堅持5G-A、6G融合推廣。文字 |梁寶軍 中國聯合網路通訊集團副總經理
自5G大規模商用以來，其價值不斷從網路能力、使用者開發向應用創新躍進，向5G-A技術發展。 同時，ITU-R發布了2023年6G願景，加速了全球6G研究。 如何實現5G-A和6G的協同發展，成為運營商面臨的乙個重要問題。 堅持5G-A和6G融合推廣，不僅有助於提公升5G網路能力，也為未來6G的部署積累創新和實踐經驗。
介紹
新一輪科技革命和產業轉型蓬勃發展，以5G為主導的新一代資訊科技正在加速千行百業的數位化、智慧型化轉型公升級，為推進新型工業化、構建現代產業體系、加速形成新的質量生產力提供重要支撐。 5G商用四年來，網路能力、規模發展和應用創新的價值不斷提公升，規模價值日益顯現。 截至2023年第三季度，全球共有102個國家和地區的277家網路運營商聲稱已開始提供5G服務。 作為全球最大的5G市場，我國5G網路建設持續加速，融合應用深度不斷擴大，截至2023年10月底，5G基站總數將達到321個50,000個，佔移動基站總數的28個1%，5G產業應用已融入國民經濟67大類，應用案例數已超過9個40,000。
為提公升5G引擎威力，推動5G網路供應能力和場景服務能力持續提公升，3GPP於2021年4月正式將5G技術演進定義為5G-Advanced（以下簡稱5G-A），並決定從R18開始定義其標準。 2022年底，IMT-2020（5G）推進組發布《5G高階場景需求與關鍵技術》**，提出了“10G泛在體驗、千億元智慧型聯接、超綠色商業業態”三大願景、六大業務場景。 以中國為代表的全球運營商陸續推出5G-A商用驗證。 與5G相比，5G-A網路能力得到進一步提公升，支援更多新場景。 在產業生態方面，將推動創新鏈與產業鏈融合，加速產業鏈上下游協同，從原來的5G“單向賦能”向5G與產業的“雙向衝刺”轉變。 在行業應用方面，逐步從生產的外圍輔助環節向生產控制的核心環節突破，推動工具效率提公升向決策效率的演進。 在技術研究方面，2023年6月制定的ITU-R《關於IMT框架和2030年及以後總體目標的建議書》提出了六種典型方案，其中大多數與5G-A相似，但功能有所改進。
移動通訊行業發展進入5G-A和6G發展的交叉點，加快5G-A和6G協同發展成為運營商面臨的重要課題。 本文分析了5G-A 6G的技術特點，論證了融合發展的必要性和可行性，並提出了推進5G-A 6G融合的建議，以期為運營商網路平穩演進、引領行業發展提供參考。
5G-A 6G概述
5G-A作為5G演進技術，對現有5G能力和業務應用進行深化和增強，不斷公升級新技術和新能力，帶來新場景、新業務。 針對沉浸式實時、智慧型上行、工業互聯、整合聯覺、千億物聯網、天地一體化六大主要應用場景，實現網路、終端、雲端關鍵能力的公升級演進。 具體而言，5G-A進一步公升級網路能力，支援下行10Gb、上行1Gb s、實時寬頻互動和毫秒級互動時延將啟用XR和裸眼3D產業，引領消費網際網絡業務的顯著增長; 5G-A支援最全面的物聯網能力，模組型別覆蓋工業級高速連線RedCap和無源物聯網，滿足可穿戴裝置、工業感測器、**監控、智慧型電網、資產盤點、物流跟蹤等場景的需求。 5G-A進一步支援超越連線的能力，如感測和高精度定位，以實現在乙個網路中的多用途使用。 5G-A支援空天融合，通過衛星網路實現大規模全球組網，提供更廣的區域覆蓋，通過與地面網路的融合，大大擴充套件了移動通訊的業務型別和覆蓋形式。
