5G終端生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和協(xié)作

錢(qián) 呈，趙 聰，韓 茹

（上海諾基亞貝爾，浙江 杭州 310000）

0 引 言

2020年是全球5G全面部署的元年，中美日韓和歐洲等領(lǐng)先市場(chǎng)均開(kāi)始5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署。預(yù)計(jì)到2021年底，全球5G商用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)將超過(guò)200張。終端芯片供應(yīng)商從2019年起就推出了支持5G的芯片方案，主流終端廠商也發(fā)布了基于5G的旗艦產(chǎn)品。盡管3GPP Release16剛剛完成，5G的兩個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景超高可靠超低時(shí)延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）和大規(guī)模機(jī)器類型通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）尚在孕育階段，但5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)仍然取得了快速地成長(zhǎng)。根據(jù)中華人民共和國(guó)工信部數(shù)據(jù)，我國(guó)5G用戶規(guī)模快速擴(kuò)大，用戶規(guī)模以每月新增千萬(wàn)用戶的速度增長(zhǎng)。至2020年底，我國(guó)5G手機(jī)終端連接數(shù)近2×108戶，預(yù)計(jì)2023年5G普及率將超40%，5G用戶也將超過(guò)5.6×108[1]。

作為全球通信領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，諾基亞和終端生態(tài)系統(tǒng)保持著緊密的合作。本文為讀者從終端的視角解讀5G生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，并探討諾基亞在其中扮演的重要角色。

1 通信終端生態(tài)系統(tǒng)

5G生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)包含多類型成員并快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。主要的參與者包括了終端制造、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維以及系統(tǒng)集成測(cè)試和咨詢等。本文關(guān)注的終端生態(tài)系統(tǒng)主要由芯片供應(yīng)商和終端制造商組成。

5G系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就考慮到了3個(gè)維度的應(yīng)用場(chǎng)景[2]。5G終端設(shè)備也因此呈現(xiàn)出各種形態(tài)，典型設(shè)備包括智能手機(jī)、5G熱點(diǎn)覆蓋設(shè)備、用戶預(yù)定設(shè)備（Customer Premise Equipment，CPE）、筆記本和平板電腦、5G通信模組、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）穿戴顯示設(shè)備、車載通信設(shè)備、無(wú)人機(jī)以及攝像頭等。根據(jù)2021年4月全球移動(dòng)通信供應(yīng)商協(xié)會(huì)（Global mobile Suppliers Association，GSA）發(fā)布的統(tǒng)計(jì)，截至2021年3月全球總共發(fā)布5G終端達(dá)到703款，其中商用終端達(dá)到431款[3]。

當(dāng)前5G主要的終端形態(tài)是手機(jī)和CPE，在已經(jīng)發(fā)布的終端類型里分別占到了50%和19.2%。隨著新場(chǎng)景的出現(xiàn)，其他終端如物聯(lián)網(wǎng)通信模組、車載通信組件以及無(wú)人機(jī)通信組件等也會(huì)陸續(xù)投入市場(chǎng)。

全球主要終端制造商包括了蘋(píng)果、三星、華為、小米、oppo、vivo等智能手機(jī)制造商，Dell、聯(lián)想等便攜電腦制造商以及眾多無(wú)線接入模組和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商。終端企業(yè)關(guān)注產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)、用戶體驗(yàn)及成本。在通信能力方面，終端廠家根據(jù)產(chǎn)品策略和用戶使用場(chǎng)景適配通信組件，這些通信組件的能力主要由通信芯片決定。雖然終端廠商的數(shù)量眾多，5G芯片的設(shè)計(jì)能力卻只有少數(shù)幾家企業(yè)掌握。為消費(fèi)者熟知的芯片供應(yīng)商有高通、聯(lián)發(fā)科技、三星系統(tǒng)LSI以及海思半導(dǎo)體。

5G芯片的選擇決定了終端設(shè)備的通信能力和性能，對(duì)設(shè)備整體的穩(wěn)定性與續(xù)航能力也有重要影響。在整機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用趨同化的今天，終端配置的芯片成為了用戶選擇產(chǎn)品的重要參考點(diǎn)。從運(yùn)營(yíng)商的角度看，網(wǎng)絡(luò)最終是為用戶服務(wù)的，網(wǎng)絡(luò)的性能和穩(wěn)定性最終將體現(xiàn)在終端用戶的體驗(yàn)上。因此，芯片制造商的產(chǎn)品路線圖成為了繼3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定之后，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵參考。由此可見(jiàn)，如果滿足運(yùn)營(yíng)商的需求并展現(xiàn)自身產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商必須將與終端生態(tài)系統(tǒng)的合作放在重要的位置。

