5G进展综述及6G展望

文章版权所有，未经授权请勿转载或使用

全文5500 字，预计阅读12 分钟

文 | 无界

自ITU-R于2015年正式确立并推动全球范围内的第五代移动通信技术（5G）研究工作以来，在3CPP组织于2019年成功冻结首个全面版本—— Release 15 (R15)，至此全球已持续每半年发布一个版本的标准文档。随后于2020年7月3日冻结了第十六版(R16)，预计将于今年6月在SA第92-e系列会议期间完成功能层面的冻结工作，并在后续两个季度内分别完成协议层面相关工作及编码层面的工作任务即实现对整个第十七版(R17)标准体系框架的确立目标。至此全球首个三套完整标准体系将全部完成其标准化流程并进入后续演进阶段即以 Release 18 (R18)及以上版本作为第五代移动通信技术（Advanced 5th Generation Mobile Communications Technology）的技术规范

注

回顾移动通信领域的标准化历史, ITU将3G命名为IMT-2000, 4G则命名为IMT Advanced, 而5G的标准名称则被定为IMT-2020, 大致每隔十年就是一个阶段. 在2013年2月, 工业和信息化部、国家发展和改革委员会以及科学技术部共同成立了负责推动IMT-2020 (5G)发展的专门机构. 到了2019年, 工信部又成立了专注于6G研究的新一代 IMT-2030 (6G)推进组. 今年6月, 这个新机构发布了《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书, 全面探讨了6G的整体战略目标、八大应用场景以及十个核心技术方向. 此后从标准层面来看, 5已完成其第一阶段的核心标准体系完善工作, 并已转向对5演进与新技术研究的关注. 在R17即将进入第二阶段冻结之前, 我们对5的发展状况做一个简要总结

01 网络商用进展

据GSA的统计数据显示,截至今年5月,全球范围内共有166家运营商在全球69个子区域内完成了对3GPP 5G商用网络的开通,其中包括移动核心网系统与功能型无线访问节点(FWA)等基础架构的部署;与此同时,另有77家运营商正在开展商用5G Service Access(SA)网络的规划与建设工作;此外,还有133个国家/地区的436家运营商正通过测试、试验、试点以及实际部署等方式推进5G网络建设工作;从频率范围来看,主要集中在n77(3.3GHz及4.2GHz)与n78(覆盖从3.3GHz至3.8GHz)这两个频段区域

中国的5G网络建设速度位居世界前列。据通信产业院统计数据显示，在截至今年5月底的数据基础上，在全球所有国家的基站总量中占比超七成的情况下

02 5G终端进展

5G终端发布数量呈现快速增长态势。

据最新数据显示，
截至今年五月底，
已有百余家设备商宣布投入商用
或即将推出商用版本
的新型5G终端设备，
全球累计发布了823款新型的
（移动）通信技术产品，
较4月份有所攀升，
增幅达8.7%。
其中约六成已实现商用，
总数突破至
（目前）总计
约五百一十一款，
较去年同期有明显提升。
另外值得注意的是，
四分之三以上的最新发布的
（移动）通信技术产品
都具备良好的性能表现。
从市场表现来看，
智能手机品牌之间的竞争日益激烈。

终端类型多样；涵盖包括手机（共 ）、FWA CPE（共 $$）、模组、以及工业级路由器/网关等产品线；具体占比情况请参考下图所示

03 5G芯片组进展

作为第五代移动通信技术（5G）的核心组件之一，在芯片组的技术发展对整个产业链的推进中发挥着关键作用

该图表展示了自2018年第四季度以来一直到今年5月期间5G芯片组（包括移动平台和调制解调器组）的发布数量，并呈现出加速增长的趋势。

04 5G应用进展

5G网络的大规模建设和商用进程推动了整个产业链（包括终端设备和芯片制造环节）的快速进步。尽管在用户数量方面增长速度较快，在应用层面，中国的5G渗透率达到20%以上，并且形成了较为显著的应用生态。然而，在实际运营中，并未出现能够显著提升网络流量增长率的关键应用。目前看来，在垂直行业领域仍处于探索阶段。

作为5G技术的重要应用场景之一，在全球范围内得到了广泛关注与投资

在2019年11月，《"5G+工业互联网" 5C工程推进方案》及后续政策与产业协同推动的作用下,大量新兴的应用领域开始在工业领域中得到广泛应用.今年五月份，《"5G+工业互联网" 十个典型应用场景及五个重点行业的具体实践案例》正式发布,其中针对电子设备制造企业等主要集中在电子设备制造领域的相关企业,逐步开展了协同研发设计工作.这一系列包括协同研发设计在内的基础工作逐步开展后,通过这些典型应用场景与具体实践案例的研究与推广,旨在引导相关企业更好地开展相关业务活动.