6G是5G-A的技術提公升和突破，進一步拓展和公升級了5G-A的應用場景重點解決沉浸式通訊、極高可靠低時延、超大規模連線、泛在連線、人工智慧與通訊融合、感知與通訊融合六大場景[1]。 其中，沉浸式通訊是5G-A沉浸式實時智慧型上行鏈路的延伸，進一步支援遠端多感官呈現和全息通訊。 超可靠和低延遲通訊是 5G-A 工業連線的擴充套件，可進一步支援工業環境中完全自動化、控制和操作的通訊; 超大規模連線是 5G-A 1000 億物聯網的延伸，涉及連線大量裝置或感測器，以進一步支援智慧城市、交通、物流、健康、能源、環境監測、農業等諸多領域的擴充套件和新應用。 泛在連線是5G-A空天融合的延伸，不僅限於物聯網和移動寬頻通訊，重點關注沒有或沒有覆蓋的地區，特別是農村、偏遠和人口稀少的地區。 人工智慧與通訊的融合是6G的重要突破支援輔助自動駕駛、醫療輔助應用裝置之間的自主協作、跨裝置和網路的重型計算操作解除安裝、建立和**數字孿生以及輔助機械人等; 感知和通訊的融合是5G-A通感整合的延伸，提供未連線物體以及連線裝置及其運動和周圍環境的廣域多維感知和空間資訊[2]。
下面將分別介紹5G-A和6G的關鍵技術、產業進展和技術應用，為實現5G-A和6G發展“跨代、連續技術生成”提供理論依據，為推進布局建議提供重要支撐。
5G-A關鍵技術與進展
5G系統自R15以來，已經完成了R15、R16、R17版本的制定，5G-A開啟了5G發展的新篇章，是5G向6G發展不可逾越的重要階段，將從目前正在制定的R18版本開始，並有望進一步演進到R19、R20等版本，不斷豐富5G-A的內涵和價值。 表1列出了5G-A的六大主要應用場景，包括沉浸式實時、智慧型上行、工業互聯、綜合聯覺、千億物聯網、天地融合，5G-A對應的關鍵網路能力如表1所示。
表1 5G-A網路關鍵能力
為了實現這些網路能力，需要一系列關鍵技術，包括公釐波技術、超大規模天線、高可靠低時延技術、物聯網技術、網路人工智慧、智慧型超表面、融合通訊和感知。
1）大下行空間 大上行技術
5G-A實現了下行10G和上行千兆上行的速率，這需要不斷增強下行和上行能力，並通過大型下行和上行技術實現。 在大型下行鏈路方面，常用的技術包括更多頻譜（例如，引入公釐波可以實現高達800 Mbit的頻寬）、分布式大規模MIMO[3]，以及中頻段的靈活時隙和載波聚合等技術的組合。 中國聯通針對大上行業務需求提出了“智慧共享大上行”技術方案，單使用者峰值速率為35G頻段採用上行200MHz大上行鏈路幀結構載波聚合技術驗證，實現上行單使用者15GB s 峰值速率; 在單小區上行能力方面，實現為3在5GHz 300MHz網路下，實現了5Gb上行能力，將5G的上行容量從測試初期的380Mb S提公升了13倍。 智慧型上行技術解決方案率先在山西霍煤集團龐邦塔煤礦商業化，覆蓋800公尺深、100公里巷道、48個子場景，滿足大量高畫質攝像頭、安全生產監控等業務需求。 未來，隨著公釐波頻段的引入，5G網路速率將進一步提公升至10G，這將為移動XR和裸眼3D應用提供能力保障。
2）高可靠性和低延遲技術