2 終端生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)趨勢(shì)分析

雖然終端生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)在2020年第一季度和第二季度受到了一定的影響，全球智能手機(jī)的發(fā)貨量從第三季度起迅速反彈并恢復(fù)到之前水平。根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司（International Data Corporation）報(bào)告，2021年第一季度全球智能手機(jī)出貨量預(yù)計(jì)將同比增長(zhǎng)13.9%，全年增長(zhǎng)5.5%。在2020—2025年預(yù)測(cè)期內(nèi)，全球智能手機(jī)市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到3.6%。同樣值得關(guān)注的是，2021年5G智能手機(jī)出貨量將占全球智能手機(jī)銷量的40%以上，這個(gè)比例到2025年將增長(zhǎng)至69%[4]。2018—2020年全球智能終端發(fā)貨統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

為了使市場(chǎng)持續(xù)良好發(fā)展，終端和芯片制造商正在全力推動(dòng)用戶升級(jí)到5G終端。根據(jù)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Global System for Mobile Communications Association，GSMA）的報(bào)告，67%的5G用戶認(rèn)為新的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到或者遠(yuǎn)超他們的預(yù)期，最明顯的感受是大幅提升的網(wǎng)絡(luò)速度。34%的用戶認(rèn)為5G連接是他們選擇升級(jí)手機(jī)的關(guān)鍵原因。5G連接已經(jīng)成為2020年終端廠商旗艦級(jí)終端的標(biāo)配[5]。

2020年第一季度起，因?yàn)榇罅扛咝詢r(jià)比中國(guó)品牌終端的推出，全球5G終端平均價(jià)格從900美元降至600美元左右，降幅達(dá)到32%，中國(guó)市場(chǎng)最低5G終端價(jià)格已經(jīng)低于1 000元人民幣。到了2021年，預(yù)計(jì)中低端5G智能手機(jī)和創(chuàng)新應(yīng)用的面世將會(huì)成為拉動(dòng)終端市場(chǎng)發(fā)展的主要力量。

砥礪奮進(jìn)，破浪前行。珠江水系水路貨物運(yùn)輸量從1988年的7231萬(wàn)噸增加到2017年的9億噸；港口貨物吞吐量從1988年的4459萬(wàn)噸增加到2017年的6.69億噸；集裝箱貨運(yùn)量由1988年的64萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2017年的1.48億噸；基本建設(shè)投資從1988年的2.83億元增長(zhǎng)至2017年的76.77億元……

在芯片方面，高通繼續(xù)引領(lǐng)5G芯片市場(chǎng)。聯(lián)發(fā)科技在2020年第三季度成為了全球市場(chǎng)占有率第一的智能手機(jī)芯片供應(yīng)商。2020年，全球有超過(guò)1×108臺(tái)智能手機(jī)終端配置聯(lián)發(fā)科芯片.當(dāng)前，芯片供應(yīng)商們關(guān)注于如何將5G芯片帶給更多的用戶，因此性價(jià)比高的中低端芯片成為接下來(lái)各家廠商爭(zhēng)奪的主要市場(chǎng)。

3 終端技術(shù)演進(jìn)

如上文所述，芯片和終端的產(chǎn)品路線是產(chǎn)業(yè)演進(jìn)的重要路標(biāo)參考。網(wǎng)絡(luò)和終端的產(chǎn)品路線是相輔相成、互相推動(dòng)以及互相制約的關(guān)系。沒(méi)有商用終端支持，再先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)特性也會(huì)缺少市場(chǎng)價(jià)值，沒(méi)有良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和功能，終端制造商允諾給客戶的體驗(yàn)就沒(méi)有了承載的基礎(chǔ)。

