年度盘点⑥|5G-A商用在即,一文盘点5G/6G最新进展和未来前景
作者:梁张华物联网智库 原创
自2019年6月6日,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照以来,至今已有近四年半的时间。在这四年半中,中国持续引领全球5G发展。
2023年,全球5G产业保持蓬勃发展势头,中国市场更是“遥遥领先”。与此同时,R-18标准冻结已近在眼前,5G-A商用在即;6G发展开始从概念形成走向技术突破,正处于愿景需求及技术储备的关键窗口期。
5G已不仅是运营商牵引数字化营收,构建第二增长曲线的核心业务,无论5G,抑或即将到来的5G-A,以及未来的6G,都将是推动实体经济数字化转型升级的关键驱动,对经济社会实现高质量发展发挥重要作用。
本期年度盘点,智次方 · 物联网智库将为您回顾5G/6G在这一年中的发展情况,并展望未来的前景。
2023年5G核心环节发展态势
从网络、终端、应用、用户等核心环节的关键指标看,全球5G发展保持蓬勃势头,中国则继续引领全球5G发展潮流。
网络方面,全球5G网络建设保持强劲发展势头。根据GSA、Ookla等机构的数据,截至2023年11月,全球建成300张5G网络,其中SA网络达到47张,分别较2022增加57张和5张;截至2023Q3,全球5G下载速度迎来大幅提升,中位数达到203.04Mbps,较2022年第三季度的168.27Mbps增长了20%。此外,全球5G下载速度排名前10%的用户的下载速度从525.54Mbps升至573.12Mbps,涨幅达9%。
我国5G网络建设坚持适度超前原则,以建促用,积极稳妥推进5G网络建设,自5G商用以来,5G网络覆盖的广度和深度持续大幅提升。据工信部数据,截至2023年11月,中国已建成5G基站328.2万座,较2022年底增幅高达42%,占移动基站总数的28.5%。5G网络已覆盖所有地级市城区、县城城区,每万人拥有5G基站数接近23个。超90%的5G基站实现共建共享,5G网络正加快向集约高效、绿色低碳发展。5G行业虚拟专网已超2.6万个,为行业提供稳定、可靠、安全的网络设施。
图表 2019-2023年11月中国5G基站累计开通数量(万座)
来源:工信部
终端方面,全球各类端侧通信设备中,款型占比最大的仍是手机,但近年来,其它终端设备发展迅速,终端类型和款型持续丰富,终端生态繁荣发展,行业终端厂商增长迅速。据TDIA统计,截至2023年9月,全球5G终端达到2916款,非手机终端1449款,占比超过49.6%。随着5G网络的快速发展以及工业互联网、车联网等5G行业应用的快速推进,越来越多厂商正加大行业终端产品投入,CPE、模组、网关、车载单元等终端款型数量持续增加,AR/VR眼镜、无人机、机器人、游戏PC等更多新型5G终端不断出现,5G终端呈现出款型多样化发展的趋势。
图表 截至2023年9月全球5G终端款型分布
来源:TDIA
在国内,截至2023年9月,共有296家终端厂商(新增18家)的1315款5G终端获得工信部核发的进网许可证(含试用批文)。支持5G的入网终端共分为四大类,智能手机有816款,另外三类分别是无线数据终端(422款)、车载无线终端(81款)以及卫星移动终端(6款)。中国的5G终端款型全球占比近半,非手机终端占比超1/3,中国的终端生态繁荣程度全球瞩目。
图表 截至2023年9月国内5G终端款型分布
来源:TDIA
此外,随着全球5G商用的规模推进以及行业应用的快速发展,全球5G终端生态参与企业不仅包括终端企业、设备企业、运营商等移动通信企业,还包括行业应用企业。据TDIA统计,截至2023年9月,全球发布5G终端的厂商达到490家,较前一季度新增43家。其中,发布智能手机5G的终端厂商有129家(新增7家),发布非智能手机5G终端的厂商有395家(新增36家);在国内市场获得进网许可的5G终端厂商有296家(新增18家),获得智能手机5G终端入网许可厂商有92家,获得非智能手机5G终端入网许可厂商有223家。
应用方面,全球5G行业应用丰富,在部分领域已实现规模化应用。根据GSMA数据,截至2023年10月,全球5G行业应用已经达到5万多个,行业联接数已超千万。5G网络已经在矿山、港口、制造等领域得到了规模化的应用,远程控制、视频回传、机器视觉、设备定位等成为热点。
