Przegląd postępów w zakresie 5G i perspektyw 6G

       Patrząc wstecz na całą historię standardów komunikacji mobilnej, Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) nadał 3G nazwę IMT-2000, 4G nazwę IMT Advanced, a 5G – IMT-2020, co zasadniczo jest standardem na 10 lat. Podobnie jak w lutym 2013 roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych, Narodowa Komisja Rozwoju i Reform oraz Ministerstwo Nauki i Technologii wspólnie promowały utworzenie Grupy Promocyjnej IMT-2020 (5G), tak w 2019 roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych również promowało utworzenie grupy promocyjnej IMT-2020 (5G) opartej na 6G. Grupa badawcza promująca IMT-2030 (6G) oficjalnie opublikowała w czerwcu tego roku białą księgę „Ogólna wizja i potencjalne kluczowe technologie 6G”, w której omówiono ogólną wizję 6G, osiem scenariuszy zastosowań biznesowych oraz perspektywy dla 10 potencjalnych kluczowych technologii. Od tego czasu, z poziomu standardowego, można stwierdzić, że 5G zakończyło pierwszą fazę dostarczania zasadniczo kompletnej wersji standardowej, a branża skupiła się na ewolucji 5G i badaniach nad nowymi technologiami 6G. Zanim R17 zostanie zamrożony w drugiej fazie, przedstawimy postępy w rozwoju 5G i dokonamy krótkiego podsumowania.

01Network commercial progress

       Według danych GSA, do maja tego roku 166 operatorów udostępniło komercyjne sieci 5G zgodne ze standardem 3GPP (w tym sieci komórkowe i FWA) w 69 krajach i regionach, a 77 operatorów prowadzi pilotaże, plany i wdrożenia komercyjnych sieci 5G SA. Jednocześnie 436 operatorów w 133 krajach/regionach inwestuje w sieci 5G w formie testów, prób, pilotaży, planów i rzeczywistych wdrożeń. Z punktu widzenia pasma częstotliwości, są to głównie n77 (3.3 GHz, 4.2 GHz) i n78 (3.3 GHz–3.8 GHz).

       Tempo budowy sieci 5G w Chinach jest światowym liderem. Według danych Akademii Technologii Informatycznych i Komunikacyjnych (Academy of Information and Communications Technology), do końca maja tego roku w Chinach zbudowano 819 000 stacji bazowych 5G. Choć jest to wciąż niewiele w porównaniu z łączną liczbą stacji bazowych 4G wynoszącą 5.44 miliona, Chiny stanowią ponad 70% całkowitej liczby stacji bazowych zbudowanych na świecie. Jednocześnie na rynku krajowym wprowadzono na rynek łącznie 337 modeli telefonów komórkowych 5G, a łączna liczba sprzedanych urządzeń zbliżyła się do 300 milionów. Wliczając modele zagraniczne, liczba terminali dostępowych 5G osiągnęła 310 milionów.

025G terminal progress

       The number of 5G terminal releases is growing rapidly. According to GSA data, as of the end of May 2021, a total of 128 equipment manufacturers have announced commercial or upcoming commercial 5G terminal equipment. The number of 5G terminal equipment released globally has reached 822, an increase of 8.7% compared to April, of which 62% have been commercialized, reaching 511 models, a significant increase of 26.5% compared to the previous quarter. The figure below counts the number of released and commercial terminals from March 2019 to May 2021.

       Kategorie terminali są również bardzo bogate i obejmują 416 telefonów komórkowych (wprowadzono na rynek co najmniej 350 modeli), 144 modele FWA CPE (wprowadzono na rynek 56 modeli), 106 modułów, 45 routerów/bram przemysłowych/korporacyjnych itd. Proporcje te przedstawiono na poniższym rysunku:

03Postęp w rozwoju chipsetu 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.

04Postęp w aplikacjach 5G

       The large-scale construction and commercialization of 5G networks has accelerated the development of the industrial chain (terminals, chips). However, on the application side, although the number of users is growing rapidly, taking China as an example, the penetration rate of 5G users exceeds 20% of the application "explosion point". However, there is no "killer" application that can trigger a substantial increase in network traffic. The traffic proportion of 5G is far lower than the user penetration rate, and operators have focused on vertical industry fields.

