蘋果新品将支援衛星通訊的傳言已經幾次引發廣泛讨論，實際上，這一功能的實作并非遙不可及。
今年3月下旬3GPP完成了全球5G标準的第三個版本——Release-17的功能性當機。在Rel-17标準中，就引入了衛星通信的新特性。除此之外，Rel-17的直連通信，将支援任意類型的兩個終端直接通信，也就是說你手中的智能手機可以像對講機一樣使用，但比對講機更加進階。
Rel-17還将更高效地支援更低複雜度的物聯網終端，帶來厘米級精度的定位，更好滿足XR（擴充現實）的需求。很多人都會期待高鐵上不斷網，5G手機更好的續航表現也将一一實作。
這背後，藏着哪些5G黑科技？
5G演進的第一階段完成
移動通信技術大約每十年更新一代，在這十年中，每一代移動通信技術都會持續的演進和完善。Rel-17是5G的第三版标準，也是5G完成第一階段演進的标志。接下來的第二階段，5G标準還會有Rel-18/1/20第二階段，也稱作5G Advanced階段。
5G在2019年商用時是基于5G标準的第一個版本Rel-15，側重點在于增強移動寬帶（eMBB）的提升，也是5G演進的奠基石。
5G第二個版本标準Rel-16的重點在于，推動5G向行業的擴充，比如在這一版本的标準中，引入了對免許可頻譜（NR-U）的支援。也就是說，除了國家配置設定給營運商的許可頻譜外，在免許可頻譜也能支援5G應用，增強了5G應用的靈活性，并且Rel-16新增了全新的直連通信和定位等功能。
Rel-17作為Rel-16的延續，從多個方面推動技術發展，包括容量、覆寫、時延、能效和移動性。一些關鍵領域的提升包括：
進一步增強的大規模MIMO：Release 17中的這一項目專注于為部分關鍵技術領域帶來增強特性，包括增強的多TRP（發射和接收點）部署和增強的多波束運作，在SRS（探測參考信号）觸發或切換，以及CSI（信道狀态資訊）測量或報告方面帶來提升。
覆寫增強：針對Sub-7GHz、毫米波和非地面網絡的多樣化部署，Release 17為上行控制和資料信道設計引入多個增強特性，比如增加重傳次數以提升可靠性，以及跨多段傳輸和跳頻的聯合信道估計。
終端節電：為了進一步延長移動終端電池續航，Release 17為處于空閑态/非活躍态模式和連接配接态模式的終端帶來節電增強特性。比如，該特性支援減少非必要的終端尋呼接收，無線鍊路的終端測量放松以及其它全新功能。
頻譜擴充：Release 17中的另一個重要項目就是擴充現有的5G NR設計，進而将毫米波頻譜範圍從24.25—52.6GHz擴充至高達71GHz，3GPP也稱其為FR2-2頻段。該特性包括支援全球60GHz免許可頻段，助力催生新用例和新部署。
增強的IAB和簡單中繼器：針對更高效的5G部署，尤其是毫米波部署，Release 17中增強的IAB（內建接入與回傳）支援同時收發（即空間分離全雙工）；此外Release 17還引入了簡單中繼器（即放大和轉發中繼），成為具備成本效益的基礎設施新選項，幫助擴大FDD和TDD的網絡覆寫。
進一步增強的URLLC、企業專網和其它用例：Release 17持續為工業物聯網等嚴苛應用帶來更好的支援，為URLLC（超可靠低延遲時間通信）引入全新增強特性，比如增強實體層回報，提升免許可頻譜相容性，終端内複用和優先級排序等功能。
用通俗易懂的話來解釋，進一步增強的大規模MIMO能夠在使用者移動的時候信号和連接配接更加穩定，并且能夠減少延遲。覆寫增強和終端節電都比較容易了解，從通信技術和網絡部署多方面實作更好的信号覆寫。
頻譜擴增也容易了解，但這裡再重點介紹。移動通信最重要的資源就是頻譜，5G商用之初，頻段就已經包括低頻的6GHz以下，以及高頻的毫米波頻段。到了Rel-17，低頻頻段最高可以到7.125GHz，毫米波頻段分為兩個部分，一個是FR2-1，這是Rel-15、Rel-16中定義的毫米波，最高能到52.6GHz；另一個是Rel-17新擴充的FR2-2，從52.6GHz到71GHz的頻段。