隨著工業網際網絡領域IT與OT的融合，形成了多種業務流共存的混合多路復用網路，對網路中業務傳輸的時延和可靠性提出了更高的要求。 R15 僅定義了空口時延和高可靠性的基本功能，R16 R17 對時延和可靠性進行了進一步的增強，以支援基本的工業網際網絡需求，R18 將專注於工業網際網絡更嚴格的業務特性和實際需求，並在 ULLC 的大連線能力上繼續演進 [4]。 目前，有兩種型別的超低延遲解決方案：FDD和互補TDD，如表2所示。 中國聯通在長城精工完成業界首個基於5G-A URLLC的技術解決方案驗證和應用演示，建成首條汽車製造PLC南向C2IO柔性C2IO產線，實現端到端4ms@99999%低延遲和高可靠性。 該解決方案通過互補的 TDD+ 跨載波 HARQ 技術解決方案實現了業界領先的 4ms 延遲能力。 通過URLLC的產能提公升，產能提公升10倍，達到1 000臺5 000m2; 通過模組創新，工業協議功能的載入與傳統有線模組保持一致; 通過對URLLC+工業協議的跨層適配，實現最佳效能。
表2 低時延方案對比
3）無處不在的物聯網技術
5G-A泛在物聯網技術主要包括輕量級5G（Reduced Cap，RedCap）和無源物聯網（IoT），以完成和覆蓋物聯網技術的應用場景，如圖1所示。 輕量化5G主要面向標準級別的物聯網終端，通過減少終端頻寬、收發天線數量、減少調製階數等方式降低終端成本和功耗，主要應用於工業感測器、可穿戴裝置、監控攝像頭等。 RedCap頻寬為20MHz，天線形式為1T2R 1T1R，上行速率為75. 25 Mbps，<時延 100ms，可靠性 9999%。redcap的主要應用場景包括監控、工業互聯、可穿戴、車聯網四大場景。 中國聯通在濟南萊蕪首次完成基於省級5G電力專網的RedCap商用部署，重點場景主要包括融合終端、能源控制器、變電站巡檢等三、四區業務，以及少量一二區業務，如配電自動化、分布式光伏等。 3000+多個電源終端上線，端到端硬切片、無線RB預留、承載Flexe隔離、核心網下沉等技術得到充分驗證。在佛山，已建立2000+個站點，並在MES連線-MES生產看板、SCADA連線-PLC裝置連線等場景中得到充分應用和驗證。
圖1 各種物聯網技術應用場景
環境能力獲取技術的被動物聯網利用它將周圍可用的訊號和能力轉換為可以驅動自身電路的電能，同時利用以反向散射為核心的通訊模式，實現目標節點的資訊傳輸，可應用於資產管理、物流和倉儲。 無源物聯網標籤有三種型別，適用於不同局域和廣域場景下的散射通訊。 A類沒有獨立的儲能，也沒有獨立的訊號產生能力，類似於RFID; B類散射通訊，具有儲能能力、訊號放大能力，但沒有獨立的訊號產生能力; C類具有儲能能力、訊號放大能力、獨立訊號產生能力，複雜度比NB IoT低幾個數量級。 無源物聯網尚未完成標準化，正在進行樣機測試，與RFID相比，具有很大的提高覆蓋距離和自動盤點的能力，未來需要推進標準化並積極探索應用。 中國聯通在寶武歐業倉庫開展聯合試點驗證，探索千億無源物聯網的未來應用。
4）整合通訊與感知技術
隨著5G公釐波和高頻段的使用，通訊和感測的頻率效能、關鍵技術和網路架構都有整合的可能性。 兩者之間的互補性越來越強，在乙個網路和連線之外實現了雙重用途[5]。 基於5G-A聯覺一體化技術，中國聯通開展了霧夜駕駛、高鐵周界入侵報警、無人機入侵報警等試點驗證和應用演示。 完成浙國電網5G-A通感一體化無人機試點實現單站感應距離1 000公尺，速率精度為05公尺秒，距離精度達分公尺級; 在上海開展了車路一體化協同創新試點，探測範圍和解像度比行業雷達提公升了3 5倍。 在礦山領域，開展了區域性通感綜合基站的研發，開展了邊坡監測、車輛識別與定位、工業採集與控制等需求研究，在鄂爾多斯騰源煤礦露天礦完成了首個公釐級邊坡變形感知監測技術的驗證。
6G關鍵技術與進展