       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.

       Na poziomie zastosowań przemysłowych, wraz z opublikowaniem w listopadzie 2019 r. Planu Promocji Projektu „5G + Internet Przemysłowy” 512 oraz późniejszymi politykami i poziomami przemysłowymi, pojawiła się duża liczba zastosowań przemysłowych technologii 5G. 31 maja tego roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych opublikowało dokument „Dziesięć Typowych Scenariuszy Zastosowań „5G + Internet Przemysłowy” oraz Praktyka w Pięciu Kluczowych Branżach”, który zawiera wytyczne dotyczące produkcji sprzętu elektronicznego. Opisano w nim przypadki z pięciu branż, w tym produkcji sprzętu, hutnictwa, górnictwa i energetyki, a także 10 scenariuszy obejmujących wspólne prace badawczo-rozwojowe i projektowe, zdalne sterowanie sprzętem, współpracę w zakresie eksploatacji sprzętu, elastyczną produkcję, montaż pomocniczy na miejscu, kontrolę jakości za pomocą wizji maszynowej, diagnostykę usterek sprzętu, inteligentną logistykę fabryczną, bezzałogową inteligentną inspekcję oraz inspekcję w miejscu produkcji.

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

Overview of the main projects of the 3GPP R17 standard

       Nasz artykuł analityczny na temat R16 w zeszłym roku„Zrozum 3GPP R16 na jednym obrazku”Główne projekty R17 można podsumować następująco:

Usługa rozgłaszania wielokanałowego 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 zapewnia usługi transmisji multicast w sieci 5G i jest postrzegany jako wyjątkowa aplikacja przez czwartego operatora China Mobile, China Radio and Television. Projekt ten został w rzeczywistości zaproponowany przez China Radio and Television. Usługa ta umożliwia inteligentne i dynamiczne przełączanie się między konwencjonalnymi usługami unicast a usługami broadcast/multicast, zgodnie z wymaganiami sieci w czasie rzeczywistym. Zapewniając efektywne wykorzystanie sieci, integruje metody unicast, multicast i broadcast, tworząc „nową transmisję” i rozszerzając możliwości wsparcia usług osobistych i przemysłowych.

IIoT lub adres URLLC (IIoT_URLLC_enh)

The main goal is to address needs in a wider range of use cases.

Sieć satelitarna/nienaziemna (NTN)

In order to solve communication problems in remote mountainous areas, sea and other scenarios, non-terrestrial networks such as satellite networks are integrated with 5G to achieve three-dimensional network coverage. R16 has already studied the integration of 5G NR and non-terrestrial networks, and R17 has further studied the integration of NB-IoT and non-terrestrial networks.

NR Sidelink 增强（D2D）

       Obejmuje on głównie komunikację V2X, biznesową i krytyczną itp. Na przykład interfejs Sidelink (znany również jako PC5) jest używany w V2X do przesyłania komunikatów V2X między użytkownikami końcowymi. Obejmuje on również implementację wspólnych funkcji w niektórych kluczowych przypadkach użycia i osiągnięcie maksymalnej wszechstronności między aplikacjami biznesowymi Sidelink, V2X i krytycznymi scenariuszami komunikacji, przy jednoczesnym spełnieniu określonych wymagań.

IAB-Rada (NR_IAB_enh)

       IAB to zintegrowany bezprzewodowy dostęp i sieć szkieletowa 5G NR. Rozszerzając NR o obsługę bezprzewodowej transmisji szkieletowej zamiast światłowodowej, w tym w paśmie (łącze dostępowe i łącze szkieletowe wykorzystują to samo pasmo częstotliwości) i poza pasmem (łącze dostępowe i łącze szkieletowe wykorzystują różne pasma częstotliwości), IAB może znacząco zmniejszyć trudności i koszty wdrażania sieci, zwłaszcza sieci wykorzystujących pasmo fal milimetrowych. Udoskonalenia IAB w R17 koncentrują się na poprawie wydajności i obsłudze szerszego zakresu zastosowań. Obejmuje to usprawnienia dupleksu, zwiększony potencjał kodowania sieci, mobilne IAB i wiele innych.

