Aperçu des progrès de la 5G et des perspectives de la 6G

       Si l'on considère l'historique complet des normes de communications mobiles, l'UIT a nommé la 3G IMT-2000, la 4G IMT Advanced et la 5G IMT-2020, une norme valable pour une durée de 10 ans. De même qu'en février 2013, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, la Commission nationale du développement et de la réforme et le ministère des Sciences et des Technologies ont conjointement promu la création du Groupe de promotion IMT-2020 (5G), en 2019, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a également promu la création d'un groupe de promotion IMT-2020 (5G) basé sur la 6G. Le groupe de recherche pour la promotion IMT-2030 (6G) a publié officiellement en juin dernier le livre blanc intitulé « Vision globale de la 6G et technologies clés potentielles », qui détaille la vision globale de la 6G, huit scénarios d'application commerciale et les perspectives de dix technologies clés potentielles. Depuis, au niveau standard, on peut affirmer que la 5G a achevé sa première phase de déploiement d'une version standard quasiment complète, et que l'industrie se concentre désormais sur son évolution et la recherche sur les nouvelles technologies 6G. Avant le passage à la version R17, qui marque le début de la seconde phase, nous allons retracer les progrès de la 5G et en dresser un bref bilan.

01progrès commercial du réseau

       According to GSA data, as of May this year, a total of 166 operators have released 3GPP standard 5G commercial networks (including mobile networks and FWA) in 69 countries and regions, and 77 operators are piloting, planning and deploying commercial 5G SA networks. At the same time, 436 operators in 133 countries/regions are investing in 5G networks in the form of tests, trials, pilots, plans and actual deployments. From the frequency band point of view, it is mainly n77 (3.3GHz, 4.2GHz) and n78 (3.3GHz~3.8GHz).

       La Chine déploie la 5G à un rythme inégalé dans le monde. Selon les données de l'Académie des technologies de l'information et des communications, fin mai de cette année, la Chine comptait 819,000 5 stations de base 5G. Bien que ce chiffre reste faible comparé aux 5.44 millions de stations de base 4G, il représente plus de 70 % du total mondial. Parallèlement, 337 modèles de téléphones mobiles 5G ont été lancés sur le marché intérieur, pour un total de près de 300 millions d'unités vendues. En incluant les modèles importés, ce chiffre atteint 310 millions.

025G terminal progress

       Le nombre de terminaux 5G mis sur le marché connaît une croissance rapide. Selon les données de la GSA, à fin mai 2021, 128 fabricants d'équipements avaient annoncé la commercialisation ou la commercialisation prochaine de terminaux 5G. Le nombre de terminaux 5G lancés dans le monde a atteint 822, soit une hausse de 8.7 % par rapport à avril. Parmi ceux-ci, 62 % sont commercialisés, soit 511 modèles, ce qui représente une augmentation significative de 26.5 % par rapport au trimestre précédent. Le graphique ci-dessous présente le nombre de terminaux lancés et commercialisés entre mars 2019 et mai 2021.

       Les catégories de terminaux sont également très riches, comprenant 416 téléphones mobiles (dont au moins 350 modèles commercialisés), 144 modèles de CPE FWA (dont 56 modèles commercialisés), 106 modules, 45 routeurs/passerelles industriels/d'entreprise, etc. La proportion est illustrée dans la figure ci-dessous :

03progrès des puces 5G

       As the foundation of 5G terminal equipment, the chipset restricts the development of the industry chain to a great extent. There are five manufacturers in the world, including Qualcomm, MediaTek, Huawei HiSilicon, Samsung and Unisoc, that design and produce 5G chipsets. According to GSA statistics, as of May 2021, 5 chipset manufacturers have released a total of 35 commercial mobile platforms and 14 commercial 5G modem modules. At the same time, 4 mobile platforms and 5 5G modem modules are about to be commercialized. While chip manufacturers strive to expand their product range, terminal manufacturers have more and more chipset choices.

       The figure below counts the number of 5G chipset (mobile platform and modem set) releases from the fourth quarter of 2018 to May this year, and we can clearly see the acceleration trend.

04progrès des applications 5G

       Le déploiement à grande échelle et la commercialisation des réseaux 5G ont accéléré le développement de la chaîne industrielle (terminaux, puces). Cependant, du côté des applications, bien que le nombre d'utilisateurs augmente rapidement (en Chine, par exemple, le taux de pénétration de la 5G dépasse les 20 %, seuil critique), aucune application phare ne parvient à générer une hausse significative du trafic réseau. La part du trafic 5G reste donc bien inférieure au taux de pénétration, et les opérateurs se concentrent sur des secteurs verticaux spécifiques.