也就是說，Rel-17開始，5G的頻譜準确的說法是Sub 7GHz和毫米波頻譜。
高通公司中國區研發負責人徐晧博士介紹，“以前的毫米波頻段FR2-1能夠提供800MHz的帶寬，現在FR2-2的帶寬可以高達1.6GHz，甚至還可以到2GHz。”
更大的帶寬就像是擁有更寬的高速公路，能夠實作更高速率，有助于進一步增強超可靠低延遲時間通信，也能實作更多應用。
一般來說，從标準完成到産品商用大概需要1-2年時間。目前隻是Rel-17完成了功能當機，要等今年六月份Rel-17的ASN.1當機，也就是Rel-17所有的細節全部确定，Rel-17所有的标準才算完成。
由此推算，支援Rel-17的商用産品最早要2023年下半年才能商用，但Rel-17能夠帶來的全新應用非常值得期待。
值得期待的5G新應用
衛星通訊
對于普通使用者而言，Rel-17中引入的面向非地面網絡（NTN）的5G NR支援或許最能吸引大家的興趣。衛星通訊分為很多類型，包括同步衛星、低軌衛星、中軌衛星等。
面向非地面通信的5G NR主要支援兩種類型的終端：一種是基于CPE的衛星回傳通信，比如在房屋外接收衛星電視信号的衛星接收器；另一種是與手持裝置的直接通信，比如智能手機、支援eMTC和NB-IoT功能的物聯網裝置。
“衛星離地面的距離非常遠，是以這兩類終端隻能支援低速率服務，但也很有意義。”徐皓表示，“比如在沒有信号覆寫的地區，可以通過智能手機發出呼叫信号，告訴衛星發出信号的主體和所在的位置。或者在比較荒涼的地區，有森林防火或者天氣預測的通信需求，在這些地區安置一些可以與衛星連接配接的傳感器，而實作對此前蜂窩網絡難以覆寫地區的通信支援。”
衛星通信更重要的價值在于可以覆寫地球上幾乎所有的位置，是作為蜂窩網絡難以覆寫的支援，高速率低延遲時間的5G通信主要還是要依靠蜂窩網絡。
高鐵通信
5G商用之後，就已經有對于高速移動裝置的支援，但實際的體驗還不夠好。這是因為，很多人在高鐵上手機連接配接的是附近的基站，高鐵突然加速出發之後，沒有及時地切換到高鐵沿線的基站上就容易掉包。
Rel-17定義了一個優先級，可以告訴手機在高速移動的情況下優先切換到高鐵沿線的基站，這樣就能在高速移動的高鐵上獲得更好的網絡體驗。
直連通信
Rel-16首次引入了直連通信功能，直連通信的意思是，終端之間沒有通過基站進行的通信，但Rel-16的直連通信僅限于車與車之間的通信。
直連通訊和對講機有相似之處，但更加進階。
對講機需要按一下才能講，但在直連通信下，雙方可以同時交流。把兩個對講機調到一個頻道上就可以通信；但是直連通信更靈活，既可以通過基站來建立連接配接，也可以由兩個支援直連通信的手機互相找到對方然後進行連接配接。
Rel-17進一步擴充了直連通信功能，支援任意類型的兩個終端（比如手機和手機、手機和手表或手機和眼鏡）之間的通信。
直連通信有很多應用場景：比如公共安全用例，如果基站因為地震和火災等因素不能正常工作時，使用者可以通過手機和手機之間的直接通信與失散的家人及時取得聯系；在物聯網場景下，可以實作兩個物聯網終端在不連接配接基站的情況下直接通信，節約更多資源；再比如不同使用者在一個房間内打遊戲，如果終端可以在不連接配接到基站的情況下進行直連通信，就能實作更高速率、更低延遲時間以及更低功耗。
據雷峰網了解，Rel-17針對之前版本的直連通信做了很多優化，比如增強節電特性和改進資源配置設定等。關于資源配置設定有一個很好的例子，在Rel-16版本中，A汽車需要預先知道哪些資源空閑了才能進行下一步傳輸，進而避免通信幹擾和沖突；在Rel-17中，A汽車可以随機選一個資源進行傳輸，如果無法直連通信再監測看看是否有其它合适的空閑資源，這樣就不需要檢測一遍所有資源再做選擇，進而改進資源配置設定、降低功耗并提高可靠性。
