科普:到底什么是 5.5G?它与 5G 有何不同

鲜枣课堂 2022/6/14 21:23:21 责编:长河

大家好,我是小枣君。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。2G 和 3G 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。

▲ R18 的时间点规划(图片来自 3GPP)

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。

▲ 图片来自华为,ELAA-MM 就是超大规模天线阵列 Massive MIMO

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。

5.5G 的发展思路,和前几年我们研判 6G 时的预测,基本是一致的。

概括来说,就是能力强化、引入 AI、以及功能融合。让自己变得更强、更易于维护、更绿色环保、更省钱省人力,这样才能更好地发挥自己联接力的价值,为算力服务,为数字化转型服务。

R18 目前已经上路,5.5G 究竟何去何从,让我们拭目以待吧。

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关键词:5G5.5G

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