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5G标准迎来上半场收官之作,新杀手级应用可能蕴藏其中

2022-07-04 14:48
作者丨周雅
封面丨Mohamed Hassan

全球5G标准又有大动向:

北京时间6月9日,在匈牙利布达佩斯召开的3GPP RAN第96次会议上,5G R17标准正式冻结。这意味着,5G标准演进的第一阶段圆满结束(即5G R15、R16、R17的标准已完成)。
都说时间检验真理,那么把时间套用到无线通信界,或许也能看出5G进化的底层逻辑。3G启动从2000年伴随新世纪的曙光到来,4G的发令枪打响于2010年,5G的元年可从2020年算起——在这样的节奏下,相信谁都能看出一个共识:无线通信标准这件事,每十年就会按部就班、守着年历演进。不过事实真如此吗?
先说结论,标准的演化并非不鸣不飞,只等到一个年代节点,才一鸣惊人。实际上,标准迭代工作是循序渐进的,且在这过程中,经常会出现一些——剧透。
在无线通信十年一代的「大版本」之间,每过一段时间,都会有一个中间「小版本」出炉。小版本的更新,就因为版本号之“小”,很容易被忽视,然而,小版本才是那个预言家,其所预言的某个新特性,才是撬动哪个新应用、挖掘出哪个新场景的关键点,更是面向下一个大版本“草蛇灰线、伏脉千里”的技术伏笔。
R17作为5G进化的一大步,似乎就具有这样的潜质。
5G的小版本演进——从R15到R20一共有6个阶段。较早的是2017年到2019年完成的R15和R16,这两个版本又被称作5G的“基础标准“和“完整标准”,最新的R17则是5G“增强版本”。但从R18到R20,标准命名就会改换门庭为“5G-A”(5G-Advanced,即第二轮5G创新,更先进的5G),超越5G的一般概念范畴。因此,在5G标准的更新周期中,R17充当了一个承上启下的角色,它既宣布了5G标准上半场的收尾,又吹响了业界迈向5G标准下半场(5G-A),甚至迈向6G的号角。

5G是一个庞大的系统工程,从研发、标准化、工程设计、产品推出到商用落地,融合了行业很多从业者的努力。如果我们把眼光放长远一点,要想让技术真正落到实处,就需要产业界上下拧成一股绳。从这个角度看,R17非常值得分析。

01

更快的时间,更短的反射弧

通信标准的演化,不是空穴来风,它的灵感来源,总是与解决某个问题而相伴相生。

R17所包含的内容很多,但万变不离其宗,「快」是最绕不开的根本目标。快,要解决的关键问题是「数据膨胀」。
联合国一份报告曾做过统计,从1980年代以来,全世界存储数据信息的能力大约每40个月就要翻一番。而随着智能手机的普及,移动数据流量更是起了带头大哥的作用,每年都要增长近一倍。
因此,尽管网速从未停止增长,但即使是最普通的消费者,也会抱怨,网速永远不够快。在指数级增长的数据传输需求面前,“网速“和“数据量”之间的“速度差”持续存在。这个“追击问题” 该如何求解?作为5G标准演进的推动者之一,高通公司中国区研发负责人徐晧指出,从大方向上,答案其实很简单,那就是开拓更高的「频谱」,比如毫米波。
高通的思路是,通信技术的本质是用电磁波传输信息。而要增加无线传输速率,也就只有两种方法,一是增加频谱利用率,二是增加频谱带宽。在频率利用率总会达到极限的情况下,将频谱扩展到毫米波,是提高5G速率的不二法门。
所以,高通在R17版本上的第一个关键发明领域,就是支持毫米波频段的扩展,定义了一个被称为FR2-2的全新独特频率范围(从52.6 GHz到71 GHz)。更关键的是,频段包括了全球免许可的60 GHz频段(57 GHz至71 GHz),这会让公共网络和企业专网的5G部署变得更加容易。

但是,仅仅是“网速之快”还不够,与之相呼应的,还要一个强调“反馈时间”的“时间之快”,类似人体的“反射弧”——时延。在5G三大场景里,它又被称为URLLC(高可靠低时延)。低时延几个字看起来专业,但其实国内几亿 “农药玩家” 大概都遭遇过时延之痛。因为一旦他们游戏画面的右上角,一个表示通信时延的数字变红,就意味着自己将无法顺利控制角色,被击杀就在一瞬间了。
如果玩家在手游这个基本消费级场景都需要低时延,未来在AR/VR元宇宙中的娱乐互动场景,想避免画面跟不上导致的头晕,就更需要低时延了。
而在工业互联网等产业互联网场景中,企业用户对时延的追求更是达到了极致。在制造业工厂中,工业机器人的协同管理,和产品线的实时控制,往往要求时延达到“个毫秒级”。对于时延的问题,毫米波同样有用武之地。

“快”和“低时延”保证了网络中的个体体验,让每一个用户有更好的通信感受,让每一个物联网单元有更高的使用效率。但对网络而言,还有一个更重要的命题要解决,那就是如何提高网络的总体经济价值。和它关联的名词叫规模,和它关联的规则,叫梅特卡夫定律。

02

规模之王,价值之王

梅特卡夫定律由学者乔治·吉尔德在1993年提出,但最终以计算机网络先驱、3Com公司的创始人梅特卡夫命名。其内容是:一个网络的价值,等于该网络内的节点数的平方,而且该网络的价值与联网的用户数的平方成正比。也就是说,一个网络的用户数目越多,那么整个网络和该网络内的每台电脑的价值也就越大。

