5G-A都有哪些關鍵技術?

5G開啓萬物互聯和人機深度交互的新時代,滿足增強移動寬帶、海量機器類通信和超高可靠低時延通信三大類應用場景,將提供至少十倍於4G的峯值速率、毫秒級的傳輸時延和百萬級的連接能力。在5G系統設計時需要充分考慮不同場景和業務的差異化需求,通過統一、靈活和可配置的空口技術框架,滿足多樣化場景、靈活系統設計、大規模天線及新型技術提升系統性能要求。隨着網絡信息技術的發展,5G無法滿足全息通信等業務的高速率低時延要求,5G-A作爲5G技術的演進和升級,能夠支持10倍網絡能力提升,支撐全場景物聯和泛在智能,同時增強對工業互聯網、車聯網等垂直行業的支持。

5G-A標準規劃穩步推進

3GPP於2018年6月發佈5G獨立組網標準R15版本,構建了5G系統的基礎架構,重點滿足增強移動寬帶業務需求,R16和R17爲5G標準增強版本,其中R16完善了5G三大類應用場景的能力,並對垂直行業的業務進行了拓展,Rel-17則進一步提升了5G系統的行業能力。5G-Advanced是基於5G的技術演進,2021年4月,3GPP初步確定以5G-Advanced作爲5G網絡演進的理念,將從R18開始逐步爲5G-Advanced完善框架和充實內容,3GPP已經在2023年第二季度完成R18架構和關鍵技術標準,將於2024年6月完成整個R18標準,2023年第四季度,3GPP啓動了5G-A R19架構標準制定。R18是5G-A的第一個版本,涉及AI、機器學習(Machine Learning,ML)、通感、XR多媒體增強以及網絡大數據智能分析等場景,R19版本將對相關場景的技術路線演進做進一步研究討論,這些工作旨在探索5G更廣闊的前沿技術,並且爲6G積累更多的理論和實踐經驗。

5G-A關鍵技術從三角形擴充到六邊形

5G-Advanced在5G的三大業務場景的基礎上進一步擴充到六大業務場景,以應對日益複雜的應用場景和業務需求,從支撐萬物互聯到使能萬物智聯。包括上行超寬帶大幅提升現有通信網絡的上行傳輸性能,實現高清視頻上傳、機器視覺等業務,寬帶實時交互支持更大帶寬和低時延通信,使能沉浸式互動業務增強,通信感知融合將傳統通信和感知業務相融合,賦予無線通信網絡全新的業務能力。5G-A將爲5G發展定義新的目標和新的能力,爲用戶提供更加卓越的業務服務,促進5G產生更大的社會和經濟價值,同時也在5G和6G發展之間起到承上啓下的作用,一方面持續發展演進5G網絡能力,另一方面探索和儲備未來6G的發展技術。

5G-A持續增強寬帶業務能力,提升用戶體驗。爲更好地支持以XR爲代表的新業務,5G-A要支持更高的頻譜效率,進一步提升網絡覆蓋能力和終端節能的能力。在增強寬帶能力方面,一是提升頻譜效率,主要包括多天線增強、大上行技術的應用研究等;二是業務能力提升,主要是高效支撐毫米波等更多寬帶業務,提升終端能力,潛在關鍵技術包括XR/CG增強、QoE增強、UE節能增強等;三是提升系統部署靈活性和效率,潛在關鍵技術主要包括網絡節能技術、移動性與覆蓋性能增強等;四是非地面通信的增強,需要進一步完善NTN透明方式的性能和功能、基於信號再生方式研究與標準化以及天地網絡融合一體化組網研究等。

5G-A進一步增強垂直行業能力以加強融合應用,包括支持更多垂直行業專業類型的終端、對垂直行業業務能力的增強技術,如上行能力增強、定位增強等,以及更靈活的組網方案。一是進一步降低輕量級UE的複雜度,將5G應用擴展到對成本、能耗、數據速率等要求更低的市場,並支持更豐富的物聯網終端類型,包括新物聯網終端、低功耗定位終端、面向工業場景終端等;二是提升定位精度,支持更多定位場景;三是增強車聯網和多種新終端直通應用場景的性能與功能;四是考慮更多行業應用場景的低時延高可靠業務的增強。

5G-A利用人工智能技術增強無線側和核心網側的功能與性能。從應用來看,5G引入AI各類場景,將5G應用與網絡資源進行智能化適配來保障業務質量,因此無線技術引入諸如基於AI的大規模天線設計、無線資源調度、定位技術和移動性管理等技術用於提高網絡效率,而網絡技術引入支持AI的核心網架構,智能網絡切片和基於AI的多接入網協同等技術用於提升網絡能力。隨着AI技術與算力的快速發展,5G引入AI技術,不斷構建5G智能運維,可使5G更加智能、高效,同時應用與5G網絡智能化適配實現高質量的多樣業務。

5G-A支持通信感知一體化,在無人機、汽車、工廠的自動導航車、室外和室內的人、公路和鐵路的危險物等目標物體的感知、檢測和跟蹤方面有非常廣泛的應用,爲各類用戶帶來更豐富的通感互聯體驗,主要包括定位感知類、模式感知類和重構感知類。5G-A將啓動通信感知融合的信道建模的研究。通感信道模型首先聚焦0.5-52.6GHz頻段,包括6種感知模式,即單基站感知、單UE感知、基站-基站感知、基站-UE感知、UE-基站感知、UE-UE感知。

5G-A技術將持續增強

2023年12月,3GPP已經啓動5G-A第二版本(R19)的標準工作,一方面基於現有功能和網絡能力的持續增強,不斷提升運營商網絡的容量、覆蓋等關鍵KPI,進一步提升用戶體驗,重點標準化多天線增強、全雙工等;另一方面,進一步支持垂直行業能力、虛擬現實、綠色節能等應用場景,重點標準化低功率喚醒信號、網絡節能、虛擬現實XR增強技術等,同時面向6G的前瞻準備,挖掘具有潛力的候選技術,推動5G-A網絡向6G的演進,重點標準化無線AI、通感融合以及7-24GHz等新頻段的研究。

(作者單位爲中國信息通信研究院移動通信創新中心)



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