编者按2024年，各厂商纷纷推进5G-A技术验证和网络部署，拓展5G-A新“蓝海”。发展5G-A有助于提前培育6G相关的产业要素，如终端、频谱、业务等，为6G的商用做好产业储备，进一步巩固我国在通信产业领域的优势地位。如今，三大运营商联合产业上下游企业紧锣密鼓加速布局5G-A，抢占5G产业新高点，打造了一批批示范案例，有望在2024年底逐渐实现从点状应用到规模化建设的最终目标。
在5G-A澎湃能量开始赋能千行百业之际，通信世界全媒体特策划“打响‘发令枪’，5G-A正式开赛”专题报道，以期管中窥豹，助力5G-A应用场景不断拓展和深入，为新质生产力注入新动能。
如今，5G商用走入第五个年头，我国的网络及应用规模双双居于全球前列。截至2023年底，我国5G基站达到337.7万个，5G行业虚拟专网超2.9万个；5G移动电话用户达到8.05亿户，占移动电话用户的46.6%；裸眼3D、云手机等5G业务开始兴起，5G行业应用融入71个国民经济门类，应用案例超9.4万个，覆盖七成大类行业，并在采矿、电力、港口等行业规模复制。
5G在消费和行业领域的应用取得了良好进展，但随着5G发展进入“深水区”，5G赋能千行百业融合创新发展的作用日益凸显，这对5G自身能力也提出了更高要求。
核心环节应用的支撑能力及应用规模化推广成为驱动5G持续演进的动力，尤其是裸眼3D、工业实时控制等创新应用对5G网络的传输速率、确定性能力、实时交互能力、安全等方面提出了新的演进需求，因此5G-A（5G-Advanced）应运而生。
5G-A是5G和6G之间的过渡，它不改变5G的网络架构，仅通过改进射频、升级软件等方式，就可以赋予5G新的功能和性能。5G-A的总体定位是持续完善5G对消费和行业两大领域核心应用的网络支撑能力，开拓感知、无源等新领域，推动5G体验和赋能能力进一步提升。
5G-A的标准化进展及关键技术方向
2021年4月，3GPP（第三代移动通信标准组织）正式将5G演进技术的名称确定为5G-A，并从Rel-18开始，至Rel19、Rel-20，将不断丰富5G-A的内涵和价值。预计2024年上半年，Rel-18 ASN.1正式冻结，5G-A发展将步入产业推进的新阶段。
5G-A在技术及标准方面主要面向人联优化、行业能力提升、海量物联及通感融合新领域四大方向演进。
在人联优化方面，5G-A主要通过载波聚合、超大阵列Massive MIMO（大规模密集型多输入多输出天线阵列）、毫米波及QoE（体验质量）增强等方式，提升5G网络的上下行传输速率和实时交互性，使其能够实现上行1.5Gbit/s的峰值速率和在单站300MHz带宽下5Gbit/s以上的峰值速率。5G-A网络采用“超大阵列Massive MIMO系统+协议算法优化”，使得天线的阵子数在6GHz及毫米波频段达到1000以上，通道数达到64以上，实现与C-band（C波段）的覆盖能力相当；同时5G-A还采用多载波聚合技术，将700MHz—900MHz、1.8GHz、2.1GHz以及3.5GHz等频段进行聚合，形成虚拟大带宽和超大上行，从而大幅提升网络的上下行速率。
在业务实时交互性增强方面，5G-A基于端到端QoE增强标准支持新的业务类型和场景，例如5G-A通过定义AR（增强现实）/MR（混合现实）网络传输质量，以及与终端、内容、业务相关的沉浸感和临场感指标，全面优化XR（扩展现实）业务，提升用户体验水平。在行业能力提升方面，5G-A主要通过XSO（跨层调度协同）、5G TSN（时间敏感网络）、5G uRLLC（超高可靠低时延通信）、5G高精度定位等技术来提升网络的确定性，将网络时延降低到10ms以内，可靠性提升到“5个9”。为了解决行业业务到达随机性问题，5G-A引入XSO技术，对业务层与网络层进行联合优化，从而满足更低时延、更高连接数的业务场景需求。5G TSN技术主要通过解决网络时间同步问题保障业务的确定性，3GPP在Rel-16阶段增加了对TSN的支持，预计其在Rel-18阶段还将增加时钟弹性、支持TSN回传网络互通等功能，持续增强对敏感通信的支持。在高精度定位方面，5G-A通过基于带内载波PRS（定位参考信号）/SRS（探测参考信号）带宽聚合和NR（新空口）载波相位测量等技术，提高定位精度，降低定位时延，满足亚米级定位需求。