       Industry private networks are an important application area of ​​5G. According to a report by Grand View Research, a well-known American survey agency, the global private 5G network market size is expected to grow at a compound annual growth rate (CAGR) of 37.8% from 2020 to 2027, reaching US$7.1 billion by 2027. As national and local policies encourage the integration of 5G and industry, industry private networks have naturally become an important expansion direction for operators. In 2020, all three major domestic operators have released 5G private network products and are working with the industry to promote the construction of private networks. According to the Ministry of Industry and Information Technology, there are currently more than 1,500 "5G + Industrial Internet" projects under construction, covering more than 20 important industries in the national economy.

       Au niveau des applications industrielles, suite à la publication du Plan de promotion du projet « 5G + Internet industriel » (projet 512) en novembre 2019 et aux politiques et initiatives industrielles qui ont suivi, de nombreuses applications industrielles de la 5G ont vu le jour. Le 31 mai dernier, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a publié le document « Dix scénarios d'application typiques de la 5G + Internet industriel et exemples concrets dans cinq secteurs clés ». Ce document fournit des orientations pour la fabrication d'équipements électroniques et présente des exemples concrets issus de cinq secteurs : la fabrication d'équipements, la sidérurgie, l'industrie minière et le secteur de l'énergie électrique. Dix scénarios, parmi lesquels la R&D et la conception collaboratives, le contrôle à distance des équipements, l'exploitation collaborative des équipements, la fabrication flexible, l'assemblage auxiliaire sur site, le contrôle qualité par vision industrielle, le diagnostic des pannes d'équipements, la logistique intelligente en usine, l'inspection intelligente sans opérateur et l'inspection des sites de production, ont été publiés afin de guider le développement des applications industrielles.

05Overview of the main projects of the 3GPP R17 standard

Overview of the main projects of the 3GPP R17 standard

       Notre article d'analyse sur R16 l'année dernière"Understand 3GPP R16 with one picture"The main projects of R17 are summarized, mainly as follows:

Service de diffusion multidiffusion NR (NR_MBS)

       Multicast and broadcast services already exist in 4G, namely eMBMS defined by 3GPP in the R9 version, which can support commercial use cases including mobile TV live broadcast, video on demand, advertising push, in-vehicle entertainment, public safety, and venue sports live broadcast. In the R14 version, the eMBMS function is further enhanced and enTV is launched, which systematically defines how to broadcast digital TV content through mobile communication networks.

       NR_MBS provides multicast broadcast services in 5G and is regarded as a differentiated application by China Mobile's fourth operator, China Radio and Television. In fact, this project was proposed by China Radio and Television. This service can intelligently and dynamically switch between conventional unicast services and broadcast/multicast services according to real-time network requirements. While ensuring network utilization efficiency, it integrates unicast, multicast, and broadcast methods to form a "new broadcast" and expand the support capabilities of personal services and industry services.

IIoT et URLLC (IIoT_URLLC_enh)

L'objectif principal est de répondre aux besoins dans un plus large éventail de cas d'utilisation.

Réseau satellite/non terrestre (NTN)

Afin de résoudre les problèmes de communication dans les zones montagneuses isolées, en mer et dans d'autres environnements, les réseaux non terrestres, tels que les réseaux satellitaires, sont intégrés à la 5G pour obtenir une couverture réseau tridimensionnelle. Le projet R16 a déjà étudié l'intégration de la 5G NR et des réseaux non terrestres, et le projet R17 a approfondi l'étude de l'intégration du NB-IoT et des réseaux non terrestres.

NR Sidelink增强(D2D)

       It mainly includes V2X, business and critical communications, etc. For example, the Sidelink interface (also known as PC5) is used in V2X to transmit V2X messages between UEs. It also includes implementing common functions in some key use cases and achieving maximum versatility between Sidelink’s business applications, V2X and critical communications application scenarios while meeting specific requirements.

IAB增强（NR_IAB_enh）

       IAB is 5G NR integrated wireless access and backhaul. By extending NR to support wireless backhaul instead of fiber optic backhaul, including in-band (the access link and the backhaul link use the same frequency band) and out-of-band (the access link and the backhaul link use different frequency bands), IAB can significantly reduce the difficulty and cost of network deployment, especially millimeter wave band networks. R17's IAB enhancements focus on improving efficiency and supporting a wider range of use cases. Includes duplex enhancements, increased potential for network coding, mobile IAB, and more.

