5G-Advanced網絡及服務演進需求探討*

夏旭，齊文，王恒，梅承力

（中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

目前，5G網絡的全球商用部署如火如荼，至今已有72個國家和地區部署超過170個5G網絡[1]。中國作為5G網絡的先行者，已建成全球規模最大、技術最先進的5G獨立組網網絡，部署超過115萬個5G基站，占全球70%以上，5G終端用戶達4.5億戶，占全球八成以上。在5G服務垂直行業方面，我國也處于全球領先地位，5G專網應用覆蓋了包括工業制造、采礦、鋼鐵、電力、港口等22個國民經濟的重要行業。

為滿足更多樣性、更復雜的全場景物聯需求，驅動垂直行業的發展和轉型，5G網絡演進的需求愈發強烈，國際電信標準組織3GPP在第46次PCG（項目合作組）會議上正式將5G演進的名稱確定為5G-Advanced（以下簡稱為5G-A）。5G-A將作為5G向6G演進的關鍵一環，進一步挖掘5G網絡潛力、關鍵技術和服務能力，為實現6G愿景奠定基礎。目前，全球各大研究機構、運營商、設備廠商、芯片模組廠商及手機終端廠商相繼投入5G-A研究，共同參與由R18正式開啟的5G-A標準化工作。

3GPP主要由3個技術規范組（TSG）組成，分別是無線接入網（RAN）、業務與系統（SA）、核心網與終端（CT）。其中SA1工作組是運營商需求和業務應用組，負責制定需求，為SA/RAN TSG的具體工作指明方向。本文重點依據3GPP SA1的R18標準化進展，從網絡側和無線側分析了5G-A的演進需求，最后對未來5G-A/6G網絡服務、網絡架構和關鍵技術的演進進行了展望。

1 5G-A中的網絡側演進需求

R18是3GPP面向5G-A的首個版本，將定義5G-A的服務需求、網絡框架和網絡技術。該版本于2020年開始，至2023年底凍結。R18在3GPP SA1的工作已于2021年11月全部完成，其完成的項目如表1所示，可分為5G-A網絡能力及指標增強需求、5G-A新興服務需求兩類，可以看出，5G-A的演進需求重點涵蓋了能源、交通、XR媒體、人工智能等多個領域[2-3]。

表1 3GPP SA1 R18的研究項目

1.1 5G-A網絡能力及指標增強需求

為了滿足個人消費者體驗升級和行業數智化轉型的需求，5G-A網絡重點從實時通信、切片等業務承載能力以及面向衛星等多種連接技術的服務能力等方面持續對5G網絡進行增強和演進，以滿足多樣化業務訴求，提升網絡能力。

（1）5G系統支持更豐富的多媒體實時通信服務所需的技術要求

1）支持基于IMS網絡的AR通信，將AR能力與多媒體實時通信業務進行融合；

2）支持企業等第三方能夠通過運營商向呼叫方（如企業客戶）安全地證明并提供另一呼叫方（如企業員工）的可信標識或特定業務信息。

（2）5G系統支持網絡切片增強

當面對不同類型的資源限制（例如與無線電資源、頻帶相關的限制）時，5G網絡能夠在網絡切片或分配的資源發生變化時，減少服務中斷的次數或時長，優化用戶體驗。

（3）訪問5G系統域外時所能提供的服務用例及服務需求

1）定義5G系統域外的可能場景（例如覆蓋多個國家的高空平臺、覆蓋國際水域的衛星和航空網絡等）；

2）制定5G系統域外時所需的服務要求（例如緊急呼叫、計費等）以及指標要求等。

（4）5G系統支持多個無線回傳連接（例如衛星和/或地面）的技術服務要求

1）支持衛星回傳特性發生變化時（包括動態變化的延遲和/或帶寬）的動態QoS控制；

2）支持衛星回傳流量收費信息與其他流量收費信息的區分。

（5）5G系統支持衛星作為接入網絡的增強功能

5G系統對移動和固定終端設備的控制能力增強和/或視頻監控能力增強。

1.2 5G-A新興服務需求

面對更多涌現的新興業務（例如圖像/語音識別、媒體編輯/增強、機器人控制、自動駕駛），5G-A網絡通過進一步定義新興業務場景和業務能力，重點引入人工智能、多模態、業務鏈、區塊鏈等新型網絡能力，與新興技術融合實現5G網絡進一步的演進。

