Visão geral do progresso do 5G e das perspectivas do 6G

       Analisando toda a história dos padrões de comunicação móvel, a UIT denominou o 3G de IMT-2000, o 4G de IMT Advanced e o 5G de IMT-2020, que basicamente representa um padrão para 10 anos. Assim como em fevereiro de 2013, quando o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma e o Ministério da Ciência e Tecnologia promoveram conjuntamente a criação do Grupo de Promoção do IMT-2020 (5G), em 2019, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação também promoveu a criação de um grupo de promoção do IMT-2020 (5G) com base no 6G. O grupo de pesquisa de promoção do IMT-2030 (6G) lançou oficialmente o white paper "Visão Geral do 6G e Potenciais Tecnologias-Chave" em junho deste ano, que detalha a visão geral do 6G, oito cenários de aplicação comercial e as perspectivas para 10 potenciais tecnologias-chave. Desde então, em termos de padrões, pode-se dizer que o 5G completou a primeira fase, fornecendo uma versão padrão basicamente completa, e a indústria voltou sua atenção para a evolução do 5G e a pesquisa de novas tecnologias 6G. Antes que a R17 seja congelada na segunda fase, vamos apresentar um breve resumo do progresso do 5G.

01Network commercial progress

       Segundo dados da GSA, até maio deste ano, um total de 166 operadoras lançaram redes comerciais 5G padrão 3GPP (incluindo redes móveis e FWA) em 69 países e regiões, e 77 operadoras estão em fase de testes, planejamento e implantação de redes comerciais 5G SA. Ao mesmo tempo, 436 operadoras em 133 países/regiões estão investindo em redes 5G por meio de testes, ensaios, projetos-piloto, planejamento e implantações efetivas. Em termos de banda de frequência, as principais são n77 (3.3 GHz, 4.2 GHz) e n78 (3.3 GHz a 3.8 GHz).

       China's 5G construction speed leads the world. According to data from the Academy of Information and Communications Technology, as of the end of May this year, China has built 819,000 5G base stations. Although it is still small compared with the total number of 4G base stations of 5.44 million, it has accounted for more than 70% of the total number of base stations built in the world. At the same time, a total of 337 5G mobile phone models have been launched in the domestic market, with cumulative shipments approaching 300 million. Including overseas models, 5G mobile phone access terminals have reached 310 million.

025G terminal progress

       O número de lançamentos de terminais 5G está crescendo rapidamente. De acordo com dados da GSA (Administração de Serviços Gerais dos EUA), até o final de maio de 2021, um total de 128 fabricantes de equipamentos anunciaram o lançamento comercial ou o lançamento futuro de terminais 5G. O número de terminais 5G lançados globalmente chegou a 822, um aumento de 8.7% em comparação com abril, dos quais 62% foram comercializados, totalizando 511 modelos, um aumento significativo de 26.5% em relação ao trimestre anterior. A figura abaixo contabiliza o número de terminais lançados e comercializados de março de 2019 a maio de 2021.

       The terminal categories are also very rich, including 416 mobile phones (at least 350 models have been commercialized), 144 FWA CPE models (56 models have been commercialized), 106 modules, 45 industrial/enterprise-level routers/gateways, etc. The proportion is shown in the figure below:

03Progresso do chipset 5G

       Como base dos equipamentos terminais 5G, o chipset restringe consideravelmente o desenvolvimento da cadeia produtiva. Existem cinco fabricantes no mundo, incluindo Qualcomm, MediaTek, Huawei HiSilicon, Samsung e Unisoc, que projetam e produzem chipsets 5G. De acordo com as estatísticas da GSA (Administração Geral de Segurança), até maio de 2021, esses cinco fabricantes de chipsets lançaram um total de 35 plataformas móveis comerciais e 14 módulos de modem 5G comerciais. Ao mesmo tempo, quatro plataformas móveis e cinco módulos de modem 5G estavam prestes a serem comercializados. Enquanto os fabricantes de chips se esforçam para expandir sua linha de produtos, os fabricantes de terminais têm cada vez mais opções de chipsets.

       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.

