5G-Advanced白皮书 场景需求与关键技术 - 定稿版

IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 目录 5G-A总体愿景 P1 5G-A发展驱动力 P2 5G-A深化数智社会转型价值场景和需求 P3 5G-A关键技术方向及能力 P29 5G-A场景技术探索与实践 P66 5G-A产业展望和行动倡议 P69 主要贡献单位 P71 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 5G-A总体愿景 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 1 5G在过去几年快速商用，截至2022年6月，全球运营商部署221个5G网络，覆盖超过50%市场和7亿多5G用户。5G终端加快上市，全球193家厂商发布1454款5G终端，其中5G手机772款。5G快速发展极大丰富了我们的生活，新业务新应用不断涌现。 随着5G大规模商用，全球业界开启了5G下一阶段演进技术研究和探索。2021年4月，国际标准化组织3GPP正式确定5G-Advanced（5G-A）为5G下一阶段演进官方名称，从Rel-18开始，这标志着全球5G发展进入新阶段。 面向2024年及以后，一方面，5G-A持续增强已有的能力，支撑传统5G业务大规模应用；更重要的一方面，5G-A将增加新的能力，支撑新场景新业务的应用。5G-A将面向六大主要应用场景，包括沉浸实时，智能上行、工业互联、通感一体、千亿物联和天地一体，从网络、终端、云等端到端的关键方面进一步演进，构建数字、智慧、绿色低碳社会的基础设施。总的来说，实时沉浸交互业务引领移动互联网业务大幅增长，持续驱动无线网络管道能力大幅提升。千行百业数智化转型走向深入，不断驱动无线网络提供新的连接能力。“双碳”目标驱动绿色低碳网络建设，并通过无线网络赋能全行业节能减排。5G-A将围绕“万兆泛在体验，千亿智慧联接，超能绿色业态”的愿景，深化实践“5G改变社会”的目标。 图1.15G-Advanced应用场景 在提升网络能效的同时，也将进一步帮助全行业减少碳排放，帮助可持续发展目标（SDGs）的实现。 2 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 5G-A发展驱动力 5G-A深化千行百业数智化转型。5G的快速发展已经极大地改变了我们的生活，逐步促进行业数字化转型升级。可以预见，未来的数智社会，物理世界将与数字世界深度融合，移动互联网升级为全真全感互联网，通过大数据、原生智能、全息感知等新技术，在教育、医疗、交通等领域促进普惠社会。通过3D视频、全息视频、感官互联等新应用，满足人们不断提高的娱乐和交流需求，实现高品质的智慧服务。通过使能车联网，提升汽车网联化、智能化水平，最终实现自动驾驶，发展智能交通。在商业层面，数字经济成为核心舞台，数字孪生把我们所有物理世界的设备、生产流程、产品用数字化的方式构建在一个纯粹的数字世界里，行业将从工具效率提升演进为决策效率提升。在工业生产层面，5G-A使能工业制造的数字化、智能化和柔性化生产，支持智慧港口、配电自动化等场景，大幅度提升工业生产效率。 5G-A新场景新能力。5G使能的个人、行业和家庭应用正呈现爆发性增长。面向庞大的业务种类、不同业务在覆盖、容量、时延等方面的需求差异、小区间干扰带来的用户体验不一致、未来百倍流量增长带来的能耗挑战等，运营商需要通过一张智能化的无线网络，使能业务快速上线，以最佳的频段组合保证多维业务体验最优，并走向以用户为中心的网络资源配置，使网络运维迈向“零”故障，并面向未来可持续发展实现体验能效双优。5G-A进一步提升网络能力，支持下行10Gbps、上行1Gbps、宽带实时交互、毫秒级交互时延的能力将激活AR/VR产业并全面使能元宇宙，把全感官交互沉浸式体验带入现实。