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.

Dynamiczne ulepszenie współdzielenia widma (NR_DSS)

Bazując na R16, R17 dalej bada lepsze metody planowania transmisji międzynośnych.

Rozszerzone wsparcie dla 71GHz

Zakres częstotliwości 5G NR jest podzielony na FR1 (410 MHz ~ 7.125 GHz) i FR2 (24.25 GHz ~ 52.6 GHz). R17 rozszerza zakres częstotliwości 5G NR z 52.6 GHz do 71 GHz.

Faza 2 udoskonalenia usługi lokalizacji 5G (5G_LCS_ph2)

       W wersji R16 ulepszono technologię LCS. W szczególności wykorzystuje ona wielowiązkową charakterystykę MIMO do definiowania technologii pozycjonowania wewnątrz budynków, takich jak czas obiegu sygnału (RTT), różnica czasu nadejścia sygnału (TDOA), pomiar kąta nadejścia (AoA) i kąta odejścia (AoD). Dokładność pozycjonowania może sięgać 3–10 metrów. Wersja R17 została zaprojektowana z myślą o obsłudze wyjątkowo niskiego opóźnienia i niezwykle precyzyjnego pozycjonowania, w tym poziomów usług pozycjonowania poziomego i pionowego oraz obszarów usług pozycjonowania 5G. Ten element roboczy umożliwi również urządzeniom końcowym MCX określanie swojej lokalizacji za pomocą usług lokalizacyjnych 5G.

终端节能增强(NR_UE_pow_sav_enh)

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

Obsługa wielu kart USIM ((MUSIM)

Rozszerzona funkcjonalność w celu obsługi usług terminali mobilnych przy użyciu urządzeń Multi-USIM.

       Inne projekty badawcze zgodne ze standardem R17 obejmują: udoskonalenie zbierania danych SON/MDT (NR_ENDT_SON_MDT_enh), udoskonalenie przekaźnika w celu zwiększenia efektywności energetycznej i zasięgu (REFEC),Usługi interaktywne sterowane siecią (NCIS), udoskonalenie obsługi wielu urządzeń i tożsamości (MuDE), usługa priorytetowa multimediów faza 2 (MBS2), udoskonalenie obsługi połączonych dronów (CAV), dalsze udoskonalenie funkcji dostępu wielokrotnego i podwójnego (LTE_NR-DC_enh2) itp. zostaną szczegółowo przeanalizowane w osobnych artykułach.

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

R18, jako pierwsza wersja 5G Advanced, znajduje się w pierwszej fazie propozycji. Planowane jest jej zakończenie na poziomie SA#94 pod koniec 2021 roku. Aby zebrać i uporządkować informacje, zapoznaj się z artykułem „O czym mówi 5G R18” autorstwa „Network Optimizer Mercenary”.

Network slicing access and support enhancements

       Segmentacja sieci to kluczowa funkcja 5G. R18 będzie nadal ulepszać dostęp do segmentacji sieci i funkcje pomocnicze, w tym: wspierać dostęp użytkowników końcowych do segmentacji sieci w przypadku występowania różnych ograniczeń (takich jak zasoby bezprzewodowe, pasma częstotliwości itp.) oraz minimalizować wpływ przerw w świadczeniu usług w przypadku zmiany segmentacji sieci lub przydzielonych zasobów; wspierać ujawnianie stronom trzecim kontroli/konfiguracji segmentacji sieci i innych usług.

Elastyczny system pomiaru czasu 5G

       Vertical industries such as power, transportation, and finance have increasingly higher requirements for clock synchronization. R16 provides a means of timing service through 5G. The 5G Timing Resiliency System mainly targets the vulnerability of GNSS satellite timing services and studies other clock synchronization technologies consistent with the 5G system as a flexible clock source for end users to supplement, back up, or replace GNSS satellite timing services.

Usługi oparte na zasięgu

       Ranging is a type of algorithm that implements positioning and has a wide range of applications. R18 will study relevant specifications for ranging service requirements, covering ranging operations between UEs, operators' control of ranging functions under licensed spectrum, ranging KPIs (distance accuracy and azimuth accuracy, etc.) and security aspects.

