5G-Advanced: 探索下一代通信技术的前沿
来源：网络技术联盟站
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如今，5G服务已经在全球90多个国家/地区投入商用，网络支持基于3GPP Release 15和16的5G功能。得益于Snapdragon® X70调制解调器-射频系统，商用5G设备已经在不同外形尺寸和用例方面提供了增强的体验。
5G-Advanced作为5G技术的下一个演进步骤，将带来超越连接性的全新增强功能，为垂直行业提供更广泛的高级用例。它的推出将支持具有增强移动性和高可靠性的高级应用程序，引入人工智能（AI）和机器学习（ML）以提高网络性能，并在频谱效率和节能方面取得更进一步的提升。
本文瑞哥将带大家好好了解一下5G-Advanced，让我们直接开始！
目录：
一、5G-Advanced的技术基础
1.1 多输入多输出（MIMO）技术
1.2 毫米波和波束成形
1.3 网络切片技术
二、5G-Advanced的关键增强功能
三、5G-Advanced优势
3.1 容量提升与速度飞跃
3.2 覆盖范围拓展与流动性增强
3.3 绿色网络
3.4 拓展功能
四、5G-Advanced的关键推动力
五、5G-Advanced的应用领域
5.1 智能城市和物联网
5.2 工业4.0
5.3 增强现实和虚拟现实
六、5G-Advanced的挑战与未来展望
6.1 安全性和隐私问题
6.2 国际标准与合作
6.3 未来展望
结论
一、5G-Advanced的技术基础
1.1 多输入多输出（MIMO）技术
多输入多输出（MIMO）技术是5G-Advanced的重要组成部分，它通过同时使用多个天线进行数据传输，极大地提高了通信系统的性能。相比于传统的单天线系统，MIMO技术不仅提升了网络容量，还显著提高了数据传输速度。
例子：在高密度城市区域，MIMO技术可以更有效地处理大量用户同时连接的情况，确保网络质量不受拥塞影响。
1.2 毫米波和波束成形
5G-Advanced采用毫米波和波束成形技术，以进一步拓展通信频谱。毫米波的使用使通信系统能够利用更高的频率，从而提高频谱效率和传输速度。波束成形技术则允许将信号直接定向传输到特定用户，降低了信号的散射和损耗。
例子：在城市中，毫米波和波束成形技术可以帮助实现超高速宽带接入，为用户提供更快的互联网体验，支持高清视频流和大规模数据传输。
1.3 网络切片技术
网络切片是5G-Advanced的又一项关键技术，允许将通信网络划分为多个独立的虚拟网络实例，以满足不同应用场景的需求。这种定制化的服务能力使得通信系统更加灵活，适应性更强。
例子：在医疗领域，网络切片技术可以为远程手术提供低延迟和高可靠性的通信环境，确保医生能够实时操作远程手术设备。
二、5G-Advanced的关键增强功能
5G-Advanced作为5G技术的进一步演进，将引入一系列关键增强功能，推动通信技术向更高水平发展。
XR（AR、VR、游戏）增强体验：5G-Advanced将扩大虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用以及云游戏的范围，提供卓越的移动XR体验。这需要高数据速率、低延迟和高应用程序感知，有助于将XR处理负载从设备转移到网络中，降低用户设备的成本、尺寸和功耗。 增强覆盖范围和MIMO性能：5G-Advanced将解决实时高质量视频流等上行链路需求应用的增长，预计提供比5G高20%的数据速率。它还将改善上行链路延迟问题，为XR应用提供双向通信的低延迟。 5G取代GSM-R：5G-Advanced将扩展到专用频谱带宽中部署NR，取代GSM-R，为铁路、公用事业和公共安全等领域提供支持。这将推动铁路通信系统的升级，连接下一代智能电网，并为超连接和响应式蓝牙服务提供动力。 超越智能手机的演进：5G-Advanced将带来新型设备的时代，受益于5G的广覆盖和高效连接。除智能手机外，将涌现出不同领域的全功能设备，如工业质量控制、过程监控、视频监控等。这将降低设备成本，推动无人机、自动驾驶汽车、机器人等设备的发展。 精确定位：5G-Advanced将提供更强大的基于蜂窝的定位功能，包括非视距路径识别和厘米级精度。这将广泛应用于室内、室外场景，支持工业自动化、物流、建筑和汽车等领域。 弹性授时：5G-Advanced成为GNSS/GPS的可行替代方案，提供高精度、同步、连续的监测，支持从工业自动化到实时金融交易和智能电网的多个领域。 网络运营效率：引入新的人工智能和机器学习技术，提高RAN、核心和网络管理领域的性能、自动化和能源效率。实现更高效的数据收集、模型训练和模型交换，同时在空中接口引入AI/ML，进一步提升5G-Advanced的性能。 增强的侧链：5G-Advanced将继续增强用户或用户与基础设施之间的直接通信，包括Sidelink增强功能，支持设备到设备的中继机制。 增强的移动性：5G-Advanced将在切换期间几乎零服务中断时间的情况下实现更强大的移动性，对于使用延迟关键服务的移动设备至关重要，如XR、工业物联网或超可靠低延迟通信。