MIMO进一步增强（NR_feMIMO）

Further enhance MIMO capabilities, support more use cases, support high-speed mobility, better support FDD, improve beamforming and beam management, and reduce related overhead.

Amélioration du partage dynamique du spectre (NR_DSS)

Sur la base de R16, R17 explore plus en profondeur de meilleures méthodes de planification inter-porteuses.

Prise en charge étendue de 71 GHz

La bande de fréquences 5G NR est divisée en FR1 (410 MHz à 7.125 GHz) et FR2 (24.25 GHz à 52.6 GHz). La norme R17 étend cette bande de fréquences de 52.6 GHz à 71 GHz.

Amélioration du service de localisation 5G phase 2 (5G_LCS_ph2)

       La technologie LCS a été améliorée dans la version R16. Plus précisément, elle exploite les caractéristiques multi-faisceaux du MIMO pour définir des technologies de positionnement intérieur telles que le temps d'aller-retour du signal (RTT), la différence de temps d'arrivée du signal (TDOA), la mesure de l'angle d'arrivée (AoA) et la mesure de l'angle de départ (AoD). La précision du positionnement peut atteindre 3 à 10 mètres. La version R17 est conçue pour prendre en charge un positionnement à très faible latence et à très haute précision, incluant les niveaux de service de positionnement horizontal et vertical ainsi que les zones de service de positionnement 5G. Ce travail permettra également aux terminaux MCX de déterminer leur position à l'aide des services de localisation 5G.

NR_UE_pow_sav_enh）

Explore technologies to further reduce power consumption of 5G devices.

Prise en charge de plusieurs cartes USIM (FS_MUSIM）

Fonctionnalités améliorées pour la prise en charge des services de terminaux mobiles utilisant des appareils multi-USIM.

       Other R17 standard research projects include: SON/MDT data collection enhancement (NR_ENDT_SON_MDT_enh), enhanced relay to improve energy efficiency and coverage (REFEC),Network Controlled Interactive Services (NCIS), Multi-Device and Multi-Identity Enhancement (MuDE), Multimedia Priority Service Phase 2 (MBS2), Connected Drone Enhancement (CAV), Multi-Access Dual Connection Further Enhancement (LTE_NR-DC_enh2), etc., we will conduct detailed analysis in separate articles.

06Overview of the main projects of the 3GPP R18 standard

La version R18, première version de la 5G Advanced, est actuellement en phase initiale de proposition. Son aboutissement est prévu avec l'accord de service n° 94 fin 2021. Pour plus d'informations, veuillez consulter l'article « De quoi parle la 5G R18 ? » de « Network Optimizer Mercenary ».

Améliorations de l'accès et du support du découpage de réseau

       Network slicing is a key function of 5G. R18 will continue to enhance network slicing access and support related functions, including: supporting UE access to network slicing when there are different types of restrictions (such as wireless resources, frequency bands, etc.), and minimizing the impact of service interruption when network slicing or allocated resources change; supporting the disclosure of network slicing control/configuration and other services to third parties.

Système de synchronisation flexible 5G

       Les secteurs verticaux tels que l'énergie, les transports et la finance ont des exigences de plus en plus élevées en matière de synchronisation d'horloge. R16 fournit un service de synchronisation via la 5G. Le système de résilience de synchronisation 5G vise principalement à pallier la vulnérabilité des services de synchronisation par satellite GNSS et étudie d'autres technologies de synchronisation d'horloge compatibles avec le système 5G, afin de proposer aux utilisateurs finaux une source d'horloge flexible pour compléter, sauvegarder ou remplacer les services de synchronisation par satellite GNSS.

Services basés sur la portée

       Le télémètre est un type d'algorithme qui met en œuvre le positionnement et possède un large éventail d'applications. Le projet R18 étudiera les spécifications pertinentes relatives aux exigences du service de télémétrie, notamment les opérations de télémétrie entre terminaux, le contrôle des fonctions de télémétrie par les opérateurs sous licence de spectre, les indicateurs clés de performance (précision de la distance et de l'azimut, etc.) et les aspects de sécurité.

