观点:中国工程院院士邬贺铨:市场需求,技术驱动,5G-A发展正当其时

来源:人民邮电报 2023-06-27 15:06:46

“当前5G发展到了关键拐点,需要5G-A来破局。”

5G基站累计超过284万站,占移动基站总数的四成;5G移动电话用户数6.51亿户,占移动电话用户的38.1%;5G网络覆盖所有地市级城区、县城城区……

从“战略布局”到“系统推进”,再到“应用落地”,正式商用四年来,我国已建成全球规模最大、技术最先进的5G网络,并以此为“土壤”,融入超六成国民经济大类,培育出产业数字化智能化转型的“硕果”。


【资料图】

如今,5G发展已过半场,5G-A蓄势待发。为什么要在此时凝心聚力发展5G-A?5G-A相比5G有哪些关键能力和创新?5G-A的发展现状如何,其与6G之间的关系又是怎样的?

带着关于5G-A的各角度问题,记者很荣幸地独家专访了中国工程院院士、我国通信领域权威专家邬贺铨,请他对5G-A的发展进行了阐释与解读。

5G发展拐点:5G-A既是市场的需求,又是技术的驱动

在近期“第四届5G千兆网产业论坛”上,邬院士做出“当前5G发展到了关键拐点,需要5G-A来破局”这一关键判断,原因是什么呢?

“商用4年来,5G发展之所以比同期4G的部署进度快,是因为我们现在的技术和网络建设经验都比4G时期好。根据经验,通常每一代移动通信达到一定的覆盖程度和用户普及率,应用就要起来了。从运营商角度看,将逐渐进入投资回报期;但从用户角度看,5G部署相比4G略快,但用户体验还有差距。”对于5G发展的用户体验感不强的问题,邬院士用市场参与双方的“视角差”和“时间差”这两个维度进行了阐释。

一直以来,邬院士都强调5G时代面向消费市场的“杀手级应用”的重要意义。“5G的上下行速率,无论是峰值还是均值,都是远远大于4G的。然而,一秒钟还是十秒钟下载一个大文件,一般消费者的感受是差别不大的。这也是消费者感觉5G‘英雄无用武之地’的原因。然而,VR/AR和车联网的出现,将成为5G时代的关键消费级应用。特别是VR/AR和车联网对低时延和高带宽的需求,4G显然不行,现有5G也有不足,必须发展5G-A。”

除了消费市场的需求,面向工业生产需求,5G已经开拓了丰富的应用场景。进入5G-A发展时代,将会向核心生产场景继续延伸。“5G的初心就是瞄准toB,但简单将消费网络上的网络架构搬到工厂不适应工厂场景。消费应用是大下行,工业应用是大上行,而且工业应用要求确定性时延、高可靠与精定位等,这些都是一般消费应用不关注的。”对于工业需求的差异性,邬院士谈道,“5G需要面向工业应用做适应性改造,过去我们对网络架构的扁平化、大上行做了一些努力和探索,但还是不够。5G-A对于‘怎么支持大上行’有了明确的要求和技术方案。”

5G-A不仅更充分地满足工业生产各场景中的需求,还将使工业物联网“焕然一新”。“在工业物联网应用上,5G-A着重考虑了轻量级物联网以及无源物联网。通过这些技术有可能打破工业物联网应用的‘瓶颈’。”邬院士对5G-A支持工业物联网建设的能力充满期待。

无论是消费需求,还是工业需求,均对大带宽、低时延、高可靠等技术指标提出了要求。“以2025年为商用目标,发展5G-A从时间上看正好”,这是邬院士对于5G-A规模化商用的时间节点做出的判断。

“5G-A的上下行带宽均有望提高10倍,可靠性有望提升到99.999%—99.9999%。结合AI、光学技术等技术的突破,视频消费内容将从二维物理世界延伸到三维虚拟世界,这将是突破性的体验。在车联网、工业互联网等场景,无论是车路协同,还是云网融合、星地联网,都是5G-A所关注的方向。”邬院士说道,“通过5G的前期部署,提升用户体验和优化toB业务,都需要提升现有5G的能力。因此,我认为现在讨论5G-A发展,既是市场的需要,也是技术的驱动,这两者是相辅相成的。”

5G-A创新能力:相对5G实现四大维度数量级提升

谈到5G-A对于数字产业化的关键能力和创新,邬院士用“主要性能有数量级的提升”这一句话简要概括,涵盖了“十倍带宽、十倍连接数、十倍定位精度、十倍能效改进”四个维度。

“5G-A的下行带宽将从Gbps提高至10Gbps,上行带宽将从100Mbps提高至Gbps,这是带宽数量级的提升。除此之外,5G-A还会通过大规模天线和超材料的创新,进一步提高峰值带宽。”邬院士就“十倍带宽”维度介绍道。

在“十倍连接数”维度,主要涉及5G-A在物联网方向的全新创新,即轻量级物联网RedCap和无源物联网。“我们希望轻量级物联网的规模成本控制在百元以内,而无源物联网成本是几毛钱。”邬院士认为物联网的规模应用,成本控制是关键。 “5G-A的无源物联网可以有效覆盖200米,与RFID相比可以用在密集场景,这就大大拓展了无源物联网的应用范围,将覆盖仓储物流甚至一些快消品。原有5G的大连接物联网规模是每平方公里100万连接,现在无源物联网有可能做到每平方公里1000万连接,这实现了连接数的数量级提升。”

伴随产业数字化智能化推进,定位服务,特别是高精度室内定位服务,愈发关键。“在室外,5G的定位能力已经可以与北斗、GPS比拟。而在室内,移动通信具有独有优势。5G可以做到米级定位, 5G-A将实现厘米级定位精度,并且响应速度更快。”邬院士针对“十倍定位精度”谈道,“除了定位技术、波束赋形等,我们还会用到移动通信的‘通感算一体’,让基站具有‘千里眼’‘顺风耳’,利用感知能力实现精准定位。这将在工业生产、车联网和低空经济具有很好的应用前景。”