在海量物联方面，5G-A主要通过5G eRedCap（超轻量化5G）和无源物联两大技术，实现千亿级的物联场景，并大幅降低5G终端规模化部署成本。5G eRedCap技术对RedCap（轻量化5G）设备进行进一步简化和优化，通过带宽剪裁、收发天线数量减少、调制阶数降低和终端节能等方式，在Rel-18阶段进一步将带宽缩窄至5MHz，同时实现设备电池可使用1~2周的低能耗。在无源物联方面，Passive IoT（无源物联网）技术通过基站代替传统RFID（射频识别）“扫码枪”，利用移动信号激发终端标签，以反向散射等方式将信息传送到基站，可满足基站2km内零售盘点、物流跟踪等不同应用场景的覆盖需求。
在通感融合新领域，5G-A通过通感一体技术拓展5G的应用领域。5G-A阶段的通感融合架构主要基于5G NR基础架构和空口增强设计，利用无线信道特征，实现基础感知功能。5G-A针对定位类感知场景实现拓展，对通感波形设计、时频域感知资源分配、信道建模等关键技术进行升级改进，实现行业用户在通感融合应用中同时跟踪64个目标，感知探测高度达600m，探测精度达到1m，漏检率和虚警率低至1%。
5G-A提升消费体验，拓宽行业应用范围
随着5G行业应用的深入，5G承载的业务范围越来越广、业务类型越来越多，同时拓展了许多新的应用领域。然而，实时交互视频类业务、控制类业务以及海量物联网业务等超出了5G最初的能力设计范畴，这也成为5G-A的主要应用场景。
在消费领域，实时沉浸、裸眼3D、XR等创新业务的兴起，要求5G网络传输速率达到100Mbit/s，甚至1Gbit/s以上，且需要具备实时交互性，端到端网络时延小于15ms。例如，裸眼3D是实现全感官互动体验的创新技术，将传统的2D视听体验推向3D沉浸式时代，裸眼3D Pad、裸眼3D手机等相继问世，同时AI和云技术也使得3D视频内容源极大丰富。裸眼3D驱动终端分辨率逐步从入门级的4K@60fps，过渡到舒适级的8K@90fps，未来有可能达到视网膜级16～32K@120fps。如果支持视网膜级别，则需要5G网络支持单用户1Gbit/s以上的传输速率，单向时延10ms以内。
XR逐步进入高速发展期，以XR为代表的元宇宙将进一步拓展应用边界。根据Counterpoint预测，XR设备的出货量将从2021年的1100万台增长到2025年的1.05亿台，增幅高达近10倍。2024年2月，Apple Vision Pro头显设备的发布，标志着XR进入到3D的4K时代，由于需要实时采集前端图像，并通过云渲染之后传递给头显，网络传输速率需达到上行220Mbit/s（4K3D@60fps）、下行316Mbit/s（4K3D@90fps），并且整体交互时延小于70ms，网络交互时延小于20ms。
在行业领域，5G逐步从视频监控、巡检等辅助环节，进入到工业控制、质检等核心生产环节，生产业务的高价值性及高稳定性要求5G网络提供更高性能的确定性传输。
其中，工业控制是5G赋能的核心场景之一，5G推动了PLC（可编程序逻辑控制器）的云化和远程化。据了解，开放自动化论坛（OPAF）目前已有超过110家团体成员，论坛运用分布式云计算技术和虚拟化技术，重新定义工业架构及优化先进控制和MES(生产信息化管理系统）。该论坛旨在解决PLC远程控制的网络可靠性、低时延及确定性等方面的问题，PLC南向网络控制需要实现0.5ms~4ms的传输时延，并实现99.9999%的确定性网络传输，5G-A恰好可以满足工业控制对低时延、稳定性的要求。