05 3GPP R17标准主要项目概述

3GPP R17标准主要项目概述

我们在去年R16的分析文章《一图读懂3GPP R16》中对R17的主要项目进行了汇总，主要如下：

NR多播广播服务（NR_MBS）

多路传输与广播服务早在4G时代就已实现，在3CPP R9版本中已经明确定义了eMBMS标准（Enhanced Mobile Multimedia Broadcast Services），该标准能够很好地支持移动电视直播、视频点播（比如Netflix）、广告推送（push notifications）、车载娱乐系统以及公共安全通知等多种商用场景。随后，在3CPP R14版本中进一步优化和完善了eMBMS功能，并引入了enTV技术（Enhanced TV），系统阐述了基于移动通信网络实现数字电视广播的技术方案

NR_MBS即是在5G网络中提供多路广播传输服务；被中国移动通信集团（第4）总局——中国广电视负责差异化应用场景的建设；实际上该项目正是中国广电提出的立项申请内容；该技术可根据实时网络需求自动切换常规单播与直播/分组直播两种模式；从而实现多种传输模式的有效结合；提升个人用户与行业机构的服务保障水平。

IIoT和URLLC增强（IIoT_URLLC_enh）

主要目标是解决更广泛用例中的需求。

卫星/非地面网络（NTN）

旨在解决偏远山区及海上等特殊环境下的通信覆盖难题，在卫星网络等非地面设施与5G技术之间建立有效结合关系，并实现三维化的信号传播范围。目前研究者已针对R^{16}对5G NR技术与非地面设施进行深入研究，并开展相关技术探索。后续研究则聚焦于R^{17}在NB-IoT技术基础上如何实现与非地面设施的有效集成。

NR Sidelink增强（D2D）

涵盖多个技术领域方面

IAB增强（NR_IAB_enh）

集成式5G NR（IAB）即为一种将无线接入与回传结合的技术。它通过扩展NR技术实现无光纤依赖的回传方式，并采用同频段或异频段两种模式完成这一过程。这种技术显著降低了部署复杂度，并特别适用于毫米波频段网络。R17版本中的IAB增强主要聚焦于提升系统效率并扩大适用场景。同时增加了双工功能、提升了数据编码效率，并特别适用于移动场景。

MIMO进一步增强（NR_feMIMO）

进一步提升MIMO技术性能的同时拓展适用场景范围，在高速移动场景中优化FDD技术性能并采用先进的算法优化波束赋形技术和提升波束管理效率，在降低相关操作开销的前提下实现更高的系统效率

动态频谱共享增强（NR_DSS）

在R16基础上，R17进一步探索更优的跨载波调度方式。

扩展支持71GHz

该标准将频率范围划分为FR1（410MHz至7.125GHz）以及FR2（24.25GHz至52.6GHz）。R17通过技术创新将这一频段范围进一步延伸至71GHz。

5G定位服务增强阶段2（5G_LCS_ph2）

在第16号研究中对LCS进行了增强，在此基础上引入了信号往返时间（RTT）、信号到达时间差（TDOA）、到达角测量法（AoA）、离开角测量法（AoD）等室内定位技术，并保证了其定位精度可达3至10米。特别关注于极低延迟与极高精度的位置服务设计，并涵盖水平与垂直定位服务质量以及5G覆盖区域的技术实现。此外，本项目将使MCXUE能够通过5G定位服务实现自身位置的确定

终端节能增强（NR_UE_pow_sav_enh）

探索进一步降低5G设备功耗的技术。

**多USIM支持（**FS_MUSIM）

支持使用 Multi-USIM 设备处理移动终端服务的增强功能。

除此之外，在本研究范畴内我们还将探究以下几个方面的内容：包括但不限于SON/MDT数据采集优化（NR_ENDT_SON_MDT_enh），旨在通过改进增广中继节点性能以提升网络效率；同时将重点推进网络层与上层之间的交互服务（REFEC），以实现更加智能化的网络控制；此外还将深入探索基于多设备与多方身份协同优化的新技术方案（MuDE）；在二阶段多媒体优先级保障方案的基础上进一步完善相关功能（MBS2）；同时通过智能网联无人机辅助支持方案（CAV）来提升网络的实际应用能力；最后我们还计划深入研究5G双联网协同优化策略（LTE_NR-DC_enh2），以进一步拓展本领域技术边界

06 3GPP R18标准主要项目概述

5G Advanced的首个版本为R18，在进入开发阶段后将聚焦于功能完善工作并计划于2021年底的SA#94会议期间完成。该研究课题组已参照「网优雇佣军」的文章《5G R18在讲什么》进行整理汇编：

网络切片接入和支持增强

在5G网络中占据核心地位的功能是网络切片技术，在R18版本中将重点优化和增强网络切片的接入能力及支持的相关功能。具体而言，在遇到不同类型的资源限制（如无线频段、频率等）时，系统将能够允许用户设备接入对应的网络切片；同时，在发生网络切片或资源分配变化时，系统将采取措施以最低限度影响服务中断的影响，并提供面向外部的网络切片控制与配置服务。