（1）5G系統支持人工智能和機器學習（AI/ML）等的服務需求

1）AI/ML對5G系統的性能要求包括端到端延遲、經驗數據速率、通信服務可用性等；

2）AI/ML對5G系統的服務要求包括針對AI/ML的QoS管理、AI/ML模型/數據分發/傳輸、網絡性能和資源利用率監控/預測等。

（2）5G系統支持觸覺和多模態通信服務的新用例和潛在服務需求

1）制定沉浸式虛擬現實、遠程控制機器人、支持機器人協作感知、危險遠程環境的觸覺反饋等應用場景；

2）網絡能力及服務能力開放要求，以實現5G系統對觸覺和多模態應用的支持。

（3）5G系統支持網絡訂閱者對北向API接入的感知需求

1）增強對第三方和終端的認證及授權；

2）增強第三方終端的隱私（例如位置、在線狀態等）保護；

3）增強對API相關信息的查找。

（4）網絡運營商對第三方加強5G網絡服務功能鏈的服務要求

1）允許授權第三方請求在其應用中使用5G網絡中的特定服務功能和服務功能鏈；

2）允許5G網絡中的服務功能鏈，包括服務托管環境、允許管理服務功能和服務功能鏈；

3）服務功能鏈的收費。

（5）區塊鏈技術對5G網絡的潛在增強

1）利用區塊鏈分布式架構，保護物聯網設備通信時的數據安全與隱私，解決數據容易被竊取或復制的風險；

2）利用區塊鏈去中心化的本質，實現資源共享，例如“授權頻譜”之間的相互共享、頻譜擁有者之間的相互信任、動態頻譜共享等；

3）利用區塊鏈高可信的特點，解決不同通信運營商間的漫游結算問題，實現漫游記錄可查可追溯。

（6）5G+電網相關應用的通信服務所需的KPI及技術要求，可涵蓋發電、輸電、配電和用電

1）要求更高的可用性和可靠性；

2）要求更為嚴苛的端到端通信時延和時鐘同步。

具體的服務指標要求如表2所示：

表2 5G智能電網服務的關鍵指標

2 5G-A中的無線側演進需求

本節重點分析了與第1節中網絡側對應的無線側增強相關的技術和服務，具體內容梳理見表3。與網絡側功能增強能力相對應，R18中的無線側演進重點是對無線空口的承載能力和智能化的增強，包括Sidelink增強、廣播多播增強、針對XR的增強、網絡切片增強[4]、位置的擴展和增強、非陸域（NTN）增強、5G RedCap、上行鏈路增強以及拓撲改進。

表3 3GPP SA1 R18立項對無線側（RAN）的增強

（1）針對下行鏈路和上行鏈路的MIMO技術演進

1）中高速移動場景的CSI增強；

2）為指示多個上下行TCI狀態的R17統一的TCI框架擴展；

3）FR1 FDD/TDD最多4TRP Coherent-JT的CSI獲取增強；

4）支持更多個正交DMRS端口用于上下行MU-MIMO；

5）UL DMRS、SRS、SRI和TPMI增強，以使能8 Tx UL操作從而支持每個UE上行多于4層；

6）multi-panel上行同時傳輸；

7）2 TA和上行功率控制增強提升上行multi-TRP場景的性能。

（2）Sidelink增強

1）基于LTE Sidelink C A操作，明確支持NR Sidelink CA的機制；

2）支持非授權頻譜的Sidelink；

3）FR2授權頻譜的Sidelink增強；

4）LTE Sidelink和NR Sidelink的co-channel共存。

（3）進一步降低NR RedCap UE復雜性

1）基于R17的評估方法研究進一步降低UE復雜度的技術，聚焦在FR1降低UE帶寬至5 MHz、降低UE峰值速率；

2）研究能量效率增強/降低功耗的技術包括RRC_INACTIVE態eDRX增強（大于10.24 s）；

3）降低UE復雜度/成本的技術包括SI研究的技術以及支持更低的UE功率等級。

（4）NR定位的擴展和增強

1）Sidelink定位；

2）定位精度、集成度、功率效率的提升包括RAT dependent定位技術集成，基于PRS/SRS帶寬聚合、基于NR載波相位測量的定位精度提高技術及低功耗高精度定位技術；