在国内,5G行业应用持续普及推广。尤其自《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》提出以来,5G行业应用深度融入和赋能经济社会成绩突出,呈现出门类、数量、主体、价值、影响力“五提升”格局。以“绽放杯”大赛呈现的5G应用统计数据为例,行动计划出台前的2020年,参赛企业数量为2388家,项目数量为5289个,2023年,相应指标的数量已增至16000家和45728个。
图表 第1届-第6届“绽放杯”大赛5G应用统计数据
来源:中国信通院
全国“5G+工业互联网”正从技术验证和场景适配向5G工厂、融合应用先导区延展,探索规模不断扩大。我国“5G+工业互联网”应用正从局部场景走向工厂和园区,全国项目数已超9800个,同时,工信部发布了300个5G工厂名录,各地积极探索先导区建设,相关应用已实现41个工业大类全覆盖,并正向纵深推进。目前,我国5G工业应用呈现“从外围向核心、从单环节向全流程、从点状部署到片状应用”发展态势,正逐步从质检、运维等管理环节,向研发设计、生产制造、运维管理、产品服务等全环节覆盖;从机器视觉质量检测、现场辅助装配、无人智能巡检等辅助环节可复制场景,逐步向5G云化PLC、5G无人驾驶、5G协同控制等核心控制环节渗透;从企业的单条产线、单个车间,逐步向全工厂、全集团、全产业链方向发展。
例如领克汽车,实现5G应用由单点应用到车间全方位优化,由浅入深全面覆盖工厂办公、管理、生产等各类业务;再如格力电器,2021年其在郑州以点状试点为主,落地5G+机器视觉、5G+AGV、5G+VR远程指导等5G应用,2023年在珠海已升级为贯穿家电生产全流程,5G应用覆盖原料质检、原料上线、成品组装、成品质检、成品仓储、园区管理等6大核心工序、25个应用场景。
与此同时,值得一提的是,我国5G应用解决方案基于国内的落地经验,开始实现向海外市场的复制推广。一是“绽放杯”连续2年开展国际赛道,第六届国际专题邀请赛共收到来自南非、法国、俄罗斯、印尼、沙特、新加坡、日本、柬埔寨和澳大利亚等23个国家和地区共计126个参赛项目,成功推动中国5G经验走向世界。二是国内运营商的5G应用/解决方案在海外推广取得重要进展:中国联通5G+智能矿山解决方案应用到诺永达拉果露天矿区,基于5G网络实现露天矿生产的智能化监测,打造少人无人化开采;中国移动为宁德时代德国工厂打造OneCyber 5G专网运营平台,下沉部署至宁德时代德国图林根州工厂,助力宁德时代实现全球统一的5G专网运营管理。
截至2023年9月,5G行业应用已融入国民经济97个大类中的67个,较2022年增加27个,5G应用案例累计超9.4万个,较2022年大幅增加约7.4万个。5G应用项目覆盖32个省市自治区,首次实现全国所有地市覆盖,在全国2149家医疗机构、6948家工厂企业、691家采矿企业、547家电力企业中得到应用。
用户方面,综合爱立信及GSMA等机构数据,随着多个地区加速推进5G中频段的部署,预计到2023年底,全球40%的人口将享受到5G网络的覆盖。5G签约数在各个地区都呈现出快速增长的态势,预计到2023年底,全球5G移动签约数将达到16亿户;5G DOU同比增长130%,达32EB/月;5G分流比达25%。预计到2028年,5G将成为占主导地位的移动接入技术;到2029年,全球5G签约数将超过53亿,占当时移动签约总数的58%。
图表 按技术划分的移动签约数(亿)
来源:爱立信
在我国,截至2023年11月,5G移动电话用户数达到7.71亿户,同比增幅高达42.2%,较2022年末增加了2.1亿户,5G用户占整体移动用户的比例已达44.7%。在5G NR、NB-IoT等稳步发展的驱动下,我国蜂窝物联网终端用户数达到23.12亿户,同比增长27.2%,较2022年末增加了4.68亿户,占移动网终端连接数(包括移动电话用户和蜂窝物联网终端用户)的比重达57.3%。2022年11月以来,我国蜂窝物联网终端用户数月同比增速保持在27%上下。
图表 2022年11月-2023年11月我国物联网终端用户规模情况
来源:工信部
与此同时,5G发展存在的问题也值得我们重视。5G应用规模化发展的广度深度有待加强,成本高、融合难度大等不足需要正视。