045G application progress

       A construção e comercialização em larga escala das redes 5G aceleraram o desenvolvimento da cadeia industrial (terminais, chips). No entanto, no que diz respeito às aplicações, embora o número de usuários esteja crescendo rapidamente, tomando a China como exemplo, a taxa de penetração de usuários 5G ultrapassa 20%, o que representa o "ponto de explosão" das aplicações. Contudo, ainda não existe uma aplicação "matadora" capaz de desencadear um aumento substancial no tráfego de rede. A proporção do tráfego 5G é muito inferior à taxa de penetração de usuários, e as operadoras têm se concentrado em setores industriais verticais.

       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.

       At the industry application level, with the release of the "5G + Industrial Internet" 512 Project Promotion Plan in November 2019 and the subsequent policies and industrial levels, a large number of 5G industry applications have emerged. On May 31 this year, the Ministry of Industry and Information Technology released the "Ten Typical Application Scenarios of "5G + Industrial Internet" and the Practice of Five Key Industries", which provides guidance on electronic equipment manufacturing, Cases from five industries including equipment manufacturing, steel industry, mining industry and electric power industry, as well as 10 scenarios including collaborative R&D and design, remote equipment control, equipment collaborative operation, flexible manufacturing, on-site auxiliary assembly, machine vision quality inspection, equipment fault diagnosis, factory intelligent logistics, unmanned intelligent inspection, and production site inspection, were released to guide the development of industry applications.

05Visão geral dos principais projetos do padrão 3GPP R17

Visão geral dos principais projetos do padrão 3GPP R17

       Our analysis article on R16 last year"Entenda o 3GPP R16 com uma única imagem"Os principais projetos do R17 são resumidos, principalmente, da seguinte forma:

NR Multicast Broadcast Service (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 e URLLC (IIoT_URLLC_enh)

O principal objetivo é atender às necessidades em uma gama mais ampla de casos de uso.

Rede via satélite/não terrestre (NTN)

Para solucionar problemas de comunicação em áreas montanhosas remotas, no mar e em outros cenários, redes não terrestres, como redes de satélite, são integradas ao 5G para alcançar cobertura de rede tridimensional. A pesquisa R16 já estudou a integração do 5G NR com redes não terrestres, e a R17 aprofundou o estudo da integração do NB-IoT com redes não 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.

Dynamic Spectrum Sharing Enhancement (NR_DSS)

Com base na versão R16, a versão R17 explora ainda mais os melhores métodos de agendamento entre operadoras.

Suporte estendido para 71 GHz

The 5G NR spectrum range is divided into FR1 (410MHz ~ 7.125GHz) and FR2 (24.25GHz ~ 52.6GHz). R17 expands the 5G NR frequency band range from 52.6GHz to 71GHz.

Aprimoramento do serviço de localização 5G - Fase 2 (5G_LCS_ph2)

       O LCS foi aprimorado na versão R16. Especificamente, ele utiliza as características de múltiplos feixes do MIMO para definir tecnologias de posicionamento em ambientes internos, como tempo de ida e volta do sinal (RTT), diferença de tempo de chegada do sinal (TDOA), medição do ângulo de chegada (AoA) e medição do ângulo de partida (AoD). A precisão do posicionamento pode atingir de 3 a 10 metros. A versão R17 foi projetada para oferecer suporte a posicionamento de latência extremamente baixa e altíssima precisão, incluindo níveis de serviço de posicionamento horizontal e vertical e áreas de serviço de posicionamento 5G. O item de trabalho também permitirá que os UEs do MCX determinem sua localização usando serviços de localização 5G.

终端节能增强（NR_UE_pow_sav_enh）

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

Multiple USIM support (FS_MUSIM)

Enhanced functionality to support mobile terminal services using Multi-USIM devices.

       Outros projetos de pesquisa padrão R17 incluem: aprimoramento da coleta de dados SON/MDT (NR_ENDT_SON_MDT_enh), retransmissão aprimorada para melhorar a eficiência energética e a cobertura (REFEC),Serviços Interativos Controlados pela Rede (NCIS), Aprimoramento de Múltiplos Dispositivos e Múltiplas Identidades (MuDE), Serviço Prioritário Multimídia Fase 2 (MBS2), Aprimoramento de Drones Conectados (CAV), Aprimoramento Adicional de Conexão Dupla Multi-Acesso (LTE_NR-DC_enh2), etc., serão analisados ​​detalhadamente em artigos separados.

