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主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望255G-Advanced技术及应用展望摘要 作为5G的演进和增强，5G-A的技术创新和业务应用已经逐步进入商用阶段。5G-A发展对建设数字中国有着重要的作用，将进一步深化我国数字化转型升级。文章重点介绍5G-A的关键技术及进展，包括关键技术对应的场景、原理、价值和标准的进展，通过这些关键技术将构建先进的、绿色的5G-A网络能力。文章还简要介绍6G全球的初步发展和5G-A全球产业及应用的发展，并阐述5G-A在联人、联家、联行业、联车以及通感一体等新应用的产业链发展情况，这些新业务和新应用将为我国数字化转型和创新提供新的动力。5G-A是5G发展到6G的必由之路，文章最后倡议5G-A产业链各个环节积极准备，共同迎接5G-A商用成功。关键词 5G-Advanced；通感融合；无源物联；网络节能；多频段服务小区；毫米波；智能空口；RedCap杨超斌 高全中 陈传飞 唐臻飞华为技术有限公司 深圳 5181291 5G-A简介5G网络的部署正在全球范围内取得显著进展。截止到2024年1月，全球运营商已部署300多张5G网络1，覆盖超过14亿用户。随着5G的持续发展和商用，国际标准化组织3GPP确定了5G-Advanced(简称5G-A)作为5G下一阶段演进，开展了研究和标准化工作2。当前3GPP5G-A第一个版本Rel-18标准化工作已接近尾声，主要特性基本已完成标准化，计划于2024年年中发布。2023年12月，3GPP确定了5G-A第二个版本Rel-19的特性，启动Rel-19标准化3。5G-A将带来十倍能力提升，对终端销售、网络建设和上层应用的经济贡献累计将带来数字消费升级；5G-A的确定性体验将助力智能网联汽车和智能制造产业升级，智能网联汽车提升交通效率；URLLC增强将助力工信部完成万家5G全连接工厂的建设目标4。同时，5G-A新增能力通感一体、无源物联将拓展低空经济、现代物流新兴产业，提升物流配送效率，可以预见5G-A新技术和新能力将打开数万亿市场新空间。面向未来智能社会，基于大模型的生成式AI将重构各行各业，无线网络将是智能社会随手可及的基础。大力发展5G-A，一方面构建国家通信产业新型基础设施的领先地位，同时也是夯实我国未来6G标准和商用领先全球的关键。2 5G-A关键技术及进展过去3年，产业界持续开展5G-A的驱动力、愿景、应用场景和网络能力讨论，逐步形成了对5G-A网络关键特征的产业共识，即“下行万兆、上行千兆、千亿联接、内生智能”。产业界普遍认为5G-A分为三个阶段，即Rel-18、Rel-19和Rel-205。第一个标准版本Rel-18在2021年年底立项，经过2年多的标准化，即将在2024年上半年冻结。与此同时，2023年12月，国际标准化组织3GPP召开了RAN#102次会议，确定了5G-A第二个标准版本Rel-19的首批项目，这标志着5G-A技术研究和标准化将进入关键的第二阶段。接下来，本文将重点介绍Rel-18和Rel-19的关键技术，并展望Rel-20。这些关键技术不仅是解决当前复杂主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望26技术问题和应对未来技术挑战的有效工具，也成为未来5G-A应用发展的坚实基础，将为推动5G-A新应用和创新提供动力。2.1 5G-A R18关键技术介绍R18在2023年12月完成了物理层协议工作，标准化工作基本完成。R18标准协议作为5G-A的第一个版本，主要支持以下十大关键新特性。1)多频段服务小区(Multi-BandServingCell，MB-SC)：运营商普遍拥有多段离散的频谱，MB-SC技术将多个离散频段通过一体化全信道的设计，包括一体化调度、快速激活与去激活，实现全频谱融合成一个虚拟大载波，可获得接近50%的用户体验提升。