Rel-17針對直連通信的另一項優化是引入了直連通信中繼，可以實作更大的網絡覆寫範圍。比如，當A手機無法與最近的基站相連時，A手機可以通過與在基站網絡覆寫範圍内的B手機進行直連通信，進而使A手機最終連接配接到基站。
徐皓告訴雷峰網，“直連通信适合距離比較近的應用場景，因為它傳輸的範圍有限，基本是幾百米之内的比較小範圍，具體範圍和是否是視距傳輸（Line of Sight）以及具體傳播環境有關。直連通信的速率也和傳輸距離有關，距離越近、衰減越小、速率越高。直連通信可能催生一系列變革性應用。”
無界XR
XR包含了AR（增強現實）、VR（虛拟現實）、MR（融合現實）三種技術，XR也被視為進入元宇宙的入口。Rel-16中就已經有針對XR的研究；Rel-17進一步XR用例的流量需求，比如往返時間、單向包延遲預算和誤包率等。
徐皓指出，“相比手機等終端，XR終端是全新定義的終端類型。目前對這類終端所需的資料包、掉包率與使用者體驗之間的關系都還不夠了解，是以需要對這類終端的流量需求和評估方法進行探索，同時對這類終端的性能進行評估。目前，基于5G NR的XR已經納入了Rel-17的研究項目，在Rel-18及未來版本中還會繼續推進技術演進和增強。”
除上述應用，Rel-17為了高效地支援更低複雜度的物聯網終端（比如傳感器、可穿戴裝置、視訊攝像頭），将5G NR設計帶寬（100MHz）縮窄至Sub-7GHz頻段的20MHz和毫米波頻段的100MHz。在絕大部分Sub-7GHz新頻段（比如n77、n78、n79、n41等頻段），傳統5G NR終端通常需要配備四根接收天線；而這一項目将NR-Light終端的接收天線數縮減至一根或兩根。該項目還支援能效提升，以及支援RedCap終端與其它5G NR終端共存。
Rel-17也進一步提升了5G定位，滿足包括厘米級精度在内的更為嚴苛的用例需求。同時增強了其它增強特性，比如降低定位時延，提高定位效率以擴充容量，以及實作更優的GNSS（全球導航衛星系統）輔助定位性能。
RedCap或NR-Light、非地面網絡（NTN）、擴充直連通信、增強的精準定位、擴充廣播/多點傳播、無界XR之外，Rel-17還有許多較小的5G系統增強特性項目，包括增強的多無線電雙連接配接、多SIM卡支援、更高階調制、零星資料傳輸、體驗品質、資料采集和RAN切片等。
5G的殺手級應用
5G的标準已經演進到第三個版本，為何還沒有出現殺手級應用？“殺手級應用需要一定的時間來醞釀，比如說當時做3G的時候，數字通信已經出來了一段時間，智能手機的推出才帶來了真正的殺手級應用。”徐皓表示，“基于5G的技術優勢，我們也看到了很多有潛力的應用，比如XR應用，手機端觀看4K或者8K視訊直播也是很好的應用，5G毫米波應用也值得期待，另外一個比較好的應用是5G醫療應用。”
5G的願景是改變社會，這也意味着5G将會變得無處不在，要從手機拓展到各種垂直應用之中，這其實也是Rel-17特性重點支援的應用，但5G與垂直行業的結合需要更長時間。
“每個行業都有自身的運轉周期，改變這個行業中的産品需要一些時間。比如，5G可以提供高可靠、低延遲時間的連接配接，但真正要改變行業中的機器人應用，還是需要有一定的時間來将5G與行業應用做結合。”徐皓指出。
通信技術作為實體世界、虛拟世界、數字世界這三個世界之間的互動，以及實作元宇宙最核心的技術之一，需要不斷演進。自然需要整個業界的不斷努力和貢獻，比如在Rel-17中，高通貢獻了五個關鍵技術發明：毫米波擴充、引入RedCap（NR-Light）終端、終端增強、引入非地面網絡（NTN）的支援（主要指衛星通信）、引入對拓撲擴充的支援。
5G Advanced時代即将到來，6G标準的讨論也将在2025年左右開始讨論。5G的殺手級應用到底是什麼？
注，文中配圖來自高通