在需求侧,目前5G应用集中于大型企业和有实力的龙头企业,受投入资金、数字化水平等影响,难以满足中小企业需求,其参与度普遍不高。而且,部分行业企业对于规模化应用5G所带来的企业数据安全、运维掌控权、网络稳定可靠性、全生命周期成本等问题仍存在顾虑。
在供给侧,由于行业碎片化,难于形成规模,造成芯片、模组、终端、行业网络设备定制化等仍面临高成本的困扰;5G技术产业与行业信息化设施的融合仍有较多障碍需要克服,例如5G与现场工业网络的融合互通、IT/OT/CT融合进程慢,缺乏有实力的解决方案商实现整合;5G融合创新机制、标准与政策有待完善,目前,缺乏融合性的标准体系,共性技术仍待加强,适应新模式和新业态的政策环境需完善。
2023年5G技术演进情况
随着R-18预计将在2024年初冻结,5G-A进入商用冲刺阶段。5G-A起到承上启下的作用,增强5G基础网络容量和效率的同时,为6G发展做好铺垫,不断开拓新领域、新需求、新业务、新技术。与5G相比,5G-A将在“大带宽、广连接、低时延”上更上一个台阶,实现如下10倍的网络性能提升:
10倍体验:峰值速率下行10Gbps、上行1Gbps,更好地支持沉浸+交互业务
10倍确定性:时延、定位、高可靠性能力10倍提升,网络时延从10毫秒向1毫秒演进
10倍能效:移动网络每Tera Byte数据传输排放的CO2量可减少10倍
10倍智能:ADN自动驾驶网络从L3提升到L4级别,网络运维效率提升10倍
更为可贵的是,5G-A将引入轻量化(RedCap)、无源物联、通感一体等技术,不断拓展5G能力边界,以进一步深化数智社会转型,促进数字经济提质增效。
RedCap通过对性能作裁减,成本将更为合理,功耗将更低
无源物联基于蜂窝通信基站内生出物联能力,具有低成本、免维护、广适用、绿色低碳等优势
通感一体将传统的无线通信和感知传感融于一体,实现对环境、物体、事件等的实时感知、数据采集和信息传输,从而满足智能感知和智能通信等需求
RedCap网、端、用均已具备成熟商用的基础
网络方面,三大运营商均建立起了RedCap规模化试验网,开展新技术、新产品试验,已具备网络成熟商用的条件。华为、中兴、中国信科、爱立信和诺基亚贝尔5家系统厂商与运营商协同配合取得了端网协同功能与组网性能验证、测试规范出台以及试验网建设等成绩。
终端方面,RedCap终端产业链生态初见规模,芯模端正在加速成熟与丰富中:芯片方面,达到商用水平的已有1款,处于流片阶段的约有3家厂商,预计2024年上半年有望超过4款芯片达到商用水平。模组方面,已有8家以上RedCap模组开发厂商,其中,提供开发试验产品的厂商超过了6家,已能进行小批量生产的厂商超过了3家,预计2024年模组产能将快速放大。终端产品方面,目前已有10款以上试验终端产品,类型涵盖电力终端、摄像头、定位终端等,预计2023年底前终端类型及款数将迎来大幅增加。
应用方面,三大运营商目前均在以点带面,打造行业领域RedCap示范应用标杆,在智能制造、智慧物流、智能电网、智慧港口、智慧海域、视频监控和移动办公等场景,开展了RedCap应用融合创新试点,形成了系列可复制推广的标杆案例。
无源物联将为5G注入新的增长动能
无源物联是5G-A的另一大关键技术,是支撑物联网实现“千亿级连接”的重要基础。无源物联网是指连入网络的终端节点设备不接外部电源、不带电池,而是从环境中获取能量,从而支撑起数据感知、无线传输和分布式计算的物联网技术。5G-A蜂窝无源物联通过集成无源标签的识别和信息采集能力,将实现对RFID等无源物联能力的融合。
它是在蜂窝通信基站上内生出的物联能力,具有低成本、免维护、广适用、绿色低碳等优势。以工业为例,通过灵活组网、数能同传、海量接入、低成本融合定位等技术创新,基于5G-A基站来连接无源物联标签(价格低至几角),可支持自动化盘点和传感数据采集上报,一方面支撑工业领域生产物料的数字化管理,提高生产效率;另一方面助力实现广域物流载具的实时跟踪、设备远程巡检、贵重资产防丢防盗等场景应用,大幅提升物流效率,减少库存,可提升10%以上的生产效率。经过方案商、运营商及行业客户的联合验证,无源物联低成本方案已取得比较好的经济和社会效益。
截至目前,在仓储物流、电力监测、交通监管、农业监测等领域已有多个5G-A蜂窝无源物联的落地案例:
华为与通信运营商、标签式终端供应商以及平台服务商共同推动无源物联试点在江苏工业制造企业落地
圆通物流联合浙江移动、华为和上海坤锐电子,采用5G-A无源物联技术实现远程自动巡检和物流车辆载具实时调度管理,实现亚运物资运输安全和高效运营
中国联通围绕无源物联等新技术,打造了山东国网电力、宝武钢卷厂等一批新样板
中国移动研究院联合产业伙伴启动无源物联网“三全三化”三年行动计划,发布业界首套基于5G+星闪短距的全无线确定性工控系统
……
通感一体融合应用已在多个领域取得突破性进展
尤其在交通领域,从供给侧看,通感一体技术验证和应用试点目前聚焦在该领域。例如,江苏移动、苏交科和华为联合在南京的桥梁进行试点,在桥梁中心点附近部署一个通感一体的5G基站,探测桥梁的微小变形,监测桥梁结构的异常;中兴通讯在常州部署通感算一体化基站,对目标区域无人机进行探测、管理,可广泛应用于“黑飞”安防、低空物流管理等多种场景;中国移动研究院联合华为等企业在深圳盐田海域率先完成“通感一体”结合应用场景的验证,针对20公里内的海域场景,从位置、速率、轨迹等方面,对船只进行分辨感知、速率检测和轨迹跟踪等全面的感知能力验证,其刷新率可达1秒,并能检测出未安装GPS的船只信息。
从需求侧看,珠三角等地正在加快推进“通感一体”车路互联技术应用,在高速应用场景,通过雷达高精度支持所有目标位置、速度、轨迹,可以实现高速雾天不封路,帮助快速引导通行。在城市道路场景,围绕“治堵”“畅通”,通过雷达+摄像头感知提升通行效率,可实现红绿灯动态控制、交通隐患分析治理、交管效率提升。目前,惠州市“畅通工程”城市智慧交通建设项目,已通过“摄像头+雷达”构建了感知功能;广州也计划未来三年投入28.5亿元建设全息路口,路段标配“摄像头+雷达”。
同时,在自然资源、农林牧渔、工业生产等领域,通感一体也有着广泛机遇。例如,郑州移动为金岭煤业打造了皮带巡视机器人应用和5G+AI主煤流识别分析应用。皮带巡视机器人本体内装载了粉尘、氧气、一氧化碳、可燃气体、硫化氢、温湿度、噪声、火情及防碰撞等多种传感器,并配备有高清摄像镜头和红外热成像仪,可360°全方位对输煤皮带整条生产线的环境进行监测,精准识别各种安全隐患和事故风险,实时感知煤矿安全态势,完成告警与异常事件处理流程,减少人工错检、漏检、安全等问题,大大降低人工巡检成本。5G+AI主煤流识别分析应用则可及时发现胶带机空载、有人落入、异物落入、纵向撕裂等情况,也可对皮带机进行在线X光检测,及时发现皮带接头拉伸、皮带腐蚀、钢丝断裂等隐患,还可对皮带机进行震动检测,及时发现皮带机异常。
全球6G发展所处阶段
根据ITU、3GPP等机构的6G发展进程计划:
2020-2025年,是6G概念的形成阶段,将确定6G愿景需求及概念;突破关键核心技术,为6G国际标准奠定技术基础
2025-2029年,是国际标准化阶段,将开展国际标准研制,形成全球统一的6G国际标准
2026-2030年,是产业研发阶段,将全面推进产业研发,构建完整产业生态,加快推进产业成熟,支撑6G商用
图表 全球6G发展进程计划
来源:中国信通院
2023年,6G发展方向逐步清晰,3GPP确定了6G时间表,运营商组织表达了对6G的期待和定位,产业组织白皮书开始从关键技术过渡到架构和框架研究。2023年6月,ITU完成《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》等文件,描绘了6G目标与趋势,提出了6G典型场景和关键能力指标体系,包括6大典型场景和15大关键能力指标。
在6大典型场景中,3大类为原来5G场景的增强,3大类为6G的新增。3大类增强的场景分别是:
eMBB升级为沉浸式通信(Immersive Communication)
mMTC升级为大规模连接(Massive Communication)
uRLLC升级为极致通信(HRLLC)
3个新增的场景为:
泛在连接(Ubiquitous Connectivity)
人工智能与通信融合(Integrated AI and Communication)
感知与通信融合(Integrated Sensing and Communication)
另外,6G还定义了四大设计原则,分别为持续性、连接未联,无处不在的智能,安全/隐私/弹性。ITU所定义的6大场景和4大设计原则相互协同,共同构成6G“场景之轮”(Wheel Diagram)。