2)灵活频谱接入(FlexibleSpectrumAccess，FSA)：针对运营商多段上行频谱，原有的技术只能通过半静态的小区重配置、小区切换等方式使用对应的上行频谱，这种方式时延大，会导致网络上行频谱资源利用率低、用户体验差。5G-A灵活频谱接入技术通过配置、激活、传输能力解耦，使典型智能终端可以同时接入配置更多上行频谱资源，网络基于各频段的业务量、帧配置和信道等条件动态智选配置频段的子集，并相应地切换用户射频链路进行传输以适配各频负载、上下行配置和信道，高效使用各频谱资源进而提升系统容量和用户体验速率。3)网络节能：根据移动通信网络业务在时域/频域/空域/功率域等多个无线资源维度的分布特征，以及网络负荷状态变化的情况，在保证预定指标的前提下，通过性能近于无损的多维智能化节能机制。5G-A标准协议引入了空时频动态关断使能基站深休眠、浅休眠等多种休眠态，最大化基站关断效果，逼近0比特0瓦特绿色节能。4)超大阵列MassiveMIMO(ELAA-MM)：多天线阵列演进的必然趋势是走向更大规模天线阵列，实现上下行覆盖能力提升，支持空口更大的容量。在ELAA-MM下为了满足提升空分复用性能，5G-A标准协议引入了24个正交端口的导频等关键技术，可使得MIMO的传输容量翻倍。5)多小区相干联合传输(MultiCellCoherentJointTransmission，MC-CJT)：变干扰为有用信号，多小区进行相干的联合传输，以用户为中心极大改善小区边缘用户体验；5G-A标准协议引入了多小区联合信道测量的码本，使得基站获取终端多小区的联合信道，实现多小区相干联合传输。6)大上行传输：上行多站联合接收和上行8天线传输，标准协议增强了上行DMRS和SRS，进而提升上行空分复用的容量；多个终端聚合用来传输一个业务，可进一步提升小区高速率的业务覆盖，从而达成上行千兆。7)XR(ExtendedReality)端到端确定性体验保障：在移动网络中，有限的时频资源、信道的时变特性以及业务到达的随机性使得确定性QoS难以保障。5G-A标准协议引入基于QoS分层传输(LayeredQoS)，应用获得网络状态信息，调整信源编码方案，匹配网络能力，避免网络拥塞和丢包造成的用户体验急剧下降，通过跨层业务编排来保障端到端确定性。8)低功耗高精度定位(LowPowerHighAccuracyPositioning，LPHAP)：定位在车联网和智能工厂等垂直行业中是一种刚需能力。基于载波聚合的超宽带定位技术，将多个载波带宽聚合的方式提高定位精度。其基本出发点是通过传输和接收多个载频上的定位信号，利用PRS/SRS载波带宽聚合的方式，提高对信号到达时间的测量精度。9)低成本物联eRedCap：eRedCap将进一步降低物联终端成本。eRedCap一方面通过降低带宽、天线数、调制方式等，降低终端的成本；另一方面，也继承了5G的大容量、低时延能力。10)L1/L2移动性增强：由于终端移动，终端需要进行切换，重新选择服务小区。传统方式是通过半静态的切换完成。L1/L2移动性增强通过网络配置终端多个候选小区，通过L1/L2的信令，使得终端在移动时可以动主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望27态在候选小区中进行切换，减少小区切换时延，提升移动性体验。除上述5G-A十大关键新特性，R18也完成了其他5G特性的标准化工作，包括QoS增强、IAB增强、SDT/MDT增强、MBS增强、NTN增强、覆盖增强、Sidelink增强等。2.2 5G-A R19关键技术及R20展望R19首批项目在2023年12月举办的第102次RAN全会上正式确定3。作为R18的进一步演进，R19在超大阵列MassiveMIMO、多小区相干联合传输MC-CJT、网络节能等方向进一步增强。更重要的是，R19还将开启关键的新方向，包括通感一体、无源物联(PassiveIoT，P-IoT)、多模态XR及端管云协同、毫米波空口演进、高低频协同、子带全双工、智能空口新范式等关键技术。下面将详细介绍这些新方向。1)通感一体通信感知一体化是5G-A和6G的新发展方向，包含无人机感知、道路感知和水域感知等多个应用场景。5G-A和6G使能通信与感知功能共设备、共频谱、共空口和共站址部署，让通信网络衍生出极具竞争力的感知能力。