06Visão geral dos principais projetos do padrão 3GPP R18

O R18, primeira versão do 5G Advanced, está na primeira fase de proposta. O prazo para o lançamento do SA#94 está previsto para o final de 2021. Para mais informações, consulte o artigo "What is 5G R18 Talking About" do "Network Optimizer Mercenary".

Melhorias no acesso e suporte ao fatiamento de rede

       O fatiamento de rede é uma função essencial do 5G. A R18 continuará a aprimorar o acesso ao fatiamento de rede e as funções relacionadas, incluindo: suporte ao acesso do UE ao fatiamento de rede quando houver diferentes tipos de restrições (como recursos sem fio, bandas de frequência etc.) e minimização do impacto da interrupção do serviço quando o fatiamento de rede ou os recursos alocados forem alterados; suporte à divulgação do controle/configuração do fatiamento de rede e outros serviços a terceiros.

Sistema de temporização flexível 5G

       Setores verticais como energia, transporte e finanças têm exigências cada vez maiores em relação à sincronização de relógios. O R16 oferece um meio de serviço de sincronização via 5G. O Sistema de Resiliência de Sincronização 5G visa principalmente a vulnerabilidade dos serviços de sincronização por satélite GNSS e estuda outras tecnologias de sincronização de relógios compatíveis com o sistema 5G como uma fonte de relógio flexível para que os usuários finais possam complementar, fazer backup ou substituir os serviços de sincronização por satélite GNSS.

Ranging-based services

       O rastreamento de distância é um tipo de algoritmo que implementa o posicionamento e possui uma ampla gama de aplicações. O projeto R18 estudará as especificações relevantes para os requisitos do serviço de rastreamento de distância, abrangendo operações de rastreamento entre UEs, controle das funções de rastreamento de distância pelos operadores em espectro licenciado, KPIs de rastreamento (precisão de distância e precisão de azimute, etc.) e aspectos de segurança.

Baixo consumo de energia e posicionamento de alta precisão em cenários de IoT industrial.

High-precision positioning is a key application of the Industrial Internet. The project reduces positioning power consumption and improves positioning accuracy to meet the needs of more industrial Internet scenarios, such as chemical plants, underground mines and other dangerous scenarios.

Comunicações ferroviárias fora da rede

       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

       A comunicação tátil e multimodal refere-se à resposta a estímulos por meio de múltiplos canais de comunicação que afetam a experiência do usuário, como vídeo, áudio, percepção ambiental, sensação tátil, etc., combinada com recursos de rede como latência ultrabaixa, confiabilidade ultra-alta e segurança, para alcançar uma experiência de usuário verdadeiramente imersiva. Para suportar serviços de comunicação tátil e multimodal, os sistemas 5G precisam atender a diferentes requisitos de velocidade, latência e confiabilidade da rede para diferentes fluxos de dados, além de sincronizar múltiplos fluxos de dados paralelos. O projeto R18 estudará novos casos de uso envolvendo tecnologias de comunicação tátil e multimodal, bem como indicadores técnicos como confiabilidade da rede, disponibilidade, segurança, privacidade, taxa de dados, latência, intervalo de transmissão e outros relacionados a esses casos de uso.

Outros exemplos incluem infraestrutura de comunicação 5G para redes inteligentes, repetidores 5G montados em veículos, funcionalidades 5G aprimoradas para residências, Internet das Coisas pessoal e outros projetos. No futuro, continuaremos a acompanhar e analisar as propostas e seu conteúdo de pesquisa com bastante detalhe.

07 Visão, aplicações e principais tecnologias potenciais do 6G

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:

visão geral

Da internet móvel (4G) à Internet de Tudo (5G), a era do 6G concretizará a visão abrangente de conectividade inteligente e gêmeos digitais de tudo. Por extensão, rumo a 2030 e além:

nível social:

A sociedade humana entrará na era da inteligência, refletindo serviços sociais equilibrados e de alta qualidade, governança social científica e precisa, e desenvolvimento social verde e com economia de energia, que se tornarão a tendência de desenvolvimento da sociedade futura.

nível técnico:

O 6G construirá uma nova rede com interconexão inteligente de humanos, máquinas e objetos, e interoperabilidade eficiente de entidades inteligentes. Com base na melhoria significativa das capacidades da rede, ela contará com novas funções como inteligência endógena, percepção multidimensional, gêmeos digitais e segurança endógena. Utilizará plenamente os recursos de espectro de baixa, média e alta frequência para alcançar cobertura global contínua, integrando ar, espaço e terra, a fim de atender às necessidades de conexão ilimitada, segura e confiável de "humanos, máquinas e coisas" a qualquer hora e em qualquer lugar.

nível de negócios:

O 6G proporcionará cenários interativos totalmente imersivos, percepção multidimensional, integração e simbiose de inteligência inclusiva e profunda integração entre virtualidade e realidade.

Principais fatores que impulsionam o desenvolvimento do 6G

Driving force of social structural change:

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

O desequilíbrio demográfico exige o uso da tecnologia digital para melhorar o capital humano e a eficiência na alocação de recursos;

Changes in the social governance structure have forced the modernization of social governance capabilities.

Driving force for high-quality economic development:

Sustainable economic development requires new technologies to inject new momentum;

The globalization trend of services requires further reduction of all-round information communication costs.

Fatores que impulsionam o desenvolvimento ambientalmente sustentável:

A redução das emissões de carbono e a promoção da "neutralidade de carbono" exigem a melhoria da eficiência energética e a concretização do desenvolvimento sustentável; eventos de grande envergadura, como condições meteorológicas extremas e epidemias, impulsionam o desenvolvimento de capacidades de percepção mais amplas e de colaboração inteligente mais estreita.

Possíveis cenários de aplicação do 6G

Immersive business

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

2) The holographic communication service requires a user experience rate of Tbps;

3) Os serviços de interconexão sensorial exigem latência em nível de milissegundos, posicionamento de alta precisão e alta segurança (proteção da privacidade);

4) Smart interactive services require latency <1ms, experience rate >10Gbps, and reliability reaching 99.99999%.

Negócio inteligente

5) Requisitos de negócios para sensoriamento em comunicação: As redes 6G podem usar sinais de comunicação para realizar funções de sensoriamento, como detecção de alvos, posicionamento, identificação e geração de imagens. Os sistemas de comunicação sem fio poderão usar funções de sensoriamento para obter informações sobre o ambiente ao redor, alocar recursos de comunicação de forma inteligente e precisa, explorar as capacidades de comunicação potenciais e aprimorar a experiência do usuário;

6) A Pratt & Whitney Smart Business transforma dispositivos pessoais e domésticos, diversos sensores urbanos, veículos autônomos, robôs inteligentes e outros novos terminais inteligentes em entidades inteligentes. Por meio de aprendizado contínuo, comunicação, cooperação e competição, ela consegue realizar simulações e previsões de altíssima eficiência do funcionamento e desenvolvimento do mundo físico, fornecendo decisões otimizadas;

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.

Negócios globais

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.

Potential key technologies

Enhanced wireless air interface technology:

Tecnologia básica da camada física da interface aérea sem fio, tecnologia MIMO em ultra-grande escala e tecnologia full-duplex.

Nova tecnologia de transmissão sem fio de dimensão física:

Tecnologia de meta-superfície inteligente, momento angular orbital, tecnologia de rádio holográfica inteligente.

Tecnologia de comunicação em terahertz e luz visível:

Tecnologia de comunicação em terahertz, tecnologia de luz visível.

Cross-domain integration key technologies:

Communication perception integration.

A new type of network with endogenous intelligence:

Uma nova interface aérea com inteligência endógena e uma nova arquitetura de rede com inteligência endógena.

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.

A pesquisa sobre o 6G está apenas começando. Antes disso, o 5G será mais implementado e aplicado, e o sucesso comercial do 5G estabelecerá uma base sólida para a evolução do 6G.

Referências

1. GSA, 《Resumo executivo da lista de dispositivos 5G》, junho de 2021

2. GSA,《Relatório sobre chipsets IoT LTE, 5G e 3GPP: resumo executivo》, maio de 2021

3. GSA, 《Panorama de Redes, Tecnologias e Espectro》, junho de 2021

4. Mercenário da internet, "O que significa 5G R18?", maio de 2021

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

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