何為5G-A？

作者 / 蜉蝣采采

2024年，中國5G商用已滿5周年。

業(yè)界的慣例是，每過10年，移動通信就會發(fā)展一代。當(dāng)此之時，5G已經(jīng)步入后半程，6G標(biāo)準(zhǔn)正蓄勢待發(fā)。2024年，也被稱作5G-A（5G-Advanced）元年。5G-A作為5G后半程的技術(shù)演進和場景擴展，將引入哪些新功能，支持哪些新業(yè)務(wù)？5G-A將如何上承5G的輝煌，下啟6G的光芒？我一直想寫一篇5G-A的介紹，但這個主題太過龐雜，因此一直“視為止，行為遲”。近兩年來，我就如盲人摸象一般，由局部到整體，大體了解了5G-A的全貌之后，才終于動手開始。? ??

5G-A的定義

對于承上啟下的“半代”技術(shù)命名，往往有協(xié)議的官方名稱，又有廠家及運營商為搶占市場的品牌名稱，比較熱鬧。比如，在4G和5G之交的時候，3GPP協(xié)議的命名是LTE-Advanced Pro，有外國人名字的感覺，主打一個冗長。

運營商和設(shè)備商就比較放飛了，有4G+、4.5G、Pre5G、5G plugin等等，絕不能在氣勢上落了下風(fēng)。如今到了5G和6G之交，3GPP對5G演進的命名跟之前如出一轍，R18之后的協(xié)議就叫做5G-Advanced，簡稱5G-A，比之前清爽了許多。設(shè)備商這邊，華為最早出手，延續(xù)4G時代的套路，在3GPP之前就打出了5.5G的概念，把5G定義的三大場景擴展為六個，實現(xiàn)從三角形到六邊形的演進。六邊形在移動通信行業(yè)有著圖騰一樣的含義，看起來舒服極了。

然而跟4G時代不同的是，業(yè)界并沒有跟風(fēng)整各種眼花繚亂的5G-A品牌名，都實實在在地沿用3GPP起的名稱：5G-A。這讓5G-A這頂帽子的曝光率大增，成為了業(yè)界通用語言。那么，5G-A到底包括了哪些核心技術(shù)和應(yīng)用場景呢？各大運營商和設(shè)備商都對5G-A技術(shù)和場景提出了自己的看法。比如，華為的5.5G在5G標(biāo)準(zhǔn)的增強型超寬帶、海量機器類型通信和超高可靠低時延通信這三大場景的基礎(chǔ)上增加了上行超寬帶、寬帶實時交互和通信感知融合。

中國移動在《5G-Advanced創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈融合行動計劃》中提出了卓越網(wǎng)絡(luò)、智生智簡和低碳高效三大方向，并總結(jié)出了5G-A十大技術(shù)。相對應(yīng)的，在2024年世界移動大會上，中國移動還發(fā)布了5G-A十大創(chuàng)新成果。業(yè)界對5G-A的這些愿景和定義雖說方向上大差不差，但總得有一個大家共同認可的收斂目標(biāo)，這樣才好相互交流合作。
咱們就以中國IMT-2020（5G）推進組官方給出了5G-A應(yīng)用場景來展開介紹。

可以看出，IMT-2020（5G）推進組將最中間5G的三大場景擴展為5G-A的六大場景，分別為沉浸實時、智能上行、工業(yè)互聯(lián)、通感一體、千億物聯(lián)、天地一體。下面，我們將看看5G-A這六大場景都指的是啥。???

?沉浸實時

有一類業(yè)務(wù)，業(yè)界從3G時代就開始宣傳，一直到5G還沒普及。這就是虛擬現(xiàn)實VR。VR再加上增強現(xiàn)實AR和混合現(xiàn)實MR，統(tǒng)稱為XR。

戴上VR頭顯，我們可以深度沉浸、實時地進入“元宇宙”，感受“異世界”。VR的特點是網(wǎng)絡(luò)帶寬需求非常大，時延要非常低，如果網(wǎng)絡(luò)條件不行，你感受到的將不是沉浸而是眩暈。想詳細了解VR的朋友可以看下這篇文章《從幻想到現(xiàn)實，VR從萌生到廣為人知的那些事兒》。VR由于高度沉浸，沒法戴著逛街，但AR可以。AR眼鏡通過在現(xiàn)實畫面上疊加更多的輔助信息和交互指令，適用的場景更廣。比如，減肥人士在吃飯時，只要看一眼食物就知道總共有多少卡路里，吃多了還能發(fā)出告警。