图表 6G场景之轮
来源:ITU、中国信通院
ITU也对6G的能力做了定义,射频无线通信网络的15大能力再次得到提升或重新定义。
在这些能力提升中,有9项能力是在原有网络能力中做的提升,比如在过去几代协议演进中被不断提及的上峰值速率、连接密度、延时等,这些能力将再次得到数量级的提升。
6G也重新定义了新的6大能力,这6大能力分别是AI、持续演进、感知、覆盖、交互、定位。在6G的新能力定义下,6G必将实现更智能化的射频无线网络。
ITU将6G的能力称为“6G能力调色板”,9个能力提升与6大能力增强使6G应用更值得期待,多姿多彩。
图表 6G能力调色板
来源:ITU、中国信通院
与此同时,我国支撑ITU完成了《面向2030及未来的IMT愿景建议书》等重要文件,我国6G理念得以充分体现,有力主导6G概念形成全球共识,在上述提及的6G 6大典型场景和15大关键能力指标中,我国分别贡献了5大典型场景和14项关键能力指标。IMT-2030(6G)推进组成立了专题研究组深入开展关键技术研究,攻关6G基础理论、无线技术、网络技术、系统架构等,2023年度发布了2本白皮书和16本研究报告;开展技术征集,评估6G关键技术方案,形成“硬核”技术储备;组织技术试验,研发6G关键技术概念样机,促进迭代优化,形成先发优势。此外,主动拓展6G国际合作,与韩国6G论坛、欧洲6G-IA、爱立信、DoCoMo等签署6G合作备忘录,并持续举办全球6G发展大会,分享最新成果,合作推动6G创新发展。
5G-A及6G展望
5G-A方面,随着其在2024年商用,5G创新应用探索将提速,结合新型终端、运营服务等的逐渐成熟,将助力移动物联网保持快速健康发展,赋能数字经济创新发展。
由于RedCap具备高可靠低时延和高系统容量等5G内生优势,极大拓展了5G赋能中速场景的能力,其发展将尤其引人注目。
在短期,产业数字化和治理智能化将率先实现RedCap规模商用,其逐渐将在电力行业、视频监控、工业制造等中高速率市场展开应用,有望分别贡献千万级RedCap连接规模;在移动办公、智慧海域等领域有望分别贡献百万级RedCap连接规模
在中长期,RedCap在中高速市场份额将逐渐扩大,R18 RedCap逐步进入中速市场,生活智慧化将是大规模上量的主力军,带动RedCap千万级规模增长,车载及穿戴领域有望累计贡献8000万+ RedCap连接规模
图表 RedCap短-中-长期发展预测
来源:中国信通院
智次方研究院预计,RedCap将于2024年迎来爆发式增长,实现连接数超千万,模组单价将伴随连接数爆发而快速走低,价格有望在2024年底前降至100元左右;最早有望于2026年即实现连接数过亿,2026年底前,模组单价有望低至60元/片。
图表 2023-2026年中国RedCap连接数及模组单价走势预测
来源:智次方研究院
5G-A无源物联2024年开始,在仓储盘点、产线数字化、物流跟踪、工业生产等场景有望使能海量连接。基于5G-A基站来连接价格低至几毛钱的无源物联标签,不仅能传输工业生产数据,还能支持仓储物品的自动化盘点、农业养殖数据采集、物品定位等,一方面可以提高生产效率;另一方面可以实现资产的实时跟踪、巡检、防丢防盗等,更为符合经济和社会效益。目前无源标签每年消耗超300亿个,未来有望达千亿个。
5G-A通感一体2024年将率先在道路/桥梁监测、通行引导、路况分析、低空管制、海域船只监测等交通相关领域迎来推广普及。此外,也有望开始在自然资源、交通住建、农林牧渔、应急救灾及水利等多个行业胜任信息收集等多类任务。
6G方面,2024年将加强6G预研。网络内生AI将成为未来6G移动系统研究的核心特征之一,利用AI技术进行6G网络端到端的自我赋能增强优化、向终端用户提供AI业务服务和应用的相关探索将进一步强化。与此同时,感知与通信融合是未来网络的重要特征,也将是2024年6G技术研发重要着力点。通过“一网两用”,可充分利用移动通信网络规模和性能优势,高效助力万物智联,实现“万物智联,数字孪生”的6G总体愿景。
原文标题 : 年度盘点⑥|5G-A商用在即,一文盘点5G/6G最新进展和未来前景
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