6G是2030年新一代移動通訊系統的縮寫。 2022年10月，國際電聯正式將下一代移動通訊命名為“IMT2030”，基本確定IMT2030研究和標準化工作計畫將於2024年開始制定技術效能要求、評估標準和方法，並於2027年開始徵集候選、開展評估和標準認定。 2023年6月，ITU-R WP5D工作組如期完成了《關於IMT框架和2030年及以後總體目標的建議書》。 《建議書》描述了IMT-2030的7個目標和9個趨勢，提出了IMT-2030的6個典型情景、4個設計原則和15個能力指標。 這七個目標包括無處不在的連線、可持續性、創新、安全性、私隱和彈性、標準化和互操作性以及互操作性。 這九大趨勢包括泛在智慧型、泛在計算、沉浸式多**和多感官通訊、數字孿生和虛擬世界、智慧型工業應用、數字健康和福祉、無處不在的連線、感測和通訊融合以及可持續性。 基於IMT-2020的三個場景，對沉浸式通訊、超大規模連線、極高可靠低時延、人工智慧與通訊融合、感知與通訊融合、泛在連線等六大典型場景進行了增強和擴充套件。 這四項設計原則包括但不限於可持續性、安全性、私隱性、彈性、連線斷開連線的使用者和無處不在的智慧型。 這15項能力指標包括峰值速率、使用者體驗速率、頻譜效率、區域流量容量、連線密度、移動性、時延、可靠性、覆蓋範圍、定位精度、感知相關能力、AI相關能力、安全和私隱彈性、可持續性和互操作性[1]。
如圖2所示，初步的6G指標體系僅為部分指標提供了建議的範圍或用例，具體指標的制定將在2024年至2026年的技術效能要求報告期內完成。
圖2 6G初步指標體系
為了實現這些網路能力，需要一系列關鍵技術，包括公釐波太赫茲高頻通訊技術、超大規模天線、軌道角動量、新型調製編碼、全雙工、高可靠低時延技術、物聯網技術、網路人工智慧、智慧型超表面、整合通訊與感知等。 具體說來6G時延指數達到01 1ms，可靠性指標高達99999%~99.99999%，要繼續完善和發展5G-A高可靠、低時延技術6G連線指數達到1 000 000-100 000 000 km2，需要繼續完善和發展5G-A大連線技術。 此外，為了實現更大的頻寬、內生智慧型和增強的通訊感知能力[3]，需要以下型別的典型支援技術。
1）高頻通訊技術
公釐波太赫茲具有大頻寬、高速度的特點，能較好地滿足熱點大容量的要求，能以低時延、精細感知進一步提公升行業數位化能力。
2）增強的通訊和感知整合技術
通訊和感測技術起源於5G-A時代，隨著無線通訊頻譜向高頻段的發展而發展。 在5G-A時代，感測精度處於廣域亞公尺級，6G將進一步將精度提高到厘公尺級甚至更低。 隨著5G-A的實踐探索，一體化通訊與感測技術在應用場景中也將更加豐富，為通訊行業新藍海創造條件。
3）增強的網路AI技術
6G網路將實現全球融合和極致聯接，通感與智慧型計算的一體化架構將成為實現6G網路能力的基礎[5]。 人工智慧為 5G 和 6G 無線網路的執行提供了許多潛在的增強功能它是無線網路發展的加速器。 隨著無線網路的演進，移動通訊網路不僅需要作為傳輸管道，更需要將智慧型業務所需的多維資源與網路功能、協議、流程深度融合。 6G網路將向智慧型內生方向演進，在網路架構內提供資料採集、資料預處理、模型訓練、模型推理等AI工作流全生命週期的運維管理，將AI業務所需的算力、資料、演算法、連線與網路功能、協議、 和流程，支援AI能力的按需編排，為高層次網路自治和多樣化業務需求提供智慧型化所需的基礎能力[6]。
5G-A與6G融合的必要性與可行性分析
5G-A和6G在技術標準層面分別屬於5G的後半部分和6G的上半部分，5G-A和6G的融合推廣在應用創新、技術演進、產業生態等方面都具有重要意義。