为此，3GPPRANR19将启动通信感知融合的信道建模研究。通感信道模型首先聚焦0.552.6GHz频段，包括6种感知模式，即单基站感知、单UE感知、基站基站感知、基站UE感知、UE基站感知以及UE-UE感知。同时3GPPSA也将启动无线网络架构的研究工作，包括支持感知的网络架构和功能增强、业务认证和撤销、感知数据信息的收集和传输以及感知业务调用等。2)无源物联无源物联技术可支持终端免电池工作，是未来蜂窝物联网达成千亿绿色连接的使能技术。无源物联在工业制造、物流、能源、医药、畜牧等行业数字化领域具有良好的应用前景，是构建5G全场景物联的关键一环，将为5G网络提供千亿新增链接。现有的无线通信设备大多是由电池供电，需要手动更换或充电。但大量新的市场，需要新的物联网技术来支持没有储能功能的无电池设备，或者具有不需要手动更换或充电的储能功能的设备。P-IoT设备可以从基站的无线电波或周围环境中获得能量，产生1W到几百W的功率，满足各行各业的自动化和数字化的超大规模物联应用。Rel-19将研究和标准化P-IoT关键技术，包括全新物理层和极简协议栈，使能无源物联。3)多模态XR及端管云协同5G-A时代，全场景多模态多感官的沉浸式体验将开启人联全新应用场景。多模态多感官包括听觉、视觉、触觉等全感官沉浸式体验，将成为构建元宇宙全场景的关键基础设施之一。5G-A持续演进旨在构建和提升沉浸通信保障的网络能力：一是通过端管云协同，网络感知业务来提升管道有效性，同时根据网络能力快速调整业务保障沉浸体验；二是多个模态间的业务相关调度增强与移动性增强等，提升管道容量，保障移动性下终端体验。4)毫米波空口演进毫米波频段是5G-A时代的重要频段，具有带宽大(单运营商可达上GHz带宽)、时延低以及定位感知精度高等高价值优势。当前毫米波的主流应用场景包括热点覆盖、FWA、定位、感知以及工业控制等。为充分发挥毫米波的频谱价值，5G-A毫米波应持续提升覆盖，迈向广域eMBB连续组网。关键技术方向包括：高集成度天线阵列设计达成极高阵列增益；测量与数传波束解耦实现宽测窄传功能；射频非理想对抗技术提升覆盖能力，降低终端功耗等。Rel-19毫米波通过更有效率的终端与网络协同的波束管理，大幅降低波束管理开销，降低终端功耗，充分发挥毫米波大阵列天线优势。5)高低频协同全球各大运营商在5G-A时代，将同时拥有毫米波和Sub7GHz频段。这两个频段具有不同特点：高频带宽大，但是体验容易受到信道阻塞或者移动性的影响；低频上行覆盖好，但是带宽小。因此，高低频紧密协同主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望28能够最大程度地利用多频优势并最大化用户体验。典型场景下，用户主要驻留在低频主小区，高频辅小区按需激活。由于高低频信道之间具有一定的信道相关性，基站可通过用户的低频信道推测出高频的最优波束集合，从而降低高频辅小区的激活时延，提升体验速率。Rel-19高低频协同通过更灵活的高低频低时延波束管理，在保证终端与网络低功耗的同时，提升用户的体验速率。6)子带全双工(Sub-BandFullDuplex，SBFD)5G帧结构的设计主要是TDD和FDD两种双工方式。其中，固定TDD配比帧结构会引入空口等待时间，从而增加端到端时延；且TDD的上行时隙比例少，导致上行覆盖显著小于下行覆盖；FDD帧结构不存在TDD空口等待时间，但频谱资源的使用灵活度受限，而且缺少上下行互易性特征，降低了可靠性和容量。基于这些问题，5G-ARel-19将标准化子带全双工，使得在同一个OFDM符号上既有下行又有上行。这样一方面，高层到达的下行数据随时能够传输，并且其HARQ能够随时反馈无需等待；另一方面，上行传输的数据也能够随时传输。这大大降低了业务传输的空口时延和反馈重传时延，上行的感知速率可大幅提升。7)智能空口新范式无线网络和人工智能AI技术相结合，将给5G-A带来更多的智能空口新范式，使能无线网络迈入智能时代。从空口技术看，通过数据驱动设计极简高效智能空口，定义统一的智能空口框架，实现数据最大化利用和端到端网络性能的极致性能。