三、5G-Advanced优势
3.1 容量提升与速度飞跃
5G Advanced将继续挑战7 GHz以下和毫米波频谱的频谱效率限制。通过不断优化MIMO技术，特别是在DMRS 2端口和MIMO层的支持方面，系统的频谱利用效率将得到进一步的提高。这将为用户提供更高的数据传输速率和更稳定的网络连接。
Release 18中，5G Advanced有望引入智能空中接口设计，这将成为未来网络发展的关键创新。通过机器学习在CSF 3跨节点的应用，通信开销将减少，从而提高容量和吞吐量。这种智能设计的引入将使网络更加灵活，更好地适应不断变化的通信需求。
为了进一步提高容量和降低延迟，5G Advanced将专注于全双工系统的研发，尤其是在上行链路方面。全双工系统允许同时进行发送和接收，这将大幅度提高网络的利用率，特别是在高流量时刻，用户能够更快速地上传和下载数据。
5G Advanced不仅在容量和速度方面进行了提升，还引入了一系列增强功能，如非活动模式下的多播接收。这将在网络同时向多个设备传送内容时提高设备的效率，从而更好地满足多用户、多设备同时连接的场景需求。
3.2 覆盖范围拓展与流动性增强
5G Advanced将通过增强多输入多输出（MIMO）和接口继电器（IAB）的设计来实现覆盖范围的改进。这包括更先进的天线技术，支持更多端口和更多层的MIMO，以及更灵活的IAB设计，使得信号可以更远距离地传输，提高网络的覆盖面积。
5G Advanced将引入智能网络控制中继器和移动IAB等新基础设施，以进一步加强覆盖范围。这些新的设施将更智能地协调信号传输，确保在不同地理条件下都能够提供稳定的5G连接，包括在高速移动的情况下。
为了满足对农村地区的覆盖需求，5G Advanced将持续增强非地面卫星网络的宽带和物联网功能。这将使得5G服务能够覆盖更广泛的地理区域，包括偏远地区，为更多人提供高速的互联网连接。
5G Advanced通过基于L1/L2的小区间移动性和条件切换增强功能，实现设备在从一个小区移动到另一个小区时更加无缝地连接。这将改善用户在移动过程中的连接稳定性，确保在高速移动时也能够保持连续的通信服务。
机器学习将在波束管理方面发挥关键作用，特别是在毫米波频谱中。这对于优化信号传输和解决毫米波频谱中的挑战至关重要。通过机器学习的引入，5G Advanced将更加智能地调整波束，提高网络的覆盖和性能。
3.3 绿色网络
5G Advanced对基站等核心基础设施的能耗模型进行仔细研究，以全面了解其能源消耗情况。通过深入分析不同组件的能耗特征，可以有针对性地引入技术创新，以最大程度地减少网络和设备的能源消耗。
Release 18的目标是定义一个评估模型，其中包含相关KPI，以测量系统的能耗性能。通过这一模型，研究团队将能够研究和验证各种节能技术的有效性。这包括但不限于优化功率控制策略、改进硬件效率和引入智能休眠模式等，以提高系统的整体能效。
为了进一步降低非活动模式设备的功耗，5G Advanced正致力于推出全新的超低功耗WUS（Wake-Up Signal）设计。这一创新旨在通过精细化的电源管理和智能唤醒机制，显著降低设备在非活动状态下的能耗，从而实现更为可持续的通信网络。
3.4 拓展功能
Release 18的一个重要方向是进一步提高导航等用例的设备测距和定位精度。通过引入先进的测距技术和定位算法，5G Advanced将使得用户在使用导航服务时能够更准确地获得位置信息，提升整体的导航体验。
Sidelink技术将在5G Advanced系统中发挥越来越重要的作用。不仅可以提高定位和测距性能，而且还可以用于数据卸载和连接新设备，例如可穿戴设备和XR眼镜。Sidelink的引入将进一步拓展5G Advanced的应用场景，使得用户能够更灵活地使用各种智能设备。
Sidelink技术不仅可以用于提高定位和测距性能，还能够实现数据卸载，减轻核心网络的负担。同时，Sidelink还可以用于连接新型设备，如可穿戴设备和XR眼镜，为用户提供更加丰富和多样化的通信体验。
四、5G-Advanced的关键推动力
5G-Advanced将以三个大方向为核心，引领技术边界的拓展。
性能改进：5G-Advanced将在通信性能方面取得显著的进展，包括更高的数据传输速率、更低的延迟和更大的网络容量。这将为用户提供更快、更稳定的连接，支持更多种类的应用场景。 更好的管理和更高的效率：5G-Advanced将通过更高效的网络资源管理和更先进的频谱利用方式，提高整个网络的效率。这不仅能够降低运营成本，还能够提供更好的服务质量，为用户提供更顺畅的通信体验。 针对特定用例的增强：5G-Advanced将通过定制化的网络切片技术，为特定行业和应用场景提供增强的通信服务。这将使得各种垂直行业，如智能交通、工业自动化等，能够更好地满足其独特的通信需求。