在技術(shù)上，5G-A標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對XR業(yè)務(wù)的特征進行了詳細的建模，網(wǎng)絡(luò)也可以實現(xiàn)精細化的XR體驗保障。相比技術(shù)實現(xiàn)，圍繞XR領(lǐng)域的商業(yè)模式構(gòu)建，設(shè)備和應(yīng)用能否普及是更關(guān)鍵的問題。相信大家都已經(jīng)在一些VR體驗館或者博物館里或多或少地體驗過VR游戲和VR視頻。有一個無法回避的問題是：用有線連接VR頭顯的效果最有保證，為什么要用無線呢？有線雖好，但不是萬能的。在有些多人大空間的VR游戲或者劇場中，人的活動范圍是非常大的，拖著一根線跑顯然不行，這就需要把畫面渲染的電腦背在背上，再通過有線連接VR頭顯。背包方案的缺點是體驗不好，又重又熱。

那么，能不能用無線呢？最容易想到的無線局域網(wǎng)技術(shù)是Wi-Fi。事實上Wi-Fi也確實可用，但由于Wi-Fi用的是非授權(quán)頻段，干擾難以控制，實測Wi-Fi支持的并發(fā)用戶數(shù)也不太給力，只能小規(guī)模使用。下面就要靠5G-A發(fā)揮作用了。采用毫米波頻段，單小區(qū)容量可以達到十幾個G，帶上幾十個用戶輕輕松松，低時延也有成熟的保障方案。我曾經(jīng)體驗過近期大火的VR大空間劇場項目“消失的法老”，并探討過采用5G-A毫米波來實現(xiàn)免背包輕裝上陣的可能性，詳情見文章《消失的法老，VR覺醒的拂曉之光》。除了XR之外，另一個有望實現(xiàn)5G-A商業(yè)掘金的技術(shù)是裸眼3D。

裸眼3D的沉浸體驗肯定不如VR，但它主打一個簡單快捷。只要你的手機或者平板支持裸眼3D，同時有裸眼3D片源，你就可以隨時隨地進入3D世界。裸眼3D視頻由于需要給兩個眼球傳遞不同的信息，同時還要支持多用戶，所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬大幅增加，需要5G網(wǎng)絡(luò)的支撐，用戶多了的話目前的5G不一定能頂住，需要升級到可支持萬兆（10Gbps+）體驗的毫米波。

關(guān)于毫米波相關(guān)的內(nèi)容，可以參考《毫米波，讓5G回歸初心》這篇文章。毫米波的衰減大，盲區(qū)多，需要輔以大量低成本的信號中繼。這些中繼可以采用智能超表面（RIS）技術(shù)來智能擴展覆蓋。關(guān)于RIS技術(shù)，詳情見《智能超表面，6G時代的顛覆式技術(shù)揭秘》這篇文章。???

智能上行

在無線物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之初，我們做的大多是“看”，即從網(wǎng)絡(luò)上下載內(nèi)容到本地來觀看，自然而然地，下行流量占據(jù)統(tǒng)治地位。隨著短視頻和直播的興起，越來越多的人參與內(nèi)容創(chuàng)作，這都需要進行頻繁的視頻上傳，上行流量需求與日俱增。

此外，在多路監(jiān)控視頻回傳、專業(yè)視頻制作、工廠內(nèi)的機器視覺檢測等場景，也都需要占用大量的上行資源，對下行流量的需求很小。

因此，改變之前下行為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，進一步提升網(wǎng)絡(luò)的上行能力，就成了5G-A的關(guān)鍵發(fā)展方向。

目前提升上行的方案主要是不同頻段之間的幀結(jié)構(gòu)互補聚合。比如，頻段1的幀結(jié)構(gòu)為下行為主，頻段2的幀結(jié)構(gòu)為上行為主，將這倆頻段聚合起來，就實現(xiàn)了下行和上行資源接近1:1配置，同時支持大下行和大上行。