通过设计AI模型的自适应、自学习、自更新能力，实现网络场景化智能寻优的新范式。R19标准协议使用AI模型来进行无线信道的测量、毫米波波束管理、定位等功能。从网络整体看，AI提供一个强大的工具，通过自主分析和参数优化，帮助运营商改善网络管理和用户体验，持续提升时延、网络能效、业务可靠性和连续性等关键性能指标。8)Rel-18特性持续增强Rel-19持续增强Rel-18特性。在网络节能上，进一步引入按需发送公共信号，把公共信号所占的能耗压缩到最低，挖掘基站在零负载轻负载下节能空间；同时，引入超低功耗的唤醒信号和接收机技术提升终端设备续航时间；在用户体验上，通过引入更多的CSI-RS端口支持超高阶的空分并发流数以提升用户速率，在非理想回传场景下，通过多小区协作改善用户小区边缘业务速率，实现小区间切换增强等。在Rel-19之后，5G-A将进一步演进到第三阶段Rel-20。展望Rel-20，可以预见产业界将进一步夯实5G-A网络能力，包括进一步提升无源物联能力和通感能力，引入新频谱如6GHz以及不断增强毫米波大带宽用户极致体验等。5G-A第一版Rel-18标准基本完成，第二版Rel-19标准已经启动，部分运营商将在2024年开启5G-A商用。接下来我们简要介绍6G初步进展。3 6G初步进展ITU-R确定了6G的愿景、技术需求、技术提案和评估三个阶段。第一阶段2020年到2023年确定6G愿景和主要的应用场景，第二阶段2023年到2026年开展6G技术需求和评估原则、方法等定义，第三阶段将从2026年下半年到2030年间开展技术提案和评估工作，最终计划在2030年以后发布满足IMT-2030技术指标的协议。在过去3年多，ITU-R5D工作组组织了10多次会议讨论，洞察未来技术趋势，详细研讨了6G愿景和主要应用场景，在2023年11月发布了ITU-RM.2160-06，提出6G的六大场景，包括沉浸通信(ImmersiveCommunication)、AI和通信(AIandCommunication)、通感一体(IntegratedSensingandCommunication)、大连接通信(MassiveCommunication)、超可靠低时延通信(HyperReliableandLow-latencyCommunication)、泛在连接(UbiquitousConnectivity)。面向IMT-2030，全球各个区域、各个国家开展标准前的学术和技术研究工作。NGMN各大运营商发表主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望29相关的6G愿景，阐述6G观点：6G将建立在现有的5G生态系统之上，通过创新实现客户价值，简化网络运营。创新和新业务包括通感一体、AI、扩展AR/VR、增强定位、卫星通信等7-8。整体上，6G在愿景和场景讨论阶段，6G的6大典型场景和15个关键能力指标，是对5G-A关键能力的增强与维度扩展。6G的商用时间仍然存在较大的不确定性，同时，任何一种新技术的规模应用都是需要长时间的孵化。发展5G-A，可以提前培育6G相关的关键技术和产业要素，如终端、频谱、业务等，为6G的落地做好产业孵化的准备和商业模式的探索，5G-A是5G发展到6G的必要准备和保障。4 5G-A全球产业及应用发展当前，5G-A的标准、业务、产品、终端、商业、政策6大产业要素一应俱全。中东已率先实现5G-A规模商用；欧洲、亚太、拉美等地区运营商积极验证10Gb/s能力，为2024年5G-A商用做好准备。同时，我国运营商在5G-A的应用和技术创新及验证走在全球前列。中国联通积极推动5G-A的组网试点、样板建设，以实现10Gb/s超大下行、1Gb/s智能上行及业务保障能力的大幅提升。今年1月中国联通在北京完成了全国首个5G-A规模组网示范，在应用上完成了裸眼3D、超高清浅压缩实时制作系统、XR分离渲染等实践，为5G-A网络和应用的规模复制提供可借鉴的意义，标志着中国联通的5GCapital创新项目迈向5G-A新阶段。中国电信也联合众多产业伙伴持续加强5G-A新技术创新实践，为5G-A商用做好准备。