Niskie zużycie energii i wysoka precyzja pozycjonowania w scenariuszach przemysłowego Internetu rzeczy

Wysoka precyzja pozycjonowania to kluczowe zastosowanie Internetu Przemysłowego. Projekt zmniejsza zużycie energii i poprawia dokładność pozycjonowania, aby sprostać potrzebom bardziej przemysłowych scenariuszy Internetu, takich jak zakłady chemiczne, kopalnie podziemne i inne niebezpieczne scenariusze.

Off-network railway communications

       Refers to direct communication between UEs that is independent of network-based communication. It is called Off-Network technology. This technology has been introduced in the 3GPP MCX standard. When the network fails or there is no network coverage in remote mountainous areas, railway communications can use Off-Network for communication. The 3GPP MCX specification defines that railway communications can use Off-Network even when the network is available. R18 will study new use cases for future railway mobile communication systems based on Off-Network, as well as QoS, priority, UE ID and location identification, multicast/broadcast/unicast, communication range, potential spectrum and other related technologies.

Supports haptic and multimodal communication services

       Komunikacja dotykowa i multimodalna odnosi się do reagowania na bodźce za pośrednictwem wielu kanałów komunikacyjnych, które wpływają na doświadczenia użytkownika, takie jak wideo, dźwięk, percepcja otoczenia, wrażenia dotykowe itp., w połączeniu z możliwościami sieciowymi, takimi jak ultraniskie opóźnienia, ultrawysoka niezawodność i bezpieczeństwo, aby zapewnić prawdziwie immersyjne wrażenia użytkownika. Aby obsługiwać usługi komunikacji dotykowej i multimodalnej, systemy 5G muszą spełniać różne wymagania dotyczące prędkości sieci, opóźnień i niezawodności dla różnych strumieni danych, a także muszą zapewnić synchronizację wielu równoległych strumieni danych. Projekt R18 będzie badał nowe przypadki użycia technologii komunikacji dotykowej i multimodalnej, a także wskaźniki techniczne, takie jak niezawodność sieci, dostępność, bezpieczeństwo, prywatność, szybkość transmisji danych, opóźnienia, interwał transmisji i inne powiązane z tymi przypadkami użycia.

Inne projekty obejmują infrastrukturę komunikacyjną inteligentnej sieci 5G, przekaźniki 5G montowane w pojazdach, ulepszone funkcje 5G w domach, osobisty Internet Rzeczy i inne. W przyszłości będziemy nadal śledzić i analizować propozycje oraz ich zawartość badawczą w sposób stosunkowo szczegółowy.

07 Wizja 6G, zastosowania i potencjalne kluczowe technologie

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:

ogólna wizja

From mobile Internet (4G) to Internet of Everything (5G), the 6G era will realize the overall vision of intelligent connectivity and digital twins of everything. By extension, towards 2030 and beyond:

poziom społeczny:

Human society will enter the era of intelligence, reflecting the balanced and high-end social services, scientific and precise social governance, and green and energy-saving social development will become the development trend of the future society.

poziom techniczny:

Technologia 6G zbuduje nową sieć z inteligentną wzajemną komunikacją między ludźmi, maszynami i obiektami oraz efektywną interoperacyjnością inteligentnych podmiotów. Dzięki znacznemu rozwojowi możliwości sieci, sieć będzie dysponować nowymi funkcjami, takimi jak inteligencja endogeniczna, wielowymiarowa percepcja, cyfrowe bliźniaki i bezpieczeństwo endogeniczne. Pełne wykorzystanie zasobów niskiego, średniego i wysokiego pasma pozwoli na osiągnięcie płynnego, globalnego zasięgu, integrując przestrzeń powietrzną, kosmiczną i naziemną, aby zaspokoić bezpieczne i niezawodne, nieograniczone potrzeby w zakresie połączeń „ludzi, maszyn i rzeczy” w dowolnym czasie i miejscu.

poziom biznesowy:

Technologia 6G zapewni w pełni immersyjne scenariusze interaktywne, wielowymiarową percepcję, integrację i symbiozę wszechstronnej inteligencji oraz głęboką integrację wirtualności i rzeczywistości.