關(guān)于5G的上行問題的來龍去脈和多載波聚合解決方案，還可以參考《5G上行，真是讓人操碎了心！》這篇文章。如果只有一個載波，沒法協(xié)同互補，又該怎么辦呢？
目前協(xié)議也正在標(biāo)準(zhǔn)化一種叫做“子帶全雙工”的技術(shù)，可在TDD單載波上進一步劃分上行和下行子帶，實現(xiàn)類似FDD的上下行均衡資源配比的效果。簡而言之，就是實現(xiàn)TDD和FDD的結(jié)合。

通過靈活調(diào)整上行和下行子帶的大小，5G-A單載波可以實現(xiàn)大上行、大下行、上下行均衡等多種能力，并且保持時延最低。

子帶全雙工技術(shù)也叫“S-UDD（單載波時頻統(tǒng)一雙工）”。關(guān)于子帶全雙工，詳情可參考下面這篇文章《子帶全雙工，5G夢想的妥協(xié)？》。此外，提升上行能力還可以從終端側(cè)想辦法，這就是“UE聚合”。

我們經(jīng)常能看到很多終端的距離不遠，但它們之間的可能有的能力較弱，有的信號被遮擋，同時還有些終端的能力強信號好但流量沒有拉滿，UE聚合技術(shù)可以把這些終端聚合成一個整體，達到抱團取暖，以強補弱等效果。

工業(yè)互聯(lián)

突破傳統(tǒng)2C賽道，進軍工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，開啟新領(lǐng)域是5G的重要目標(biāo)。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造工廠中的應(yīng)用非常廣泛，目前較為普遍的層級劃分是工廠級、車間級和產(chǎn)線級這三個等級。工廠級著重跨車間跨層級互聯(lián)互通、多場景系統(tǒng)化應(yīng)用，以及全要素生產(chǎn)率提升。車間級著重多產(chǎn)線多系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化，促進數(shù)據(jù)價值充分釋放。產(chǎn)線級用于核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，進行產(chǎn)線的設(shè)備連接、數(shù)據(jù)采集和融合應(yīng)用。

其中，產(chǎn)線級屬于OT域的核心，也是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。要將5G引入智能制造工廠的產(chǎn)線級應(yīng)用，需要網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時延、抖動、可靠性等指標(biāo)達到極致的確定性。

3GPP早在R15版本就標(biāo)準(zhǔn)化了超可靠和低時延通信（URLLC）。在R16版本中，又添加了對時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的支持，并在R17中進一步增強。

TSN是在IEEE以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，針對時間敏感特性做了一定的擴展，以在特定時間窗口內(nèi)，在沒有丟包、沒有由于擁塞引起的時延的情況下轉(zhuǎn)發(fā)時間敏感數(shù)據(jù)包，包括時間同步、定時流量調(diào)度、幀復(fù)制和消除等功能。其中，幀復(fù)制和消除功能也叫做“雙發(fā)選收”，可將數(shù)據(jù)流復(fù)制成兩個或多個副本，并通過不同的路徑傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點，極大增強了網(wǎng)絡(luò)的確定性。在Rel18中，協(xié)議對時間敏感通信的支持進一步進行增強，使得網(wǎng)絡(luò)能夠提供更具擴展性的確定性通信。????

通感一體

在以前，基站就是用來通信的，用來打電話刷視頻是一把好手，但是沒法識別空中飛來一只鳥或者河上飄來一艘船，這些都是雷達的職責(zé)。后來人們想明白了，既然基站和雷達都用的是電磁波，如果讓基站分出來一點資源發(fā)射雷達的信號格式，豈不是就能把基站和雷達合體了？

這就是“通信感知一體化”，簡稱通感一體。

基站作為通信基礎(chǔ)設(shè)施是無處不在的，且在鐵塔上，電源、天線、傳輸?shù)荣Y源均具備，我們只需“順勢而為”，通過軟件升級就可以擁有感知能力，何樂而不為呢？

下面是一些典型的通感一體化應(yīng)用場景。低空經(jīng)濟：把基站往天上打，通感一體技術(shù)可以識別無人機的位置、方向、高度、速度、距離，軌跡，支持無人機物流配送、集群表演、農(nóng)林植保等應(yīng)用。對于未經(jīng)許可的“黑飛”無人機，基站還可以實現(xiàn)實時定位和追蹤，供安防系統(tǒng)決策反制。

智慧交通：通感一體系統(tǒng)可利用通信基站站點高、覆蓋廣的特點，實時、大范圍、感知車道流量和車速信息，同時檢測行人或動物道路入侵，有效實施道路監(jiān)管，保障交通安全和提升交通效率。關(guān)于通感一體的詳情，請參考《通感一體化：基站和雷達也能合體？》這篇文章。????