此外，机器视觉质检利用“视觉+AI”替代传统人工。目前，机器视觉质检从传统的简单图像识别向深度学习与人工智能相结合的复杂图像识别过渡，视觉图像从2D向3D过渡，应用的速率也随着像素和帧率的提升而逐渐提升，单摄像头的上行速率从几十Mbit/s提升到几百Mbit/s。在物联场景中，数据采集、工业传感及可穿戴设备对5G低成本中高速物联网提出了新的需求。
在创新方面，5G-A将不断拓宽行业应用领域，低空、海洋等将成为5G-A应用的“新战场”。近年来，低空无人机高速发展，2021年UTMISS（中国民航局无人驾驶航空器空管信息服务系统）全年累积接收到无人机实时飞行约386亿架次、飞行时长约1668.9万小时等信息。因此，对低空无人机“黑飞”等行为进行感知并加以管理，成为5G-A应用的主要场景，这不仅需要5G-A具有通信能力，还需要具备精确的感知能力，能够实现感知距离1000m、感知精度0.5m~1m、漏检率小于1%等。
5G-A产业尚处于探索期
5G-A产业目前尚处于探索初期，主要开展关键技术测试验证、场景验证工作。
在关键技术验证方面，主要由设备商和运营商联合对5G-A涉及的关键技术进行功能和性能验证。2023年，诺基亚贝尔联合高通、联发科分别对上下行超宽带Sub-6GHz和毫米波频段组合、上下行超宽带Sub-6GHz频段上2Tx Switching（两个发射通道切换技术）、宽带实时交互基于L4S的端到端协同等关键技术进行验证。沙特Zain、阿联酋du等中东地区的电信运营商联合设备商针对下行万兆、XR、Passive IoT等关键能力与场景完成网络能力验证。
我国早在2022年就开始5G-A技术验证工作，中国移动规划了三期5G-A技术试验，2022年6月到2024年6月，中国移动拟完成前两期的试验工作；华为在2023年10月完成了5G-A的全部功能测试，首次将端到端跨层协同技术应用在5G-A宽带实时交互上；2024年2月，陕西移动联合华为、中兴通讯等企业在西安率先完成业界首个“700MHz+2.6GHz+4.9GHz”三频段“2T+F3CC”载波聚合端到端技术验证，完成两频段3CC载波聚合、RedCap、通感一体等多项5G-A技术的商用验证和规模部署。
在产品研发方面，芯片厂商和终端制造商、设备制造商相继推出芯片、模 组、终端和网络产品。高通、联发科等芯片企业发布支持5G-A 的芯片，美 格智能正式推出5G-A模组SRM817WE以及全新的5G-A FWA（固定无线接入）解决方案。华为在“2023 全球移动宽带论坛”（M BBF 2023）上发布了5G-A 全 系列产品和解决方案。2024年世界移动通信大会举办期间，中兴通讯 发布5G-A十大创新产品及解决方案，推出5G-A算网一体机UniEngine等产品。
在应用场景方面，沙特Zain联合华为率先布局物联领域，2023年7月宣布完成Passive IoT仓库场景验证。阿联酋du发布全球首个“5G-A智能家居”示范别墅，提供裸眼3D和XR等应用丰富的智能家居体验。2023年，国内三大运营商都开启了5G-A网络试点工作，启动了裸眼3D、物联、车联、低空等多样化的5G-A试点项目。中国移动研究院、浙江移动联合华为实现全球首个5G-A通感一体基站低空场景多站协同测试验证；中国联通携手长城精工自动化（精诚工科汽车系统有限公司保定自动化技术分公司的简称）打造了国内首个工业领域5G-A uRLLC汽车柔性产线，试制线达到时延4ms、稳定性99.999%的性能指标。
随着5G与各行业融合的逐步深入，5G-A也渐渐步入公众视野，5G-A将在工业互联网、智能交通、智慧能源、虚拟现实、增强现实等领域为各行各业打开新的大门、创造新的能力和价值。对于行业来说，5G-A增强了5G网络的能力，将5G网络与行业现有光纤网等融合，构建行业数字化转型的一张“底网”，使能行业构建全流程、全周期的数据流通环境，孵化更多创新应用，带动行业数字底座的迭代升级，实现行业更高级别的智能化发展。
*本文刊载于《通信世界》总第941期 2024年4月10日 第7期原文标题:《5G-A产业和应用发展分析》