在應用方面，5G-A和6G的融合推廣，有利於典型業務場景下需求連續性的驗證和應用高效協同創新。 5G-A作為5G的增強版，可以提供更高的速度（峰值速率為10 Gb s）、更低的延遲（4 ms）、更高的連線密度（連線密度提高10倍）等增強效能，可以滿足工業網際網絡、自動駕駛等典型場景的高速低時延需求。 一方面，5G-A和6G演進的融合推進可以充分利用5G市場和生態，為6G的初始部署提供基礎，降低創新成本。 另一方面，通過制定整合的路線圖和標準框架，可以確保不同版本下網路與業務之間的無縫協作，保證使用者應用體驗。
在技術方面5G-A和6G的技術特點包括跨領域和持續演進關係，這決定了5G-A和6G必須融合才能實現相同的演進方向，如圖3所示。 5G-A是6G的前身，6G包括一些6G願景和關鍵技術。 6G是5G-A的進一步完善和發展，擴大了通訊行業的覆蓋範圍和應用邊界。 5G-A不僅包括大下行和大上行技術、中低速物聯網技術等成熟穩定的技術，還包括高可靠低時延技術、無線AI技術等需要持續改進的技術，以及為移動通訊創造新發展空間的技術。 如通訊和感知融合等，據初步估計，6G技術中約有70%是5G-A和6G通用技術。因此，堅持5G-A和6G的融合推廣，不僅可以提公升5G網路能力，還可以使成熟穩定的技術得到應用。 也可以不斷完善高可靠低時延技術、無線AI技術、通訊感知一體化等創新技術，其中有商用部署應用，沒有商用應用，為未來6G部署積累經驗。
圖3 5G-A 6G技術包容關係
在產業生態方面，5G-A和6G的融合推廣，將有助於產業鏈的復用，構建可持續的產業生態圈。 目前，5G產業鏈相對成熟，5G-A正逐步走向商用，形成強大的端到端產業生態。 產業鏈各環節在設計、製造、驗證、運維等方面積累了豐富的經驗。 這為6G產業的培育和成長提供了非常好的土壤。 如果從零開始構建新的6G產業鏈，成本投入極其巨大，風險非常高，而5G-A和6G的融合發展可以實現平穩演進過渡，充分利用5G產業基礎，也有助於形成持續創新和可持續發展的生態系統。
5G-A與6G融合的思路與建議
堅持5G-A和6G融合推廣，不僅有助於提公升5G網路能力，還能為未來6G部署積累創新和實踐經驗。 在具體推進中，建議重點抓好五個方面：突出場景牽引、強化標準引導、加強技術攻關、推進先行、加強產業協同。
1）突出場景牽引力
場景化特徵顯然是5G-A和6G技術的重要特徵之一，更注重需求牽引和場景研究，應根據業務需求進行技術研究和實驗論證。 同時，要探索發現5G-A技術能力的短板和短板，將相關場景需求輸入到6G系統能力指標體系中，為網路架構公升級和關鍵技術選擇奠定基礎。
2）加強標準指導
移動通訊行業是乙個全球統一標準高度高的行業，通過標準的廣泛推廣，5G-A和6G技術可以在全球範圍內使用，產業鏈的各個環節可以相互融合和合作，可以顯著降低產業成本，加速行業成熟高效的集約化發展。 並最終使大多數使用者受益。在5G-A和6G技術演進中，需要繼續加強國際合作，制定全球統一標準，推動5G-A實踐向R18和R19演進。 此外，要加強產業融合應用標準制定和行業間標準互認，加快制定行業應用場景國際標準，搶占國際制高點，擴大5G領先優勢。
3）加強技術研究
5G-A 6G創新是創新流程與設計的融合，強調多主體協同創新。 一方面，要加強產學研應用緊密協作，在統一網路架構、突破理論體系、共性技術等方面開展協同創新，解決理論和生態兩難問題，積極探索多頻段技術在5G-A場景中的應用另一方面，要加強與龍頭企業、產業整合商、裝置供應商的聯合創新和整合創新，創新技術研究機制，與業界共同答疑。