千億物聯(lián)

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展源遠流長。從2G開始，GPRS開始支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，自然也就廣泛地用于物聯(lián)網(wǎng)。時至今日，基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也還在頑強生存。3G自然也不例外，也可用于物聯(lián)網(wǎng)。到了4G時代，專為物聯(lián)網(wǎng)而制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開始出現(xiàn)，Cat 0、Cat 1和Cat M（LTE-M，又叫eMTC）都是專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的。NB-IoT（Cat NB）更是樹立了低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)的典范。到了5G時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加細分。eMBB、mMTC和uRLLC這三大場景都適用于物聯(lián)網(wǎng)。eMBB可用于高速率的物聯(lián)網(wǎng)，mMTC專為海量的低速物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，uRLLC則用于超低時延高可靠的確定性物聯(lián)網(wǎng)。為了彌補中速物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，在5G-A階段又引入了RedCap，目標(biāo)是取代4G的中速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)eMTC。目前，運營商最大規(guī)模開通并積極打造應(yīng)用落地的5G-A技術(shù)，正是RedCap。

RedCap不是指紅帽子，實際是由英文Reduced Capability的前三個字母合成，也就是縮減能力的意思，也被稱作輕量化5G。叫它閹割版5G也行。RedCap對終端的能力縮減可謂大刀闊斧。載波帶寬從100MHz縮減為20MHz，天線配置從2T4R減少到1T1R或1T2R，最小下行MIMO層數(shù)減少至1，調(diào)制階數(shù)最低可支持64QAM，引入了半雙工模式。

雖說RedCap把能力降為了“5G版本的4G”，但還是能滿足大量的中速物聯(lián)網(wǎng)需求的，比如工業(yè)傳感器、攝像頭回傳、可穿戴設(shè)備等等。如想詳細了解RedCap，可以閱讀這篇文章《RedCap，5G的“二次革命”》。然而，即使5G-A補上了RedCap這塊拼圖，物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模仍然達不到“千億”。這是因為在智能工廠、物流倉儲、環(huán)境監(jiān)測等場景里，依然存在大量需要極低聯(lián)網(wǎng)成本、極低傳輸速率的設(shè)備。

這就需要“零功耗”的無源物聯(lián)網(wǎng)。

無源物聯(lián)網(wǎng)，不用連接電源，更無需配置電池，僅靠收集環(huán)境中的光、熱、風(fēng)、浪、聲、電磁輻射、機械震動等能量就能完成低功耗計算和通信，并且可以長期工作。
目前無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還在制定中，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚處于早期。假以時日，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為5G-A時代“千億物聯(lián)”的底座，依托其低功耗、低成本、小體積、易部署、免維護等優(yōu)勢實現(xiàn)一切設(shè)備的應(yīng)連盡連。如想詳細了解無源物聯(lián)網(wǎng)，可以閱讀這篇文章《什么是無源物聯(lián)網(wǎng)？一文看懂！》。????

天地一體

這里的“天”是指太空，“地”是指地面。天地一體自然是基站由衛(wèi)星馱著在天上飄，和地面上的基站形成立體覆蓋，從而打造全球無縫服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在以前，天上的衛(wèi)星負責(zé)衛(wèi)星通信，地上的基站負責(zé)地面通信，兩者平行發(fā)展，有競爭但更多的是合作關(guān)系。

在5G時代，業(yè)界希望構(gòu)建一張空天地一體的5G網(wǎng)絡(luò)。跟地面上的5G網(wǎng)絡(luò)相比，這種飄在天上的5G網(wǎng)絡(luò)自然就叫做“非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Network）”，簡稱作NTN。廣義的NTN包含的范圍很廣，有無人機、地對空通信、高空基站、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等等?；谛l(wèi)星的NTN自然是最受關(guān)注的重點，因此在一般情況下，我們說的NTN都是基于衛(wèi)星的。

3GPP對于NTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進展及計劃。在R15和R16，5G NTN處于研究階段。從R17開始，5G NTN的接入技術(shù)已開始標(biāo)準(zhǔn)化，并將在后續(xù)版本不斷向前推進。

NTN的思路是：5G基站甚至5G核心網(wǎng)都可以部署在低軌衛(wèi)星上，直接和用戶的手機相連，相當(dāng)于無時無刻在空中飄蕩的5G網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)質(zhì)量更佳。如想詳細了解5G-A星地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以參閱這篇文章《5G，上天了！衛(wèi)星和基站擦出了火花？》。????