五、5G-Advanced的应用领域
5.1 智能城市和物联网
5G-Advanced在智能城市和物联网领域的应用为城市生活带来了革命性的变化。其高速、低延迟的特性使得大量设备能够实现实时互联，从而提高了城市基础设施的智能性。
例子：在智能交通系统中，5G-Advanced的高容量和低延迟支持智能交通信号灯、实时交通监测以及自动驾驶汽车的无缝协同工作。
5.2 工业4.0
5G-Advanced在工业领域的应用推动了工业4.0的发展，实现了更高效的生产和资源利用。通过低延迟和高可靠性的通信，不同设备和机器能够实现实时协同工作，提高了整体生产效率。
例子：在制造业中，5G-Advanced的应用使得机器人和自动化设备能够实现更加精准和灵活的操作，从而降低了生产成本，提高了产品质量。
5.3 增强现实和虚拟现实
5G-Advanced为增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的发展提供了强大的支持。其高带宽和低延迟的特性使得用户能够更流畅地体验沉浸式的虚拟环境。
例子：在娱乐领域，5G-Advanced使得用户能够通过云游戏平台实时流媒体游戏内容，而无需本地高性能设备。这样的应用场景大大提升了游戏体验。
通过5G-Advanced在不同领域的广泛应用，我们看到这一技术的影响正在渗透到我们日常生活的方方面面。然而，随着技术的不断进步，5G-Advanced面临着一些挑战和未解之谜。
六、5G-Advanced的挑战与未来展望
6.1 安全性和隐私问题
尽管5G-Advanced在提供高速、低延迟通信的同时，也引发了一系列与安全性和隐私有关的担忧。由于其高度互联的特性，5G-Advanced网络容易成为网络攻击的目标，而用户的隐私也更容易受到侵犯。
解决方案：采用端到端的加密通信、强化身份验证和实施严格的访问控制，以确保5G-Advanced网络的安全性。同时，制定法规和政策，保障用户隐私。
6.2 国际标准与合作
5G-Advanced的广泛应用需要国际间的标准化和紧密合作，以确保不同厂商和运营商的设备和系统之间能够无缝衔接，保障全球通信网络的一体化运作。
解决方案：推动国际组织、行业协会和政府间的合作，制定统一的5G-Advanced标准。加强跨国合作，推动全球通信技术的协同发展。
6.3 未来展望
展望5G-Advanced的未来，我们可以预见更高的通信速度、更低的延迟以及更广泛的应用领域。随着技术的不断进步，我们有望看到更多的创新，如量子通信、边缘计算等将为5G-Advanced的发展提供新的动力。
技术创新：5G-Advanced有望借助新兴技术，如量子通信，进一步提高通信安全性和效率。边缘计算的引入将加速数据的处理速度，为实时应用提供更好的支持。
行业变革：5G-Advanced将在医疗、教育、交通等多个领域引发行业变革。医疗远程手术、远程教育、智能交通系统等应用将更加成熟，为人类社会带来更多便利和创新。
通过克服挑战和不断创新，5G-Advanced有望成为未来数字社会的基石，推动科技进步，改变我们的生活方式。
结论
5G-Advanced作为下一代通信技术的先驱，为数字时代的全球通信提供了全新的可能性。通过多输入多输出（MIMO）技术、毫米波和波束成形技术、以及网络切片技术的应用，5G-Advanced成功地解决了传统通信技术在速度、容量和灵活性方面的局限。
在应用层面，5G-Advanced的广泛应用使得智能城市、工业4.0和虚拟现实等领域迎来了巨大的发展机遇。从智能交通到智能制造，再到虚拟现实娱乐，5G-Advanced正引领着一个新的数字化时代。
面对未来，5G-Advanced还需要应对一系列挑战，包括安全性和隐私问题，国际标准与合作的制定，以及新兴技术的不断发展。通过制定切实可行的解决方案，5G-Advanced有望克服这些障碍，取得更大的成功。
5G-Advanced将继续推动通信技术的创新，为全球社会带来更快、更可靠、更智能的通信服务。在技术不断演进的同时，国际社会需要进一步加强合作，确保5G-Advanced能够在全球范围内实现统一标准，并发挥其最大的潜力。
通过对5G-Advanced的全面介绍，我们不仅了解了其关键技术和应用领域，也深入思考了其面临的挑战和未来的发展方向。希望这篇文章能够为读者提供深入的了解，并激发更多对于通信技术未来可能性的思考。
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