3）RedCap UE的定位支持。

（5）無線空口的智能化

1）聚焦CSI反饋增強、波束管理、定位精度增強等場景；

2）研究人工智能/機器學習模型、性能優勢、潛在的協議影響以及互操作性和可測試性。

3 5G-A及6G的演進探索

在上述分析基礎上，本節將進一步探索5G-A后續的演進方向。為了應對不斷涌現的新業務形態，例如3D、全息、XR Pro等，5G-A需要更進一步演進成可為全行業提供服務的網絡，因此需要進一步擴展5G前期定義的三大場景，形成支持低時延大帶寬、增強的固移融合寬帶、超高可靠、低成本/高速率大連接、稀疏廣域覆蓋和通感融合的新場景體系，如圖1所示。為了滿足網絡服務指標要求能夠準確地映射于網絡之中，5G-A/6G應從“盡力而為”轉為滿足服務確定性要求網絡[5]。同時，如何在有限頻帶寬度上滿足眾多新興強交互云化業務的時延體驗也是5G-A/6G重點關注的問題，因此需要設計有效的方法或架構來提高無線側對頻譜的利用率。

圖1 5G-A/6G服務場景

筆者認為未來十年的移動通信系統需要重點考慮的技術與服務場景包括：

（1）低時延大帶寬（LLBB）場景

1）強調通信網絡時延和帶寬的重要性；

2）主要面向新興多媒體業務（例如遠程遙控駕駛、云端渲染XR等），該類業務往往傳輸信息數據量大，同時對信息傳送的精準性和同步性有較高要求；

3）為滿足該場景下的業務要求，網絡需為其保證Gbps量級的帶寬和幾毫米至幾十毫秒的低時延[6-7]。

（2）超低時延高可靠（ULLHR）場景

1）主要面向ToB行業的業務需求，例如遠程全息手術、超高壓繼電保護等；

2）為滿足這類業務要求，網絡需要為其保證亞ms級別的時延和7個9的可靠性[5-6]，以保證工業制造的精準性和人身的絕對安全。

（3）靈活通感（FCX）場景

1）要求網絡具有感知功能，可利用探測技術、成像技術、譜識別等技術，通感融合可提供高精度定位、高分辨率成像等服務[8]；

2）要求網絡具有對資源的感知能力，進而實現云、網、邊、端的高效協同。

（4）低成本大連接（LCMC）場景

1）擴展現有RedCap支持的可穿戴設備、工業傳感器和視頻監控等場景；

2）要求網絡支持設備的泛在連接，實現低功耗與低成本的終端數據動態交互和智能共享。

（5）稀疏廣域覆蓋（SWAC）場景

1）突出稀疏廣域的全覆蓋，基于5G-A對NTN的持續增強，能夠通過衛星、無人機、高空平臺等技術，以及融合核心網、協同多層空間網絡的空天地海架構實現空、天、海和陸地偏遠地區的廣域覆蓋；

2）該場景下對網絡覆蓋能力提出了更高的要求，并且部分業務對移動性也有較高的要求。

目前業界已開啟對6G的預研工作，6G技術方向及潛在服務方案也仍在探索中，從發展趨勢看，6G網絡應具備“智能內生、泛在連接、綠色共享、安全可信、柔性極簡”的特征，拓展移動通信網絡能力與服務邊界，持續深化物聯網應用范圍和領域，3GPP、ITU、CCSA、GSMA等國際/國內標準組織通過良性競爭合作將進一步驅動6G技術及生態的飛速發展，推進6G研究，實現2030年6G商用目標。

4 結束語

本文結合當前3GPP SA1的R18標準情況，從網絡側和無線側兩個角度分別分析了5G-A階段不同行業場景、業務對5G系統的服務需求及指標要求，探討以服務驅動的未來網絡技術發展，包括現有的網絡技術增強和網絡服務能力擴展，希望能夠為相關領域的研究提供參考和幫助。