內(nèi)生智能

智能化沒有包含在IMT-2020（5G）推進組提出的5G-A應(yīng)用場景里。它更多地作為一個基礎(chǔ)能力，位于六邊形的中心，支撐其他場景更好地實現(xiàn)。在各大展會及論壇上，“ALL in AI，AI for All”不僅僅是口號，AI已經(jīng)和通信系統(tǒng)深度融合。甚在有些方面AI已經(jīng)成為了主角，形成了通信×AI的乘數(shù)效應(yīng)。在5G以及5G-A標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，業(yè)界也早已認識到了AI的優(yōu)勢，并試圖把一些流程用AI來優(yōu)化賦能。

早在5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個版本R15，3GPP就定義了一個全新的核心網(wǎng)網(wǎng)元——NWDAF。NWDAF從各種核心網(wǎng)網(wǎng)元、應(yīng)用、運維系統(tǒng)以及運營支持系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進行分析，以提供有關(guān)網(wǎng)絡(luò)性能和健康狀況的建議及處理方案。從R17階段開始，3GPP開始研究怎樣把AI引入基站及終端，首先考慮的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、負荷均衡以及移動性優(yōu)化等基礎(chǔ)功能。AI在RAN（Radio Access Network，無線接入網(wǎng)）側(cè)的基本運行結(jié)構(gòu)如下圖所示：

目前已在R17階段研究并在R18階段標(biāo)準(zhǔn)化的RAN側(cè)AI主要是網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、負荷均衡以及移動性優(yōu)化。在R18階段，3GPP研究了CSI反饋增強、毫米波波束管理以及定位精度增強這三個AI應(yīng)用，跨入了系統(tǒng)和終端協(xié)作新時代。R19將研究新的AI/ML用例。AI/ML的數(shù)據(jù)和模型可能會不經(jīng)過5G網(wǎng)絡(luò)直接在設(shè)備之間共享。這就需要進一步研究隱私保護以及能耗降低等問題。關(guān)于內(nèi)生智能的詳情，請參考《人工智能，如何賦能5G-A？》這篇文章。????

關(guān)于6G

其實，5G-A愿景的定義過程是漫長的，在ITU發(fā)布6G愿景之后才得以在業(yè)界正式確認。這是因為，5G-A不僅僅是對5G的演進，更是對6G的銜接。要定義好5G-A，必然要從6G去倒推。

上面這幅圖是ITU的6G愿景。我們這里簡單地和前面介紹的在IMT-2020（5G）5G-A應(yīng)用場景做一個比較。沉浸式通信：和前面說的“沉浸實時”幾乎完全一致。

AI通信融合：前面也提到過，AI內(nèi)生是5G-A的主旋律之一，到了6G將升級到AI原生。

超可靠低時延通信：用于工業(yè)互聯(lián)的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也屬于超可靠低時延通信。6G跟5G/5G-A不同，最前面的“超”字的英文從Ultra變成了Hyper。Ultra指“超出極限”，強調(diào)數(shù)量級上的變化；Hyper指“高到極點”，強調(diào)已經(jīng)由量變發(fā)生了質(zhì)變。泛在連接：前面說天地一體，可實現(xiàn)整個地球的無縫連接，和泛在連接的含義一致。超大規(guī)模通信：這個和5G的mMTC基本一致。前面說到的千億物聯(lián)，也是超大規(guī)模通信的另一種表述方式。通感一體：跟前面說的5G-A定義的通感一體完全一致。在5G-A時代進行技術(shù)先驗，場景先探，后續(xù)將和6G無縫銜接。???

寫在最后

在本文開頭，我提到了盲人摸象的故事。套用在5G-A上，通過不斷深入探索各個應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)，我們終于對5G-A有了一個整體的了解，但這還是遠遠不夠的。還有一個庖丁解牛的故事。庖丁在剛開始解牛的時候，眼中看到的都是完整的牛，解牛時常常無從下手。三年之后，庖丁的對牛的身體構(gòu)造了如指掌，做到了“目無全?！保馀r游刃有余。對5G-A的理解的歷程亦是如此。