4）推進一審
考慮到5G-A和6G的場景化特點，在推廣過程中應堅持先試原則，對於較成熟的6G技術，可以先試5G-A網路，分階段啟動預商用測試。 針對移動通訊領域重大科技需求，構建產學研開放共享的6G合作研發開放實驗平台，建立聯合研發實驗室、現場技術試驗基地、技術創新示範區等科研環境基礎設施，帶動產業協同創新。
5）增強產業協同效應
在5G-A與6G融合過程中加強產業深度協同，重用目前相對成熟的5G端網邊緣產業全產業鏈，為構建強大的6G產業生態圈奠定基礎。 一方面，要最大限度地發揮5G產業生態成果，擴大終端晶元裝置、基站、核心網元、測試儀器等產業鏈關鍵環節共建共享的廣度和深度，降低6G商用和大規模應用成本另一方面，要加強終端、模組、晶元、網路協同發展，制定一體化演進路線圖，在5G-A和6G一體化推廣中逐步實現自主可控，探索可持續穩定的投資和回報，推動整個行業快速演進。
產業鏈各方應進一步推動產品和解決方案供應的內生5G-A和6G能力加快5G-A和6G原生匹配行業融合應用場景的產業化程序。 在裝置端，推動工業OT裝置從“疊加外掛程式”向“內生整合”的5G轉型，將5G模組以嵌入式方式安裝在工業裝置中，有線替代無線承載方式進行工業協議傳輸[4]。 在網路端，推動5G-A 6G輔助生產逐步延伸，替代工業外網進入工業內網，全面提公升5G-A 6G替代工業內網的內生確定性能力，實現從確定性覆蓋、確定性通訊到確定性保障的能級飛躍。
結論
5G已成為賦能千行百業的關鍵技術引擎，對經濟社會發展具有顯著的放大、疊加、倍增效應。 與從3G到4G、從4G到5G的演進相比，在從5G到6G的演進過程中5G-A的技術特點更加明顯。 5G-A是6G的前期探索，6G是5G-A的進一步完善和發展。 堅持場景牽引、標準引導、技術攻關、先導、產業協同五大一體化推進，實現5G-A 6G“標準跨代、技術持續生成”的發展，形成技術協同、產業協同、應用協同、標準協同、示範協同的6G產業生態，全面助力中國5G持續拓展領先優勢，搶占6G發展機遇，推動中國行動通訊發展保持全球領先地位。
參考文獻[1] ITU-R framework and overall objectives of the future development of imt for 2030 and beyond[r].2023[2] 中國聯通. 中國聯通6G業務2023[3] 尤曉虎， 王東明， 王江洲. 分布式MIMO與無蜂窩移動通訊[M].北京： 科學出版社， 2019[4] 中國聯通. 中國聯通的5G+汽車智慧型製造技術***R].2023[5] 中國聯通. 中國聯通6G綜合無線網路通感與智慧型計算2023[6] IMT-2030（6G）推進組。 無線AI技術研究報告（第二版）[R].2022
關於作者：
梁寶軍
中國聯合網路通訊集團副總經理，教授級高階工程師，主要研究通訊整合與創新技術等領域。
原標題：“.期刊文章 |梁寶軍：關於堅持5G-A和6G融合推廣的思考》，發表於《資訊與通訊技術》2023年第6期。 編輯校對：亮亮指導：新文字。
除夕夜 |梁寶軍：推動數字經濟轉型，重塑行業價值特寫一 李洪武：後摩爾時代"計算和網路的整合"發展與思考
除夕夜 |李洪武：勇於擔當科技創新“旗手”（附PPT）。
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