在2024年世界移动通信大会上，中国移动也宣布2024年将在超过300个城市启动全球规模最大的5G-A商用部署。与此同时，5G-A在业务场景和商业价值已逐步清晰，5G-A全球产业链及应用生态基本形成，从联人、联家、联行业、联物、联车、通感六个方面全面构建全球产业生态和新应用。人联上XR的业务是5G-A支持的典型业务。过去XR内容的生成是业务发展的一个瓶颈，但在近一年来，AI快速发展对内容生成产生了革命性的变化，这将大幅降低3D内容生成的难度和成本，使得整个XR生态无论终端、内容都更加成熟。针对XR类应用，运营商可在5G-A网络上推出高价值QoS保障的资费包，形成XR业务发展的健康生态。联家上8K电视、裸眼3D、XR等是消费者翘首期盼的家庭应用。在中东、欧洲、亚洲、非洲等区域，5G-A高速率低时延的连接能力都让固定无线接入(FixedWirelessAccess，FWA)相比于光纤有一定的竞争优势，速率体验上可达到500Mb/s1Gb/s。联行业上，5G-A通过超低时延高可靠、厘米级高精度定位等技术，可更好发挥包括既有宏网以及专网的价值，从辅助生产走向核心生产环节的柔性制造，打造无线全连接工厂。物联上，RedCap(ReducedCapability)和无源物联(P-IoT)将在5G-A阶段迎来非常大的机会。RedCap方面，预计2024年有100款终端实现商用，到2025年RedCap的模组成本将与4G模组成本相当。利用5G-A大带宽比特成本低的优势，更多的行业愿意选择5GRedCap发展中高速物联业务。无源物联(P-IoT)是在5G-A首次引入的全新物联技术，具有低成本、自供能、广适用、绿色低碳等特点，在智慧仓储、生产制造供应链物流数字化、物流运输跟踪和国有资产盘点有非常广阔的应用，各大厂商及运营商都非常关注，将在R19标准化后进入商用环节。车联上，随着5G-A时代的到来，车联网能够提升汽车智能化水平和自动驾驶能力，提高交通效率，改善驾乘感受。与此同时，网联车迅速发展，通过5G-A网络让传统车机升级为智能座舱，支持车内510块屏幕、XR眼镜等新型应用，使得网联车成为互联网应用的“第三空间”。通感方面，感知能力建立于当前的通信基站上，构建通信和感知一体的5G-A网络，助力交通、低空、海洋智慧化发展。低空感知上提供米级感知精度，保证了低空飞行的有序性和安全性，构建低空通信导航基础设施。海洋感知上通感一体可降低近海域的船只安全风险，整体安防布控效率提升50%以上。交主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望30通感知上5G-A通感一体可以实时感知道路上的车流状态，实现人、车、路的高效协同，可大幅降低L4自动驾驶整体成本，加速汽车自动驾驶的商用发展。通过过去几年5G-A业务创新和实践，“五联一感”全球产业链及应用生态已基本形成。5 5G-A行动倡议在2024年世界移动通信大会(MWC2024)上，5G-A商用时间窗正式打开，整个产业界都在积极准备，迎接5G-A时代的到来。因此，我们倡议，首先持续发展5G网络，提升网络供给能力，在频谱、站点和应用上做好充分准备，支持向5G-A网络的平滑演进。同时，深化网络应用普及，提升用户体验，基于5G-A时代“五联一感”的应用场景，持续深化5G网络在各个行业的应用。在此基础上，建设一批5G-A先行示范区，打造成为网络能力和创新应用的标杆，并加速存量频谱向5G-A的重耕，形成新的价值和新的应用。最后，加速终端、模组、芯片厂商和网络侧的协同发展，支持5G-A产业实现规模化商用。参考文献1 全球5G商用网络列表EB/OL.(2024-01-16)2024-01-16.https:/zh.wikipedia.org/wiki/全球5G商用网络列表2 3GPP.Evolutiontowards5G-AdvancedR.20213 3GPP.RP-232745SummaryforRANRel-19PackageR.20234 工信部.十四五时期推动万家企业开展5G全连接工厂建设EB/OL.