從技術(shù)的角度看，2020年下半年起，終端和網(wǎng)絡(luò)都實(shí)現(xiàn)了基于3GPP Release15的特性要求，其中典型的特性包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非獨(dú)立組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)的支持、動(dòng)態(tài)頻譜共享、VoNR（基于新無(wú)線的語(yǔ)音業(yè)務(wù)）以及載波聚合[6-8]。這些特性重點(diǎn)服務(wù)于5G eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景。從2021年第二季度起，芯片廠商將推出3GPP Release16的產(chǎn)品并送樣測(cè)試。2022年起，3GPP Release16商用終端將會(huì)面世。3GPP Release16將通過(guò)頻率范圍1（FR1）+頻率范圍2（FR2）雙連接、上行載波聚合以及毫米波獨(dú)立組網(wǎng)等特性加強(qiáng)eMBB場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)能力，也將引入新特性實(shí)現(xiàn)URLLC的場(chǎng)景。2022年，隨著3GPP Release16工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端的推出，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將對(duì)海量連接和物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景做相應(yīng)的匹配升級(jí)[9]。

預(yù)計(jì)2022年下半年起，芯片能力將邁入3GPP Release17時(shí)代，NR-U和V2X等將成為這個(gè)版本關(guān)注的應(yīng)用場(chǎng)景。圖2顯示了從3GPP Release15起的主要功能及終端類型。

4 諾基亞賦能終端生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展

從GSM時(shí)代起，作為全球領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商，諾基亞和整個(gè)終端生態(tài)系統(tǒng)保持了廣泛且緊密的合作。這種合作持續(xù)地推動(dòng)無(wú)線接入技術(shù)的進(jìn)步，為運(yùn)營(yíng)商確保了端到端的系統(tǒng)兼容性，也為全球網(wǎng)絡(luò)投資和部署提供了可靠的路線圖。

諾基亞和終端生態(tài)系統(tǒng)的合作通過(guò)以下的形式實(shí)現(xiàn)。一是兼容性測(cè)試，包括設(shè)備兼容性測(cè)試（Device Interoperability Test，Device IOT）和互操作開(kāi)發(fā)測(cè)試（Interoperability Development Test，IoDT），二是高層次產(chǎn)品策略溝通和產(chǎn)品路線圖對(duì)齊，三是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化和深度研發(fā)合作，四是研發(fā)測(cè)試支持包括設(shè)備共享和測(cè)試終端采購(gòu)，五是諾基亞協(xié)同芯片和終端廠商共同為運(yùn)營(yíng)商提供技術(shù)演進(jìn)咨詢和技術(shù)問(wèn)題分析支持。以下介紹基于合作的兼容性測(cè)試活動(dòng)。

4.1 互操作開(kāi)發(fā)測(cè)試

4.1.1 定義和特點(diǎn)

4.1.2 意義與價(jià)值

IoDT測(cè)試既是雙方驗(yàn)證各自產(chǎn)品對(duì)外兼容性的過(guò)程，也是借助合作方專業(yè)團(tuán)隊(duì)快速催熟自身產(chǎn)品的過(guò)程。在通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，IoDT的進(jìn)展是運(yùn)營(yíng)商了解產(chǎn)業(yè)成熟度和對(duì)比供應(yīng)商研發(fā)能力的重要指標(biāo)。IoDT測(cè)試結(jié)果也是設(shè)備廠商最早宣布自身產(chǎn)品可用的第一指標(biāo)。在關(guān)鍵方案和特性上，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)和終端廠商都會(huì)高調(diào)宣布自家產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)的IoDT測(cè)試結(jié)果。

4.1.3 實(shí)踐和策略

諾基亞5G空口IoDT測(cè)試和全球主要終端芯片供應(yīng)商都有合作。由于終端的移動(dòng)性高于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，測(cè)試基本在諾基亞實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，測(cè)試終端使用芯片廠家提供的測(cè)試用平臺(tái)而非商用終端。測(cè)試平臺(tái)采用旗艦級(jí)芯片配置，因此全部無(wú)線能力都可以根據(jù)測(cè)試需求激活。測(cè)試環(huán)境根據(jù)測(cè)試對(duì)象的無(wú)線屬性可以是基于空口測(cè)試（Over The Air，OTA）也可以基于傳統(tǒng)的饋線測(cè)試[10]。針對(duì)mMIMO和毫米波的某些特殊場(chǎng)景可以引入外場(chǎng)測(cè)試環(huán)境，測(cè)試內(nèi)容是基于空口的無(wú)線特性測(cè)試。關(guān)注特性功能而非性能（除吞吐率極值外），關(guān)注少量終端而非大量終端的測(cè)試場(chǎng)景。在網(wǎng)絡(luò)配置方面，從基站硬件到無(wú)線規(guī)劃參數(shù)配置，IoDT的測(cè)試線都參考了測(cè)試雙方共有主要客戶的典型配置，核心網(wǎng)要求采用真實(shí)設(shè)備?；谶@樣的配置，確保測(cè)試活動(dòng)給合作伙伴帶來(lái)更高的價(jià)值，更讓諾基亞的客戶在IoDT測(cè)試階段就可以獲得良好的質(zhì)量保證。