从以万台计算的主机网络,到几亿规模的PC互联网,再到几十亿规模的移动互联网,充分验证了梅特卡夫定律有效性。
但是,在全球智能手机用户接近40亿的情况下,我们还有可能让网络规模更大吗?5G专家的答案是,依然有可能。虽然消费者用户已经逐渐饱和了,但是物联网设备正在迎头赶上,这就是通信人经常会提到的一句口号:万物互联。
实际上,物联网设备规模,也已经早早超越了人际网络,根据全球移动通信系统协会(GSMA)数据显示,在2020年,全球物联网设备连接数就超过了126亿个,未来三年这个数字还要再翻一番,达到246亿个。井喷式的数据,或将带来井喷性的挑战,而R17对此也有应对之策——扩大物联网设备的支持种类。
在5G标准支持下,如果说数据流量是机器的“食物”,那么设备就是食物链的顶层。面向eMBB/URLLC(高带宽、低时延)特性的高性能终端,包括新型智能手机,有VR、AR眼镜,以及某些高性能工业设备。
而处于信息食物链另一端的则是eMTC/NB-IoT(广物联)设备。这类终端的复杂度低,时延不敏感,对带宽要求也不高。典型代表,譬如采集电表数据的表计行业终端,实现共享单车连接的低端资产跟踪设备,和低端的可穿戴设备等。
对此高通的思路是,在R17中引入了一项新技术NR-Light (5G RedCap),让处于中间位置的终端运行得更好,兼顾了性能与功耗等平衡。其中就包括工业传感器、监控摄像头、智能电网等工业设备,也包括高端可穿戴设备、高端物流跟踪设备等。

参差多态,方是幸福本源。显然,当高、中、低不等水平要求的终端,都有了更好的标准特性支持,我们所预言的万物互联,才有可能真正实现,或者说才得以更高质量的实现。

03

突破极限,天地一体

移动互联网的出现,让麦克卢汉的地球村设想得以实现。每时每刻,移动网络的信号都在你我头顶上空传递。

但是,支撑这些信号传递的基站天线,其底座总离不开大地的支撑。在一些特殊场景中,比如在海洋海岛,或者偏远山区等地带,基站无法建设之地,就成了网络无法覆盖的“连接不毛之地”。
这个局面,也将在R17发布后发生改变。据高通介绍,在R17中,面向「移动宽带」和「低复杂度物联网」两个使用场景,有两个项目都是努力将卫星通信,引入到5G通信的框架中来。
其中第一个项目采用5G NR框架来进行卫星通信,实现了从地面到卫星的固定无线接入(简称FWA)回传,能够为智能手机直接提供低速率数据服务和语音服务,即移动宽带。而第二个项目,则侧重支持低复杂度eMTC和NB-IoT终端卫星接入,从而扩大网络覆盖范围。从去年开始,全球海洋贸易物流,就成为全球产业链稳固与否的焦点,卫星通信接入之后,就可以在5G全球资产追踪(例如海上集装箱)等场景中发挥关键作用。

我们在一开始就谈到,R17,是宣告5G-A到来,甚至是通向6G绕不开的关键点。业界也普遍认为,天地一体网络,将有可能成为未来6G的核心愿景之一。而卫星通信能力,也将在5G-A中持续演进,成为3GPP R18工作计划的一部分。

图:高通推动5G NR Release 17中的五大关键技术发明

04

无标准,无应用;无协作,无生态

标准,是无线通信的基础。但是标准是否够分量,最关键还是应用落地。这就导致每次提到5G,就一定有个老生常谈的问题 “5G的杀手级应用是什么?”

对于此,高通徐晧的看法是,当每一代移动通信技术商用时,杀手级应用都需要一定的时间来酝酿。从技术侧来说,5G已经做到了更高的速率、更低的时延和更高的可靠性,假以时日,杀手级的应用一定能够被孵化出来。
历史经验,同样能证明上述说法的逻辑。世界第一个3G牌照发放于1999年的芬兰,成为当时世界上第一个发放"通向未来"的移动牌照的国家。但是,3G移动互联网的黄金年代,要从2007年第一代iPhone被乔布斯呈上舞台才开始。抖音,已经成为一款风靡全球的短视频社交软件,它的上线时间是2016年;王者荣耀,是全球最火爆的手游APP,它的上线时间则是2015年。与4G的最早启动节点,它们的发布都有5年左右的时间差。
从这个角度看,或许,新一代杀手级应用的新场景,已经在世界某个角落露出了它的苗头,只是我们现在还无法看得非常清晰。

不过,众所周知的是,5G的新场景,新应用,将会从传统的移动消费互联网,延伸扩展到行业端的产业互联网。这就要求通信技术力量,和传统行业力量有更深入的合作和交流。以高通公司为例,这家通信技术公司从一开始就明晰5G的愿景不止于智能手机领域,而在于支持更大的生态系统和更多垂直行业。
因此,对高通来说,也不会仅把自身精力仅停留在发明上,而是通过“发明-分享-协作”的商业模式,将创新与商业伙伴分享,帮助合作伙伴打造出更吸引人、更有针对性的产品,使整个产业受益,从而建立一个良好的产业生态系统。具体而言,高通曾推出5G领航计划,带动了一批国产手机品牌发展壮大与全球5G商用加速。着眼于物联网的机会,高通又在2020年,与中国移动、移远通信、广和通、芯讯通、美格智能、有方科技等20多家产业生态伙伴联合发起了5G物联网创新计划。可以说,有生态强,才有5G强。没有生态之协作,也难有应用之开拓。
不积跬步,无以至千里。有了3G、4G的历史经验,我们目前虽然尚不清楚5G杀手级应用的具体样貌,但是可以肯定的是,全新的应用、全新的终端形式和全新的使用场景,必将伴随新技术和技术背后的推动者而来。
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