Low power consumption and high precision positioning in industrial IoT scenarios

Le positionnement de haute précision est une application clé de l'Internet industriel. Ce projet permet de réduire la consommation d'énergie et d'améliorer la précision du positionnement afin de répondre aux besoins de nombreux scénarios industriels, tels que les usines chimiques, les mines souterraines et autres environnements dangereux.

Communications ferroviaires hors réseau

       Il s'agit d'une communication directe entre terminaux mobiles (UE), indépendante du réseau. Cette technologie, dite « hors réseau », a été introduite dans la norme 3GPP MCX. En cas de panne de réseau ou d'absence de couverture réseau dans les zones montagneuses isolées, les communications ferroviaires peuvent utiliser le mode hors réseau. La spécification 3GPP MCX précise que les communications ferroviaires peuvent utiliser ce mode même lorsque le réseau est disponible. Le projet R18 étudiera de nouveaux cas d'utilisation pour les futurs systèmes de communication mobile ferroviaire basés sur le mode hors réseau, ainsi que la qualité de service (QoS), la priorité, l'identification et la localisation des UE, la multidiffusion/diffusion/unidiffusion, la portée de communication, le spectre potentiel et d'autres technologies connexes.

Prend en charge les services de communication haptique et multimodale

       La communication tactile et multimodale consiste à répondre à des entrées via de multiples canaux de communication influençant l'expérience utilisateur (vidéo, audio, perception de l'environnement, sensations tactiles, etc.), combinée à des capacités réseau telles qu'une latence ultra-faible, une fiabilité et une sécurité ultra-élevées, afin d'offrir une expérience utilisateur véritablement immersive. Pour prendre en charge les services de communication tactile et multimodale, les systèmes 5G doivent répondre à des exigences de vitesse, de latence et de fiabilité réseau différentes selon les flux de données, et assurer la synchronisation de multiples flux de données parallèles. Le projet R18 étudiera de nouveaux cas d'usage impliquant les technologies de communication tactile et multimodale, ainsi que des indicateurs techniques tels que la fiabilité, la disponibilité, la sécurité, la confidentialité, le débit de données, la latence, l'intervalle de transmission et d'autres paramètres liés à ces cas d'usage.

Parmi les autres projets figurent l'infrastructure de communication des réseaux intelligents 5G, les relais 5G embarqués, les fonctionnalités 5G résidentielles améliorées, l'Internet des objets personnels et d'autres encore. À l'avenir, nous continuerons de suivre et d'analyser en détail les propositions et leur contenu de recherche.

07 Vision de la 6G, applications et technologies clés potentielles

As a promotion organization for 6G research, the IMT-2030 (6G) Promotion Group released the "6G Overall Vision and Potential Key Technologies" white paper a year and a half after its establishment. It has just been seven years since the IMT-2020 (5G) Promotion Group released the "5G Vision and Requirements White Paper". The main contents of the white paper include:

vision globale

De l'Internet mobile (4G) à l'Internet de tout (5G), l'ère de la 6G concrétisera la vision globale d'une connectivité intelligente et de jumeaux numériques de tous les objets. Par extension, à l'horizon 2030 et au-delà :

niveau social:

La société humaine entrera dans l'ère de l'intelligence, où des services sociaux équilibrés et de haute qualité, une gouvernance sociale scientifique et précise, et un développement social écologique et économe en énergie deviendront la tendance de développement de la société future.

niveau technique:

La 6G construira un nouveau réseau grâce à une interconnexion intelligente des humains, des machines et des objets, et à une interopérabilité efficace des entités intelligentes. S'appuyant sur des capacités réseau considérablement améliorées, elle offrira de nouvelles fonctionnalités telles que l'intelligence endogène, la perception multidimensionnelle, les jumeaux numériques et la sécurité endogène. Elle exploitera pleinement les ressources spectrales basses, moyennes et hautes pour assurer une couverture mondiale continue, intégrant les communications aériennes, spatiales et terrestres, afin de répondre aux besoins de connectivité illimitée, sûre et fiable des humains, des machines et des objets, à tout moment et en tout lieu.

niveau commercial:

La 6G offrira des scénarios interactifs totalement immersifs, une perception multidimensionnelle et une intégration et une symbiose inclusives de l'intelligence, ainsi qu'une intégration profonde du virtuel et du réel.

Macro driving forces for 6G development

Moteur du changement structurel social :

The imbalance of income structure requires digital technology to improve inclusiveness;

Le déséquilibre démographique nécessite que la technologie numérique améliore le capital humain et l’efficacité de l’allocation ;

Les changements intervenus dans la structure de la gouvernance sociale ont imposé la modernisation des capacités de gouvernance sociale.

