2023年,通信领域有什么前沿话题?

这是一篇很久没写过的通信产业进展总结,主要原因是因为我懒(:。

如果我们站在当下看历史,过去几十年里信息技术经历了从文字、语音再到视频的诸多变革,也给通信行业带来了从1G到4G的现象级成功。我们建成了世界上最大规模的移动宽带和光纤网络[1],让先进信息技术从城市蔓延到乡村;我们基本完成了IPV6和工业互联网改造,支持了大量中小型企业的数字化转型;我们让人均下载速度提高7倍,资费下降超过95%,让每个人都不会再为网络费用而心疼,这极大消弭了贫富差异带来的数字鸿沟,让信息技术真正成为每个人的“日常”。

但即使历史辉煌,我们其实也无法否认,对比朝阳中的人工智能产业,通信产业本身正步入迟暮。在当下,通信行业正在面临理论停滞、产业管道化、新需求不足等等现实问题。更有甚者,在过去的两年里,运营商对5G网络的投资正在逐渐接近尾声,一些运营商已经明确表态会削减甚至暂停后续基础设施投资,这给刚刚走出“太不容易、风大雨急”2022年的我们又蒙上了一层阴霾。

于是在2023年开年,通信行业本身从技术到产品都在寻求突破,我身边的小伙伴念叨的最多的也是“什么时候会有技术突破”。不过总结来看,我们总还能看到几个发展方向。比如,无线侧在朝着节能、增效、多功能(通信感知计算一体化)和信道调控(智能超表面)发展,有线侧在朝着大带宽、低时延和长距离传输发展,而终端部分在朝着多终端互联、多端互通演进。

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正如我们在十年前不能预见未来本身,我们现在并不能说这些方案都一定会在未来得到更大的经济效益,但是无论如何,这些方向都代表着通信行业自身的破局之争,也许我们确实可以从笼罩的阴霾中找到更多光明。在这个全球开放的第一年,世界移动通信大会(Mobile World Congress,简称MWC)巴塞罗那展正在召开的当下,这篇回答主要是讲解一下通信产业目前面临的发展现状,并以此来展示一些相关的前沿进展。

1. 2023年我们正在面对什么?

如果我们对2022年的通信产业做一个简单的技术盘点,5G-Advanced、物联网(终端)、芯片和光纤(有线)无论如何都能名列前茅,但是它们的发展却事实上各有不同。

1.1 5G-A商用在即

自从2021年4月3GPP召开的PCG #46次会议上,5G-Advanced被确定为5G网络演进的概念之后,已经到达了第三年。根据3GPP后续工作计划,预计5G-A最早将在2024年开始商用。目前的业界共识是,5G-A将为5G的后续发展提供新的目标,包括但不限于云原生、边缘计算网络,内生智能等方向,促进网络本身的发展。

5G-A的演进也许更多的体现在更多网络的“融合”,比如行业网络、家庭内部的无线网络以及天地一体化网络的融合和相互促进。从技术上来说,未来的网络可能更多通过“虚拟化”划分专网(网络切片),同时将支持更多的交互式通信和广播服务,让网络本身更加“多元化”。在通信行业的“十年愿景”中,5G-A所代表的未来网络将会更有力地支持XR和更多行业的数字化转型。

我们现在已经看到了工业互联网、能源互联网、矿山、港口、医疗等等不同行业面临的复杂通信环境,比如工业互联网中的确定性通信时延,智能电网的高精时钟同步,矿山在地表下需要完成的精准定位,交通需要低时延的通信传输来支持远程驾驶和车辆编队等等场景。

这些非常具有经济价值的场景都让我们对5G-A增强产生了更多期待。

1.2 “物联网终端”超越移动电话用户

2022年8月份,我国移动物联网连接数首次超过移动电话用户数目,这代表着中国成为全球经济体中首个实现“物联网终端”超越“人联网”终端的国家。如果单纯从连接数来看,物联网连接数目已占据了全球物联网连接数目的70%。