Makrosiły napędowe rozwoju 6G

Siła napędowa zmian strukturalnych w społeczeństwie:

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

Nierównowaga demograficzna wymaga technologii cyfrowych w celu poprawy kapitału ludzkiego i efektywności alokacji;

Zmiany w strukturze zarządzania społecznego wymusiły modernizację możliwości zarządzania społecznego.

Siła napędowa wysokiej jakości rozwoju gospodarczego:

Sustainable economic development requires new technologies to inject new momentum;

Trend globalizacji usług wymaga dalszej redukcji ogólnych kosztów przekazywania informacji.

Environmentally sustainable development drivers:

Aby ograniczyć emisję dwutlenku węgla i promować „neutralność węglową”, trzeba poprawić efektywność energetyczną i osiągnąć zielony rozwój; poważne wydarzenia, takie jak ekstremalne zjawiska pogodowe i epidemie, wymuszają rozwój szerszych możliwości postrzegania i bliższej współpracy inteligentnej.

Potencjalne scenariusze zastosowań 6G

Biznes immersyjny

1)Usługi XR w chmurze immersyjnej wymagają opóźnień typu end-to-end <10 ms i szybkości transmisji danych na poziomie Gbps;

2) Usługa komunikacji holograficznej wymaga szybkości transmisji danych użytkownika wynoszącej Tbps;

3) Usługi połączeń sensorycznych wymagają opóźnień rzędu milisekund, precyzyjnego pozycjonowania i wysokiego poziomu bezpieczeństwa (ochrony prywatności);

4) Inteligentne usługi interaktywne wymagają opóźnienia <1 ms, przepustowości >10 Gb/s i niezawodności na poziomie 99.99999%.

Inteligentny biznes

5) Wymagania biznesowe w zakresie wykrywania komunikacji: Sieci 6G mogą wykorzystywać sygnały komunikacyjne do realizacji funkcji wykrywania, takich jak wykrywanie celów, pozycjonowanie, identyfikacja i obrazowanie. Systemy komunikacji bezprzewodowej będą mogły wykorzystywać funkcje wykrywania do pozyskiwania informacji o otoczeniu, inteligentnie i precyzyjnie przydzielać zasoby komunikacyjne, wykorzystywać potencjał komunikacyjny i poprawiać komfort użytkowania.

6) Pratt & Whitney Smart Business przekształca urządzenia osobiste i domowe, różnorodne czujniki miejskie, pojazdy autonomiczne, inteligentne roboty i inne nowe inteligentne terminale w inteligentne byty. Dzięki ciągłemu uczeniu się, komunikacji, współpracy i konkurencji, może osiągnąć ultrawydajną symulację i prognozowanie działania i rozwoju świata fizycznego, a także podejmować optymalne decyzje.

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.

Globalny biznes

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.

Potencjalne kluczowe technologie

Udoskonalona technologia bezprzewodowego interfejsu radiowego:

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.

Technologia komunikacji terahercowej i światłem widzialnym:

Technologia komunikacji terahercowej, technologia światła widzialnego.

Kluczowe technologie integracji międzydomenowej:

Integracja percepcji komunikacji.

Nowy typ sieci z inteligencją endogeniczną:

Nowy interfejs powietrzny z inteligencją wewnętrzną i nowa architektura sieciowa z inteligencją wewnętrzną.

Key network technologies:

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

The research on 6G has just begun. Before that, 5G will be more deployed and applied, and the successful commercial use of 5G will lay a solid foundation for the evolution of 6G.

Referencje

1. GSA, „Podsumowanie listy urządzeń 5G”, czerwiec 2021 r.

2. Raport GSA dotyczący chipsetów LTE, 5G i 3GPP IoT: streszczenie, maj 2021 r.

3. GSA, „Sieci, technologie i migawka widma”, czerwiec 2021 r.

4. Internet mercenary, "What is 5G R18 talking about?" 》,May 2021

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

Ta treść pochodzi z Internetu/ 5G industry applicationsTa strona internetowa umożliwia jedynie przedruk. Poglądy, stanowisko, technologia itp. zawarte w tym artykule nie mają nic wspólnego z tą stroną internetową. W przypadku jakichkolwiek naruszeń prosimy o kontakt w celu ich usunięcia!