5G-A也将支持最全面的物联网能力，模组类型将涵盖从工业级高速连接到RedCap、无源物联，从Gbps到Kbps的全系列物联模组能力，全面使能万物智联，为千亿连接提供最强大的产业支持。进一步，5G-A还将支持感知、高精定位等超越连接的能力，一网多用，为未来智慧城市构建、数字社会重构和运营商持续探索新产业提供充足动力，构建高效治理的和谐数智社会。另外，5G-A将会支持空天一体化，通过卫星网络实现全球大规模组网，提供更大范围的广域覆盖，并通过和地面网络的融合可以极大地扩展移动通信的业务类型和覆盖形式，无论在市场空间、用户体验和通信保障方面都将发挥巨大的潜力。 5G-A促进绿色节能构建。气候变化是当今社会面临的最紧迫的全球问题，移动行业的二氧化碳年排放量约为220公吨，约占全球碳排放总量的0.4%；而移动通信技术助力其他行业所实现的碳排放减少是移动网络本身消耗的10倍。3GPP与5G-A瞄准新的解决方案，包括能够提高无线系统效率的技术， 5G-A深化数智社会转型价值场景和需求 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 图3.1实时交互沉浸式业务典型场景 3 3.1价值场景和挑战 3.1.1场景和挑战之一：实时交互沉浸式业务 5G的普及给用户体验带来了跨代升级，传统视频已从单向点播走向360度自由视角逐步应用在直播等领域，XR等新应用带来的虚拟体验正逐步跨越现实体验的边界，实现沉浸式的实时交互。虚拟世界将从便捷度上超越现实世界，虚拟体验将从真实度上接近现实体验，一个数字新大陆“元宇宙”即将繁荣。元宇宙是虚拟世界与现实世界的深度融合，而XR是元宇宙连接人们生活的载体，是虚拟世界和现实世界之间的通道。XR指的是由计算机技术和可穿戴设备产生的所有真实和虚拟相结合的环境和人机交互，包含了（AugmentedReality，增强现实），VR（VirtualReality，虚拟现实）和MR （MixedReality，混合现实）。 据CounterpointGlobalXR最新预测，扩展现实(XR)设备的出货量预计将从2021年的1100万台增长到2025年的1.05亿台，增长约10倍。为进一步提升XR设备的沉浸式体验，终端分辨率将从入门级的4K@60fps逐步提升至舒适级的8K@90fps，未来面向视网膜级体验分辨率将提升至16~32K@120fps，并会提升为多模态XR，达成包含视频、触觉等多感官的更沉浸式体验。以XR为代表的元宇宙将进一步拓展应用边界，ToC领域将从室内的家庭娱乐（影视、直播、游戏）逐步走向室外车载XR娱乐、AR导航等领域；在ToB领域从XR教育、培训等领域，逐步走向XR全息会议与协作。应用场景将包括室内与室外，网络需求也将逐步走向以XR全息会议为主的对称带宽。 产业结构改变正在驱动服务机器人产业自动化、智能化加速升级。与主要工作在“无人环境”，更注 4 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 为了支撑这些业务的传输，宽带实时交互对无线网络在体验、容量与稳定性提出了巨大挑战。当前移动网络支持4K@60fps的XR视频，单用户速率需求约100Mbps，单小区可以支持5~10个用户，未来需要支持16~32K@120fps的XR视频，单用户速率需求约1~10Gbps，同时满足单向10ms级时延（双向20ms），需要通过无线技术突破解决体验与容量双重挑战，支撑下行超宽带需求。同时考虑到交互视频业务用户体验，需要更低时延以及更加鲁棒的抗网络信号波动技术，即使小区边缘依旧可以保证用户体验。最后，XR远程全息会议与协作场景下的对称带宽需求，对广域移动网络上行速率提出更高要求，从现有网络xMbps速率提升到100Mbps的需求。 挑战：XR从入门级4K体验到视网膜级16~32K体验，单用户速率达10Gbps@10ms；并且需要同时满足在一定界限内的低时延 3.1.2场景和挑战之二：广域大上行业务 视频监控广泛应用在城市安防、智慧工地以及无人小车视频回传等场景。