Driving force for high-quality economic development:

Le développement économique durable nécessite de nouvelles technologies pour insuffler un nouvel élan ;

La tendance à la mondialisation des services nécessite une réduction supplémentaire des coûts globaux de communication de l'information.

Facteurs de développement durable sur le plan environnemental :

La réduction des émissions de carbone et la promotion de la « neutralité carbone » nécessitent une amélioration de l'efficacité énergétique et la réalisation d'un développement vert ; les événements majeurs tels que les phénomènes météorologiques extrêmes et les épidémies incitent à développer des capacités de perception plus larges et des capacités de collaboration intelligente plus étroites.

Scénarios d'application potentiels de la 6G

Entreprise immersive

1)Immersive cloud XR services require end-to-end delay <10ms and user experience rate of Gbps level;

2) Le service de communication holographique nécessite un débit d'expérience utilisateur de Tbps ;

3) Sensory interconnection services require millisecond-level latency, high-precision positioning and high security (privacy protection);

4) Les services interactifs intelligents nécessitent une latence < 1 ms, un débit d'expérience > 10 Gbit/s et une fiabilité atteignant 99.99999 %.

Entreprise intelligente

5) Besoins métiers en matière de détection et de communication : les réseaux 6G peuvent utiliser les signaux de communication pour réaliser des fonctions de détection telles que la détection, le positionnement, l’identification et l’imagerie de cibles. Les systèmes de communication sans fil pourront utiliser ces fonctions de détection pour obtenir des informations sur l’environnement, allouer intelligemment et précisément les ressources de communication, exploiter les capacités de communication potentielles et améliorer l’expérience utilisateur.

6) La solution « Smart Business » de Pratt & Whitney transforme les appareils personnels et domestiques, les capteurs urbains, les véhicules autonomes, les robots intelligents et autres terminaux intelligents en entités intelligentes. Grâce à un apprentissage continu, une communication, une coopération et une compétition, elle permet une simulation et une prédiction ultra-efficaces du fonctionnement et de l'évolution du monde physique, et offre des décisions optimales.

7) The digital twin business digitally mirrors entities or processes in the physical world in the digital world. Intelligent interactions between people, people and things, and things and things can be realized through mapping in the digital world. By simulating, verifying, predicting, and controlling physical entities or processes in the digital world, the optimal state of the physical world can be obtained. Digital twins require networks with trillion-level connection capabilities, sub-millisecond latency, Tbps-level transmission speeds, and security requirements.

Affaires mondiales

8) Full-area coverage integrates terrestrial cellular networks with space networks including high-orbit satellite networks, mid- and low-orbit satellite networks, high-altitude platforms, and drones to build a global wide-area coverage space-space-ground integrated three-dimensional network to provide users with broadband mobile communication services without blind spots.

Technologies clés potentielles

Technologie d'interface aérienne sans fil améliorée :

Wireless air interface physical layer basic technology, ultra-large-scale MIMO technology, and full-duplex technology.

New physical dimension wireless transmission technology:

Smart metasurface technology, orbital angular momentum, smart holographic radio technology.

Terahertz and visible light communication technology:

Technologie de communication Terahertz, technologie de lumière visible.

Cross-domain integration key technologies:

Intégration de la perception de la communication.

A new type of network with endogenous intelligence:

Une nouvelle interface aérienne avec intelligence endogène et une nouvelle architecture réseau avec intelligence endogène.

Technologies clés du réseau :

Distributed autonomous network architecture, satellite-ground integrated network, deterministic network, computing power-aware network, and network endogenous security that supports multi-mode trust.

Les recherches sur la 6G ne font que commencer. Auparavant, la 5G sera davantage déployée et utilisée, et son succès commercial jettera les bases d'une évolution réussie vers la 6G.

Références

1. GSA, « Résumé de la liste des appareils 5G », juin 2021

2. GSA, « RAPPORT SUR LES CHIPSETS IoT LTE, 5G ET 3GPP : résumé », mai 2021

3. GSA，《Aperçu des réseaux, des technologies et du spectre》，Juin 2021

4. Mercenaire du web, « De quoi parle la 5G R18 ? », mai 2021

5. IMT-2030 (6G) Promotion Group, "6G Overall Vision and Potential Key Technologies White Paper", June 2021

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