虽然很多人都没有注意到,但这其实是一个非常重要的标志性事件,标志着此后终端厂商的工作重点会由手机这种“强终端”向其他领域的“弱终端”偏移。根据Counterpoint提供的数据,2030年左右,全球物联网将继续实现指数增长,相关模组出货数目可能会超过12亿。这给通信的上下游厂商提供了新的机会。

我国目前物联网连接主要形式是窄带物联网(NB-IOT)、Wi-Fi物联网和5G物联网几种,相关的千万级用户应用包括水表、气表、追踪等几个标志性场景和路灯、停车、农业等几个百万级用户场景,而这相比正在蓬勃发展的物联网行业来说,仅仅是个开始。

但是对于更多终端厂商来说,②多屏互联、多端互通或许是更加迫在眉睫的问题。

1.3 手机芯片行业稳定、有线领域飞速发展,而运营商正从行业数字化开始破局

如果我们回头看,2022年是5G商用的第三年,手机基带芯片的整体市场格局已经确定且保持稳定。随着高通、联发科和紫光展锐三巨头年度业绩公布,可以看到其主要业务增长并非来自手机,而更多在于蜂窝物联网等等市场,这也反映出整体通信市场朝向物联网发展的大趋势。

终端部分开始区域稳定,但是④有线领域却迎来了意想不到的增长。从2014年开始,中国在光纤光缆(有线领域的一个细分市场)的整体供应量就已经占据全球的将近60%,于是在2022年前后,国际市场迎来了愈发激烈的倾销和反倾销之争。在2021年左右,几大主要企业在光器件和模块制造方面也已经占据了半壁江山,这是另一个里程碑式时间。

在未来几年里,我国会继续确保自己在有限领域的领导地位。对下一代无源光纤网络(PON)的争夺或许会成为行业重点,对25G PON和 50G PON两种技术的演进方式,我们可以看到更加激烈的讨论。

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25G PON光芯片模块,图源IMT-2020推进组

运营商管道化,这是从4G以来已经保持不变的一个核心议题,在5G中后期正在愈演愈烈。我们已经很明显的看到,因为VR,高清视频传输的推广并不顺利,5G网络在需求侧增长远远不足预期,中国联通喊出的口号是“网络向上”,而中国电信则开始大规模开启“数字化转型”,但可以说,运营商正在试图推动的行业数字化转型在倒逼各大设备厂商开始,在⑤行业数字化领域开展投入,这是我们可见的数年内的大趋势。

而这些趋势,我们也能在今年的巴展上看到相当多的端倪。

2. 2023年我们的产业前沿方向是什么?

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如果我们用一个词来衡量过去的2022年,或许“变革”恰如其份,全球范围内各种不确定因素正在冲击着我们的生活。从2022年的过往盘点中可以看到,在未来一年间,通信上下游企业面临诸多机会,但是更多的是在寻求如何破局本身。或许我们可以说,在2023年,对通信行业来说,更重要的是“加速变革”,这也是今年正在召开的巴展的主题“VELOCITY(速度)”。

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2.1 无线通信:功耗、运维成本,更高的速度,更多的功能

现代通信的一个本质问题已经从“如何在同频段内传输更多比特”转移到“如何利用单位能量传输更多比特”

据《中国移动通信有限公司可持续发展报告2018》,该公司同时运营的 350 万台基站消耗电力 247 亿千瓦时,占总运营成本的60%以上。5G基站是4G基站功耗的3-4倍,这进一步提高了运营成本。虽然我们确实可以从计算流卸载、缓存预测等等方面降低功耗,但是对于运营商来说,更加实际的解决方案是如何有效利用基站本身的节能功能,来大幅度提升系统本身的能量利用率,这其中一般会涉及三种维度:

