应 5G特点的业务仍待开发。在深入理解5G 技术、大带宽业务和行业痛点的基础上,需要共同探索解决方案,同时也需打破传统产业固有的利益分配模式,形成新的商业模式。

5G 应用是人类社会由互联网时代迈向万物互联时代的重要一步,5G对通信行业和整个社会都带来极大的机遇。但是,正如 5G 对社会带来巨大变化一样,5G 的应用同样面临挑战。总的来说,未来虽然不是坦途,但一定足够精彩。