5G弹性授时系统

电力、交通及金融等行业对时间同步的需求正日益增长，在R16标准中已明确提出了利用5G网络实现授时的技术方案。该系统主要针对的是当前基于GPS（全球 positioning system）卫星授时服务所存在的脆弱性问题，并致力于探索与现有5G系统相一致的其他可靠的时钟同步技术以便为终端用户提供灵活多样的弹性时间源选项。这些技术将被设计为能够为终端用户提供灵活多样的弹性时间源选项并可作为GPS卫星授时服务的主要备用方案或直接替代方案以确保系统的可靠性

基于测距的服务

基于定位技术的范畴中的一种测量方法，在无线通信系统中有着较为广泛的运用前景。R18计划研究与这一需求相关的规范体系，并具体涵盖了UE间的测距操作、运营商在许可频谱范围内对于测距功能的使用进行管控以及距离精度、方位精度等关键指标的安全性保障等方面的问题。

工业物联网场景的低功耗高精度定位

高精度定位作为工业互联网的核心技术，在多个关键领域发挥着重要作用。该项目通过优化降低定位功耗并提升定位精度的技术方案，在服务范围上得到了显著扩展，能够覆盖化工厂、井工矿等危险环境中的精准监测需求

网外铁路通信

该技术指的是完全不依赖于现有网络架构的一种新型通信方式，在特定情况下（如网络故障）或特定环境（如偏远山区或信号覆盖不足的地区）下实现设备间的直接数据交互。按照3GPP MCX标准的规定，在任何情况下都可以通过这一技术实现铁路通信需求。尽管在网络环境下仍然存在时延或连接质量的问题，在5G时代R18项目组将重点研究基于Off-Network技术构建适用于现代铁路运输的新一代通信系统，并深入探讨如何利用这一技术构建适用于现代铁路运输的新一代通信系统以及相关的QoS保障机制、优先级管理方法、用户标识体系和多播/广播/单播能力等关键技术问题。

支持触觉和多模态通信服务

视觉感知与多感官交互：通过视频、音频、环境感知与触觉等多种信息渠道向用户反馈输入信号；这些信道需要结合极低延迟传输与极强的安全保障机制来满足高可靠性要求；5G系统应具备处理多样化需求场景的能力，并能实现并行数据流的同步处理；R18团队将深入探索新兴应用及其性能参数

此外还包括5G智能电网通信基础设施、车载5G中继、住宅5G增强功能以及个人物联网等项目。未来我们将持续追踪并较为全面地研究上述项目的提案及其相关研究内容。

07 6G愿景、应用及潜在关键技术

负责推动6G技术发展的组织 IMT-6G推进小组，在自成立以来的一年半时间里（即至2021年9月），发布了《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书。基于IMT-5G推进小组发布的《5G愿景与需求白皮书》，相隔七年的版本。

总体愿景

随着移动互联技术升级至4G阶段，并逐步扩展至万物互联的5G阶段；展望未来6G时代的目标是实现智能化与数字化的深度融合。具体而言，在2030年及未来的发展中：

社会层面：随着技术发展进步的深入推进,人类社会发展将朝着更加智能化的方向演进,展现出服务均质化的提升与高端服务的发展趋势,同时能够展现出治理智慧与精准管理的进步.这些发展趋势将成为未来社会发展的重要方向,其中绿色低碳经济与提高能效水平将会成为主要的增长点.

技术层面

业务层面 ：6G在这一领域的主要实现方式是完全沉浸式交互场景。多维感知技术与普惠智能系统的深度融合不仅实现了技术优势的互补性发展。通过虚拟现实技术与实际应用环境的深度协同创新达到最佳融合效果。

6G发展宏观驱动力

社会结构变革的主要推动力： 当收入分配出现失衡时, 数字技术的发展需更加注重普惠性与包容性; 当人口老龄化加剧则要求数字技术进一步提升人力资本利用率并优化资源配置效率; 社会治理模式的转变反过来则促使社会治理体系不断实现现代化

经济高质量发展驱动力： 技术创新为推动经济高质量发展提供了新动力；在全球化背景下提升信息交流效率已成为促进服务发展的重要策略。

环境可持续发展驱动力： 通过减少温室气体排放助力实现全球"双碳"目标并促进绿色发展的各项措施；由极端天气事件与新冠疫情等重大公共卫生挑战推动系统具备更为广泛的数据感知能力和更加紧密的智能化协作能力。