  • 网络中可参与节能的设备数、
  • 节能设备可关断的深度(可关断的器件数)
  • 节能激活的时长,

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通过联合控制这三个维度,实现对硬件间歇性的休眠,比如调整时域符号、空域通道数目、关停载波或者开始整机关停,可以直接降低系统能耗。中兴在MWC2023巴展中展出的PowerPilot Pro方案也主要在延续此思路。

实际上,业界目前主要使用的绿色通信解决方案被称为“网络级”AI节能,其主要把AI智能化解决方案部署在网络管理层面,这很难实现用户感知的实时性预判。但是在此次展出的解决方案里,中兴将节能方案内置入基站,这可以实时分析基站本身的负载,实现更精准的节能功能控制,从而显著增加节能时长。

具体来说,借助于基站的内生算力,利用AI算法和大数据分析,实时处理基站运行中生成的海量用户测量数据,包括用户业务、用户位置、网络负荷需求、网络能耗等,赋予基站感知能力,进行基站侧覆盖识别和自配置,实现最小集节能小区唤醒,提升网络节能效率。

从另一个方面,在比较传统的节能方案里,并不会考虑如何在系统开启过程中,打开设备的先后顺序。在负荷上升时,网络也可以按照一定优先级来选择打开的设备并激活相关功能,这被称作“绿色生成”。PowerPilot Pro方案在目前可以实现35%的节能省电,对降低网络运营成本会成为很大的助力。

在巴展上,中兴展出了另一个有趣的例子,通感算控一体化解决方案。这涉及无线传输的一个更加本质的问题:考虑到一次电磁波发射可以同时完成数据传输和环境感知,那么我们是否有可能将通信和感知更加深度融合

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通信感知一体化的主要应用场景(来源:IEEE Journal on Selected Areas in Communications)

这是运营商正在面临的破局选择之二。事实上,就雷达和通信来看,两者并非完全独立,其在硬件架构、信号处理等方面均有共通之处,这就为通信网络中融入感知提供了可能,如果考虑加入控制和计算的话,这种一体化设计能够提供非常显著的“集成增益”,也就是降低频谱开销、降低硬件开销等等。

在MWC展台里,我们其实也看到了一些通信感知一体化的潜在应用,例如基站可以持续地对周围环境进行探测感知,获得超视距感知信息,从而代替成本高昂的摄像头和雷达,为车联网提供一种高性价比的解决方案;或者通过组建大规模基站监控网络,监控无人机“黑飞”等问题,实现低成本的低空安防。

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这也是目前无线通信领域事实上的研究前沿,或许未来有一天,我们真的能看到手机、WiFi或者基站本身可以完成更高精度的无线感知和决策能力,以及在5G-A中涉及的基站计算能力增强,从而真正改变我们的日常生活。

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利用无线信号完成的睡眠检测,准确率达到93%(来源:IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques)

最后一项,通信网络始终在不断朝着增大带宽、降低时延发展,这一点同样在MWC体现的非常明显。例如对于AAU天线阵列来说,我们已经在MWC上看到了128通道的超大规模天线阵列,阵子数目也从192提升到了384,这毫无疑问可以大幅度提升覆盖和容量,最大支持32个下行数据流,可以提升单个基站的空口数据吞吐量达到10Gbps,或许未来,我们不再会为数据通信的流量和延迟有更多担忧。

2.2 终端厂商:多屏互联、多端互通

我们在上文中简单描述了2023年物联网领域的产业现状,很多人梦想过的生活,很可能在未来3、4年间成为现实。比如当每天离开家时,家里会自动识别主人离开,关闭不必要的电子设备,开启安防系统;当每天到家时,门会自动为你打开。空调在十分钟前就已经开始工作,冰箱会自动下单你需要的食物并且配送到家,家里的烟雾和环境监测会联动新风系统,同时打开空调等等。

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中兴在MWC2023展出的“1+2+N”全场景智慧生态2.0(来源:中国商报网)

