5G 进入爬坡期，R16 带来真正核心能力，性能关键靠芯片

2021年上半年，国内5G推进取得了不错的进展。根据工信部最新的数据统计，截止6月底，国内5G基站数量达到96.1万，即将突破百万大关。而国内5G终端连接数，也相比年初猛增83.4%，达到了惊人的3.65亿，占全球总数的80%以上。就在5G一路高歌猛进的同时，国家对5G的发展战略做出了新的调整。2021年7月，工信部等十部门联合发布了《5G应用“扬帆”行动计划》。根据这份计划，国家将大力推动5G行业应用的落地，深入推进5G应用新产品、新业态、新模式，为经济社会各领域的数字化转型、智能升级、融合创新提供有力支撑。这意味着，5G在垂直行业领域，开始了真正的爬坡期。爬坡的成败，直接影响到数字化转型这场重要战役的进程和走向。▉R16——5G真正的核心能力众所周知，5G分为三大应用场景，分别是eMBB（增强型移动宽带）、uRLLC（低时延高可靠通信）、mMTC（海量物联网通信）。eMBB是4G时代MBB（移动宽带）的升级，主要侧重于网络速率、带宽容量、频谱效率等指标。目前我们使用的5G手机通信，就属于eMBB场景。而uRLLC和mMTC，前者侧重可靠性和时延，后者侧重连接数和能耗。两者都是主要服务于行业互联网，包括工业、能源、物流、教育、金融等垂直行业领域。作为5G标准的制定者，3GPP将上述三大应用场景安排在两个阶段予以实现，也就是大家所熟知的R15和R16阶段。R15主要针对eMBB场景，标准冻结于2019年3月。R16，则是针对uRLLC和mMTC场景，标准冻结于2020年7月。相比于为消费互联网服务的R15，R16关注的是垂直行业的需求实现，以及5G整体系统的性能提升。R16的主要功能包括面向智慧交通（远程驾驶、自动驾驶）领域的5GV2X，面向工业互联网领域的uRLLC增强以及TSN时间敏感网络。此外，还包括LAA、非授权频谱（NR-U）、定位增强、MIMO增强、功耗改进等。R16的冻结，意味着5G标准的真正完成，也标志着5G面向垂直行业应用的探索，正式启动。如今，整整一年过去了，我们欣喜地看到，5G在工业制造、交通港口、煤矿油田、医疗健康等行业，孵化了大量灯塔项目，树立了众多示范标杆。5G不仅推动了各个行业的数字化转型，还激发了整个社会的融合创新，加速了“数字中国”的建设进程。近日，紫光展锐联合中国联通，成功完成了全球首个基于3GPPR16标准的eMBB+uRLLC+IIoT的端到端业务验证。在验证过程中，R16基于工业互联场景，展示了1微秒高精度授时、1毫秒空口时延、5毫秒以内端到端时延、99.999%可靠性等多项特性，完美实现了差动保护、高精度机器协作以及工业局域网等实例。接下来，我们详细看看R16增强特性究竟意味着什么，会给产业带来怎样的改变。▉R16的关键特性分析首先我们看时延。1毫秒空口时延、5毫秒以内端到端时延，意味着什么呢？我们传统的4GLTE网络，时延一般在几十毫秒。虽然看似已经很低，但是对于工业制造、智能电网来说，依旧不够。在“控制论”里，时延是非常关键的参数。网络的时延更高，意味着系统的反应速度更慢，控制精度更低，效率下降。例如，工业制造里面的机器人单点焊接或油漆喷涂场景。首先，我们需要用一个摄像头去监测、定位，找到需要焊接的焊点，或者需要喷漆的位置。摄像头获得数据后，上传到云端进行处理，然后云端下达指令给机械臂，完成焊接或喷漆操作。如果网络时延太高，将导致整个操作时间的增加，效率下降。甚至有可能提升次品率，进而增加企业的成本。对于车联网来说，时延更是敏感指标。时速120公里的汽车，每多出10毫秒的时延，就意味着多出了33.3厘米的刹车距离，这可能就决定了人的生命安危。时延除了追求极低值之外，还要保证其稳定性。也就是说，时延的抖动值，必须控制在一个稳定的范围之内。否则，也会造成一系列的效率、质量和安全性问题。5G将可靠性从99.9%提升到99.999%，主要是基于信道冗余传输等设计。可靠性的提升，意味着5G可以应用于更多的场景。第三点，高精度授时。高精度授时是一个很容易被忽视的5G特性。很多人不明白，为什么要授时，授时精度达到微秒（μs）级，有什么意义。其实，授时的作用很简单，就是服务于不同物体之间的协同合作。通过高精度授时，机械臂和机械臂之间，AGV（无人小车）和AGV之间，才可以完美同步，实现无缝衔接。另一个高精度授时的经典场景，是智能电网。我们都知道，电网使用的是交流电，电流方向是随时间变化的。当不同的电网设备进行并网时，如果时间不一致，你波峰波谷就不一致，轻则带来多余的能量损耗，重则直接短路，毁坏设备，瘫痪电网，造成大规模停电事故。此外，针对电网的继电保护装置、自动化装置、能量管理系统等，高精度授时可以更好地满足事件顺序记录、故障录波、实时数据采集时间一致性要求，确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确。最后，我们再来看看5GLAN。5GLAN实际上属于5G专网技术，相当于将公网部署的方式下沉。在园区内，通过5G协议，构建一个“局域网（LAN）”场景，让不同的设备很方便地互相通信。这一技术不仅大幅降低了网络部署成本，缩短了建网周期，还可以满足很多企业用户“数据不出厂”的需求，增强安全性和私密性。结合边缘计算技术，5GLAN可以给用户提供一个低时延、高可靠性的私密网络，保证智能制造的稳步推进。▉5G爬坡，真正的关键在于芯片R16标准带来的增强特性，为5G赋能百行千业奠定了坚实的基础，也为催生数字产业生态创造了良好的条件。然而，真正想要做好垂直行业的5G应用落地，挖掘R16的全部潜能，并不是一件容易的事情。紫光展锐和中国联通为什么要做端到端的业务验证？正是因为端到端的全面能力提升，才能消除木桶效应，展现真正的5G。全面能力，按联通的说法，包括“端、网、云、边、业”这五个核心要素。其中，最基础的就是“端（终端）”。终端，是物联网的神经末梢。它肩负着将传感器数据送入网络及云中心的重任。云中心的控制指令，也需要通过它传达给设备，实现控制意图。5G的到来，不仅考验网络，更加考验终端。5GR16大带宽、低时延、高可靠性的特点，要求终端必须大幅提升自身性能，完全匹配R16的特性要求。终端的性能由谁决定呢？没错，绕来绕去，我们终于找到了问题的关键，那就是——芯片。想要实现“万物互联”，必须先实现“万物有芯”。相比于“网”和“云”，我们在“芯”这个领域，面对更加严峻的形势。因为众所周知的原因，目前全球公开市场拥有5G能力的基带芯片玩家只剩下4家公司，即高通、三星、联发科、展锐。展锐，成为目前唯一的中国大陆本土企业。近年来，国家不断加大对芯片半导体产业的重视和投入，国内的产业生态已经有了明显的改观。但是，芯片领域的竞争是一场持久战。想要获得最后的胜利，我们还有很长的路要走。总之，5G的成败在于产业，产业的基础在于终端，终端的命脉在于芯片。只有芯片企业崛起，才能增加在全球数字化产业革命中的硬实力，确保数字经济的稳步发展，数字化转型的最终成功。芯路漫长而曲折，国人当奋进而求索！