(2022-09-06)2024-01-16.https:/ GSMA.Advancingthe5GEra-BenefitsandOpportunityof5G-AdvancedR.20226 ITU-R.FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2030andbeyondR.20237 NGMN.6GDriversandVisionR.20218 NGMN.6GPositionStatementR.2023主题聚焦：5G-A/6G技术及应用展望31作者简介杨超斌硕士，华为公司董事、ICT产品与解决方案总裁。历任华为无线预研部部长、LTE产品线总裁、瑞典研究所所长、无线解决方案部部长、无线营销工程部部长、5G产品线总裁、无线网络产品线总裁。高全中学士，华为公司5.5G产品线总裁、5G解决方案设计部长、5G首席专家。曾获国家科学技术进步奖特等奖。陈传飞硕士，华为无线网络首席战略官，负责制定和执行全球无线通信行业发展战略，并与监管机构、运营商、行业组织等合作。唐臻飞硕士，华为5G演进研究的高级专家，5.5G标准研究项目经理，负责5.5G关键技术研究及标准化工作。在无线通信领域拥有100多项专利授权，在国际标准和会议发表500多篇提案及论文。Abstract Asanevolutionandenhancementof5G,5G-Atechnologyinnovationandserviceapplicationexplorationhaveenteredthestageofcommercialization.5G-AplaysanimportantroleinChinadigitalizationandwillfurtherdeependigitaltransformationofindustries.Thispaperfocusesonthekeytechnologiesandtheprogressof5G-A,includingthecorrespondingapplicationscenarios,technicaltheory,valuesaswellastheprogressofstandardization.Thesekeytechnologieswillbecomethepillarofbuildingadvancednetworkcapabilities.Thispaperalsobrieflyintroducestheinitialdevelopmentof6Ggloballyandthedevelopmentof5G-Aapplicationsincludingglobalindustrychainsfor5G-Ausecasesofconnectingpeople,connectingfamilies,connectingindustries,connectingvehiclesandintegratedsensingandcommunication.Thesenewserviceandapplicationswillprovidenewimpetusfordigitaltransformationandinnovation.5G-Aisthewaytodevelopfrom5Gto6G.Finally,thispaperputsforwardthe5G-Aindustryinitiative,activelypreparesthewholeof5G-Aindustry,andwelcomethesuccessof5G-Acommercialdeployment.Keywords 5G-Advanced;IntegratedSensingandCommunication;AmbientIoT;NetworkEnergySaving;Multi-bandServingCell;mmWave;AIforAirInterface;RedCap5G-Advanced Technologies and Applications ProspectYangd ChaobinGao Quanzhong Chen Chuanfei Tang ZhenfeiHuaweiTechnologiesCo.,Ltd.,Shenzhen518129,China