6G潜在应用场景

沉浸化业务

1）沉浸式云XR业务，要求端到端时延＜10ms，用户体验速率Gbps量级；

2）全息通信业务要求用户体验速率Tbps量级；

3）感官互联业务需要毫秒级时延、高精度定位和高安全性（隐私保护）；

4）智慧交互业务要求时延＜1ms、体验速率＞10Gbps、可靠性达到99.99999%。

智慧化业务

5）通信感知业务旨在实现6G网络通过通信信号完成目标的检测、定位、识别以及成像等多种感知功能；无线通信系统通过感知功能获取周边环境信息，并实现智能化地分配通信资源以开发潜在的通信能力从而提升用户体验；

普惠智能业务将家庭和个人设备组合以及各类城市传感器纳入其体系中，并使无人驾驶车辆与智能机器人等新型智能终端发展成为完整的智能体网络。该系统通过持续的学习能力实现对物理世界运行状态的有效模拟与未来趋势的精准预测，并能基于数据计算提供最优决策方案。

7）通过在数字世界中建立数字化镜像复制机制来模拟现实世界的实体或过程特性，在线构建基于网络空间的智能交互平台。基于数字世界的映射关系实现人与人之间、人与物之间以及物与物之间的智能互动效果。利用模拟验证预测控制等技术手段，在虚拟环境中对物理实体或过程进行动态仿真分析，并据此优化并提升相应的物理系统性能。该系统需具备包括万亿级节点互联能力在内的网络特性要求：亚毫秒级的数据传输延迟；支持Tbps级别信息传输速率；具备强大的安全防护体系保障

全域化业务

全域覆盖将地面蜂窝网与高轨卫星网络、中低轨卫星网络、高空平台以及无人机等空间网络进行有机整合，并形成一个空天地一体化的三维立体网络架构，在这一架构下为用户提供无盲区的宽带移动通信服务体验。

潜在关键技术

增强型无线空口技术：**无线空口物理层基础技术和超大容量多输入多输出技术和双向通信技术和

新兴的物理维度无线传输技术领域：该领域融合了多种前沿科技

太赫兹与可见光通信技术 ：太赫兹通信技术、可见光技术。

跨域融合关键技术 ：通信感知一体化。

内生智能的新型网络 ：内生智能的新型空口、内生智能的新型网络架构。

网络关键技术： 分布式自主式网络架构、天地融合式天网、确定性保障型网格、感知算力优化型智能网、基于多模信任机制的安全防护体系。

6G研究刚刚起步，在该阶段之前, 5G将获得更多的部署与应用, 并为6G的演进提供成功商用基础.

END

参考资料

1. GSA，《5G Devices List Executive Summary 》，June 2021

2. GSA,《LTE, 5G & 3GPP IoT CHIPSET REPORT: Executive Summary 》，May 2021

3. GSA，《Networks, Technologies & Spectrum Snapshot》，June 2021

4. 网优雇佣军，《5G R18在讲些什么？》，May 2021

5. IMT-2030（6G）推进组，《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，June 2021

**|**作者：无界

作为《5G行业应用》栏目特约专栏作家，在通信技术和信息技术领域积累了超过15年的从业经验，并持续关注相关产业领域的动态变化。他对其所涉及的关键驱动技术及其在促进行业发展中的相互作用关系有深刻理解与分析。

▎推荐阅读

车联网生态百脉通首期：智能驾驶演进轨迹

车联网专家访谈第02期：探讨车路协同下的路侧精准感知技术

车联网百家谈第三场直播：感知能力提升与资源共享促进智慧高速公路建设

车联网百家 talk 第 04 期：围绕车路协同中的若干痛点问题展开探讨

专家圆桌会议：车联网第五期聚焦车路协同技术的应用与未来展望

在第六期‘车联网百家谈’分享会上探讨激光雷达技术在车路协同中的应用

车联网百家谈第七期：智能车路网下C-V2X标准、相关技术及芯片如何共同推动智能驾驶技术快速落地

车联网生态百舸争流：智慧highway的雷视融合感知底座如何构建？

▎好书推荐

---

---

吴冬升 主编

书籍简介：本书全面解析了5G车联网的整体架构体系标准关键技术典型业务及其应用场景等重要内容 对全球与国内 latest developments in the field of V2X communication technology conducted a comprehensive review and in-depth analysis 并对未来发展趋势展开了科学预测. 该书不仅为从事5G技术研究与应用开发 通信系统标准化工作以及相关产品设计与开发的专业人员提供了宝贵的参考依据 同时也为行业内的技术工作者指明了未来发展方向.

关于我们

「5G行业应用」是一个汇聚业内资深专家的综合研究咨询平台。该平台致力于为企业和个体经营者提供专业的市场研究报告与咨询服务，并助力企业通过5G技术实现战略转型升级与业务结构优化。此外，本公众号还专注于跟踪并解析5G行业动态及趋势分析报告，在通信、媒体、金融、汽车、交通及工业等多个领域持续输出专业内容。