但是这一切都离不开在物联网时代的多屏互联和各类终端的互通,而这一切又和用户本身的习惯息息相关,就像每个人会有自己喜好的颜色。大家对物联网、智慧家居本身的智能程度也有不同的偏好。在MWC2023巴塞罗那展上,中兴发布了全新升级的“1+2+N”全场景智慧生态2.0,通过完善不同终端设备间的智能感知和智能联动,让更多设备更易于接入,用户本身可以根据生态来订制和完善自己需要的自动化和智能流程。

这是各大终端厂商都在竞相追逐的一个主流赛道。

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中兴提供的MC888型CPE(旗舰级CPE),支持Wi-Fi 7,MWC2023推出的是它的改进型号

或许在终端侧,我们可以看到的另一个看点是CPE本身的技术进步,虽然这类”无线家庭宽带“4G时代就有了。北欧国家还是挺普遍的,但是在我国不怎么流行。

如果我们简单介绍,传统的小区宽带数据传输流程是:

  • 家庭wifi---入户光纤---居民楼光纤

而”无线宽带小区“的宽带数据传输流程大概应该是:

  • 家庭CPE---5G基站---接入层光纤(如果没有专线就是居民楼光纤)

所以无线小区宽带主要作用是用5G基站来克服入户光纤难题。

这类产品在北欧,北美等光纤入户并不发达的地区非常畅销,而且当地存在很多限速不限量的5G套餐,也很适合此类产品的发挥,一个功耗更低、也与智能家居可以更好互动的产品,会给当地市场带来一定新的冲击。

此外,在终端领域,我们还看到了更多比如裸眼3D平板、超级视听体验的AR眼镜等等创新产品。

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基于AI技术的裸眼3D平板nubia Pad 3D

2.3 有线侧进展:更高性能的传输方案

正如之前所说,对于光纤网络来说,目前的主流技术争议之一就是25G PON、50G PON之争。各家有各家的支持方式,其中50G PON已经成为ITU-T认定的下一代PON标准,但即使如此,也不代表着50G PON技术真的能够占领市场,因为往往被使用数目最多的标准,才是一个好的标准产品。

随着5G网络部署接近尾声,支持接入网部分的城域网也开始从10G/40G升级到100G,骨干网从100G升级到400G,这也意味着此后在大型数据中心里,400G的高性能光纤解决方案也会得到大规模使用,而在另外的一些长距离专网中,400G解决方案会成为标配。

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5G对光网络的需求

总结来看:

  • 高性能400G传输解决方案;
  • 25G/50G PON;
  • 光纤入户家庭网络,全屋超千兆极致体验等等会成为主流。

这也和我们在中兴、移动和联通的展台看到的类似。

3. 2023年,通信行业还有什么机会?

在2023年年初,在MWC过去数年间经历不断延期、继续之后,全球通信行业终于在巴塞罗那成功召开了一次盛会,这是一次非常难得的交流和通信前沿发现机会。因为众所周知,通信行业之所以可以成功运转,良好的国际合作、上下游产业链之间的互通和交流必不可少。

当然,在这场盛会里,我只从自己的角度描述了其中一小部分,还有很多包括数字化转型、云网融合、网络切片(专网即服务)、以及面向家庭的Wi-Fi 7和FTTR家庭网络方案、影音娱乐、智慧家庭、商务出行、行业应用等等各类场景细分,包括很多学界从业者在关注的,AI与传统通信的融合,如何实现性能挖掘、智能运维和功耗降低,甚至最终可能实现的全屋自治网络。

以及,或许非常值得一提的“算力网络”本身,也是未来通信行业作为数字基础设施建设,可以得到破局的另一个机会。

但是,我们作为传统的通信从业者,面对整体的技术大势,应当有比较清晰的自我认知。目前所有的企业都在“自下而生”,试图进入云、数字化、算力基础设施、全屋智能这类可以直接面向用户的领域,而不是仅仅关注传统网络的性能进步,或许这才是我们在未来几年间真正的潮流。

参考

  1. ^“十四五”信息通信行业发展规划,工业和信息化部

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