第一，城市安防场景对上行带宽的要求是视频实时回传。第二，智慧工地场景的需求包括工地出入人员实名管理、工人出勤记录管理、工地施工安全管理、工地物品防盗等。基于无线的视频回传方案更具备灵活性，可满足建筑施工的临时性部署需求。第三，对于无人小车视频回传而言，一个应用场景是移动视频监控，包括车辆实时动态监控及车辆视频等数据回传。另一个应用场景是远程驾驶脱困。上述场景对上行超带宽带的速率需求达到几百Mbps级别。 另一方面，随着短视频、4/8K、VR、自由视角、专业视频媒体生产等应用繁荣，视频媒体生产向分辨率更高、机位数更多、随时随地生产等趋势发展。对于8K、专业级自由视角、专业视频媒体生产这类业务产生的码率在200M以上甚至1Gbps+，对部署方案效率提升，支持移动性拍摄的需求越来越迫切。但目前这类视频生产多采用固定机位进行超高清拍摄，使用有线连接回传到导播设备，无法满足灵活部署和移动拍摄的场景需求。针对传统解决方案的痛点和需求，专业媒体摄像机集成5G模组后，无需进行繁重的局域网络环境搭建和维护，只需摄像机和编码器开机，5G模组自动接入5G网络，提供大带宽、高稳定、广覆盖的传输，制作系统和监看系统只要部署在核心网后的服务器即可快速开展媒体生产和监看任务。专业媒体摄像机要求无线网络在广域场景下具备上行超宽带和稳定联接的能力，上行网络总需求为800~2.5Gbps。对于监看场景，即摄像机拍摄现场画面用于导演监看并指导拍 摄，通常上行码率为10Mbps，上行超带宽带的速率总需求为400~600Mbps。 自主无人智能设备包括一种半自主或全自主工作的机器人或者车，它能完成有益于人类健康的服务工作如保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护，但不包括从事生产的智能设备。中国人口和 备共运维，构建相对现有工业互联网使用技术的综合竞争力。 5 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced白皮书 重效率和精准度的工业机器人不同，服务机器人的应用场景，需要与人近距离接触，所以更注重服务过程的“柔性”和安全性。 一个典型的服务机器人将具备高级AI环境识别能力和自主导航能力，配备6-8个高清摄像头、激光雷达（选配）等以感知周围环境、MIC阵列来聆听指令、40个以上自由度/关节来完成各类灵巧性任务，帮助人们实现重物搬运、跑腿、行走陪伴等生活功能。6-8个高清摄像头的图像数据需要实时回传到云端，对上行超宽带提出了更高的速率需求，到2025年单小区对上行超带宽带的速率要求为216~288Mbps。 挑战：高清摄像头在个人、企业、城市广泛应用，上行网络速率达Gbps 3.1.3场景和挑战之三：工业互联 数字化、智能化、柔性化生产是工业制造加速提效的核心。近年，制造业的创新应用层出不穷：制造工厂的机器视觉应用，矿业的远程控制，智慧港口的自动化巡检，电力行业的配电自动化等。不同的场景需求差异大，种类多，例如典型制造工厂在机器视觉应用较为丰富，上行速率要求高，而电力行业的配电自动化则要求高精度授时能力。 典型的制造工厂包括汽车制造和3C制造。数字化工厂的典型应用包括汽车制造中冲压车间的移动化终端、焊装车间的机器视觉抓取和PLC阀岛无线化（<8ms@99.999%要求）、涂装车间的AI漆面检测、总装车间的总装线ECU软件下载、仓储区域的物流AGV调度和叉车定位亚米级要求，外场云化测试，以及3C制造中的机器视觉方面应用。 矿山企业使用5G能够提升无人化作业水平，提高智慧化生产效率，降低人工参与度，提升安全性，实现安全、高效、绿色生产。矿山企业的智能化流程可分上游勘探开采、中游冶炼加工和下游运输仓储三大类场景。对5G网络的需求场景主要是地震数据以及井下设备信息收集，对装煤车、推焦车、拦焦车和熄焦车四大车等的远程控制，以及机器视觉在冶炼各个环节的检测应用。 智慧港口场景5G应用主