深入践行绿色低碳发展理念,需要充分发挥5G在推进经济社会发展全面绿色转型中的示范作用。“我们希望5G-A不仅利用更多绿色低碳的技术,而且在单比特能效上改进10倍,这要在提高信息容量上下功夫。”邬院士说道。

除了“十倍带宽、十倍连接数、十倍定位精度、十倍能效改进”四个维度的技术创新,5G-A还将在车联网、工业核心生产线、低空管理、天空地一体的卫星互联网等场景应用上实现创新。技术架构和场景应用将形成创新的双轮驱动,驱动5G-A实现更好的发展目标。

5G-A通感物联:通感一体、泛在物联前景广阔

为充分发挥移动通信“通感算一体”的优势,5G-A在“通感一体”和“泛在物联”两方面凸显创新。

通感一体方面,5G基站作为通信天线,充分发挥其定位感知能力,将在车联网和低空管理等应用中大有可为。“5G频段和一般雷达相比,频率是相对低的,而且基站相对城市雷达更密集,市域包括低空环境的感知能力比常规雷达强。与车联网使用的激光雷达相比,可实现超视距感知,特别是在雨雾天气,激光雷达也会受到雨雾的影响。通过5G-A的‘通感算融合’,可以辅助雷达提高精准度。这将帮助解决车联网的车到路、路到车以及车到车之间的感知问题。”邬院士讲道。

基于前期的建设成果,5G基站数量庞大,部署密集。合理改造并充分利用5G基站的感知能力,将极大降低城市车联网和低空经济的管理门槛。

“在不改变5G基站天线仰角的前提下,低空探测空间高度近600米,这将避免低空专网的重复建设,有助于城市对‘低慢小’飞行物的识别和管理。既为城市低空安全监管提供了技术手段,也开拓了利用低空无人机开展物流配送应用的场景”邬院士着重强调了车联网和低空经济这两方面的发展前景。

泛在物联方面,物联网连接数正快速增长。据工信部数据,截至2023年5月末,三家基础电信企业发展蜂窝物联网终端用户20.51亿户,比上年末净增2.06亿户,占移动网终端连接数(包括移动电话用户和蜂窝物联网终端用户)的比重达54.6%。随着数智融合的推进,物联网将成为连接数的主要增长点。

“从2G到4G,带宽从KB增长到MB。进入5G-A时代,我们希望有更大的带宽,以支持工业互联网中机器视觉、激光扫描等大上行应用。此外,物联网最重要的要素就是低成本、低能耗、长待机。现有物联网成本太高,因此要开发RedCap。通过简化功能,从而降低功耗和成本,实现市场规模的扩大。”邬院士十分注重轻量化物联和无源物联的使用成本,并强调规模效应将会牵引应用涌现,“我相信,伴随5G-A物联网的推广普及,当成本降低、规模扩大,应用就会相伴而生。”

5G-A发展导向:保持领先身位,引导6G探索

四年来,我国在5G发展方面成果斐然,有着显著优势。谈到5G-A的发展现状,邬院士从标准制定和东西差距两个方面做出深刻阐述。

“关于5G-A移动通信,3GPP将会制定R18到R20的标准。明年这个时间点就是R18标准完成的节点,这意味着5G-A将有最基本可用的标准了。实际上未等R18定型,我们的企业早已提前开发5G-A的相关技术与应用了。”邬院士就我国标准探索方面的领先谈道,“不改变现有网络架构,可以在现有5G基础上升级,这是5G-A的重要特点,也是利于5G-A部署和推广的重要优势。在北京、广东、上海等地已经开始了5G-A的初步试验,达到了预期的10倍性能提升的目标。”

除了标准制定,随着规模化商用的发展,成本将显著降低,同时5G-A将打破“5G用户体验感不够强”的现状,在裸眼3D、车联网、低空经济等方面形成新的推进动力。发展5G-A,改善5G体验,将成为运营商、设备供应商和用户三方的共识,这将进一步拉开东西方5G的发展身位。

“从全球5G发展现状看,中国5G不论用户数还是基站数都占全球60%,由此有人说中国5G走太快了,我认为其实是西方5G走太慢了,这既有西方经济不景气的原因,也有在5G商用时过于看重毫米波频段而低于预期。”邬院士说道,“西方5G的部署慢,为5G-A留了很大的市场空间,我们5G-A技术与产品如果能走在前面,不仅面向国内市场,也有希望成为开拓海外市场的有力技术支撑。”

日前,ITU通过6G框架和总体目标建议书,再次引发5G-A与6G两者关系的讨论。就此问题,邬院士认为5G-A是5G的升级,也是6G发展的前置探索。

“5G升级到5G-A在于提升用户体验、深化工业应用、扩展蜂窝物联、开拓感知空间,6G技术还不成熟,探路创新不是一蹴而就的,5G-A中包含着6G的基础愿景和技术应用探索。”邬院士特别强调了技术继承和演进的客观规律,“现在很难说准6G的真正锚点有哪些,当然在扩展频段上会进一步利用空分的一些特性,但这和大规模天线的应用也是密不可分的。不管是灵活双工,还是消除干扰,5G-A都在进行前置探索。”

“以我的理解,无论是从市场需求的角度,还是从技术进步的角度,5G-A这个阶段都是很有必要的,也是6G前的必经之路。否则,在我们探索6G的过程中,不管是市场还是技术,我们的心态和脚步都不会那么踏实和笃定。”邬院士总结道。

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