4.2 互操作測(cè)試IOT

4.2.1 定義和特點(diǎn)

互操作測(cè)試（Interoperability Test，IOT）泛指所有互操作兼容性測(cè)試，目標(biāo)同樣是檢查在標(biāo)準(zhǔn)接口上不同廠家設(shè)備之間的兼容性。無(wú)線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的流程中，IOT測(cè)試與IoDT測(cè)試主要區(qū)別在于測(cè)試階段和測(cè)試對(duì)象。IOT測(cè)試一般采用成熟的產(chǎn)品，參與測(cè)試的廠家會(huì)使用已經(jīng)進(jìn)入交付階段的軟硬件。測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題同樣會(huì)在參與測(cè)試的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行分析。由于產(chǎn)品已經(jīng)交付或者成熟，一般企業(yè)投入軟件維護(hù)的資源會(huì)少于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)?？紤]到對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的影響，廠家和運(yùn)營(yíng)商也會(huì)選擇一次部署多個(gè)關(guān)鍵修正，因此IOT測(cè)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的修正和部署速度會(huì)略低于IoDT測(cè)試。

4.2.2 意義與價(jià)值

IOT測(cè)試一般由終端制造商、芯片制造商或者運(yùn)營(yíng)商發(fā)起。終端設(shè)備商在其產(chǎn)品投入商用網(wǎng)絡(luò)之前，希望能驗(yàn)證產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性。運(yùn)營(yíng)商也可要求新入網(wǎng)設(shè)備與其網(wǎng)絡(luò)上已有設(shè)備做兼容性測(cè)試。此類測(cè)試主要的意義在于幫助運(yùn)營(yíng)商或者設(shè)備商對(duì)新入網(wǎng)設(shè)備的兼容性有專業(yè)完整的了解。芯片廠商也會(huì)對(duì)即將面世的非旗艦級(jí)產(chǎn)品提出IOT測(cè)試需求。

4.2.3 實(shí)踐和策略

當(dāng)前諾基亞芯片廠商以及全球主流終端廠商都有IoT測(cè)試合作。在此類測(cè)試活動(dòng)中，諾基亞有能力提供和全球運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)一致的軟件和硬件配置，終端商或運(yùn)營(yíng)商可向諾基亞定制測(cè)試活動(dòng)。測(cè)試主要面向功能性測(cè)試，覆蓋客戶要求的基本業(yè)務(wù)，也可以根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)特性測(cè)試。

除了上述兩種終端廠商直接參與的測(cè)試活動(dòng)，諾基亞持續(xù)關(guān)注全球主流商用終端的發(fā)布和部署情況，并將主流終端納入到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試環(huán)境中。諾基亞和終端生態(tài)系統(tǒng)中的成員保持技術(shù)溝通渠道，以便對(duì)在商用網(wǎng)絡(luò)中遇到的兼容性問(wèn)題進(jìn)行有效跟蹤解決。

5 結(jié) 論

5G終端生態(tài)系統(tǒng)主要由芯片制造商和終端制造商引領(lǐng)，是5G生態(tài)系統(tǒng)中直接影響用戶體驗(yàn)，并決定通信技術(shù)演進(jìn)是否能夠滿足用戶需求的關(guān)鍵部分。作為運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商，與終端生態(tài)系統(tǒng)合作的成果將會(huì)決定這些企業(yè)在通信行業(yè)中的影響力，而且對(duì)未來(lái)投資的方向有高度的指導(dǎo)意義?；ゲ僮鏖_(kāi)發(fā)測(cè)試和設(shè)備互操作測(cè)試是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商與終端生態(tài)系統(tǒng)間合作的重要方式。