5G終端生態系統的發展和協作

錢 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先市場均開始5G網絡的大規模部署。預計到2021年底，全球5G商用的網絡數將超過200張。終端芯片供應商從2019年起就推出了支持5G的芯片方案，主流終端廠商也發布了基于5G的旗艦產品。盡管3GPP Release16剛剛完成，5G的兩個主要應用場景超高可靠超低時延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）和大規模機器類型通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）尚在孕育階段，但5G產業生態系統仍然取得了快速地成長。根據中華人民共和國工信部數據，我國5G用戶規模快速擴大，用戶規模以每月新增千萬用戶的速度增長。至2020年底，我國5G手機終端連接數近2×108戶，預計2023年5G普及率將超40%，5G用戶也將超過5.6×108[1]。

作為全球通信領域的領導者，諾基亞和終端生態系統保持著緊密的合作。本文為讀者從終端的視角解讀5G生態系統的發展趨勢，并探討諾基亞在其中扮演的重要角色。

1 通信終端生態系統

5G生態系統是一個包含多類型成員并快速發展的產業系統。主要的參與者包括了終端制造、網絡設備制造、網絡運維以及系統集成測試和咨詢等。本文關注的終端生態系統主要由芯片供應商和終端制造商組成。

5G系統在設計之初就考慮到了3個維度的應用場景[2]。5G終端設備也因此呈現出各種形態，典型設備包括智能手機、5G熱點覆蓋設備、用戶預定設備（Customer Premise Equipment，CPE）、筆記本和平板電腦、5G通信模組、虛擬現實（Virtual Reality，VR）穿戴顯示設備、車載通信設備、無人機以及攝像頭等。根據2021年4月全球移動通信供應商協會（Global mobile Suppliers Association，GSA）發布的統計，截至2021年3月全球總共發布5G終端達到703款，其中商用終端達到431款[3]。

當前5G主要的終端形態是手機和CPE，在已經發布的終端類型里分別占到了50%和19.2%。隨著新場景的出現，其他終端如物聯網通信模組、車載通信組件以及無人機通信組件等也會陸續投入市場。

全球主要終端制造商包括了蘋果、三星、華為、小米、oppo、vivo等智能手機制造商，Dell、聯想等便攜電腦制造商以及眾多無線接入模組和物聯網設備供應商。終端企業關注產品的整體設計、用戶體驗及成本。在通信能力方面，終端廠家根據產品策略和用戶使用場景適配通信組件，這些通信組件的能力主要由通信芯片決定。雖然終端廠商的數量眾多，5G芯片的設計能力卻只有少數幾家企業掌握。為消費者熟知的芯片供應商有高通、聯發科技、三星系統LSI以及海思半導體。

5G芯片的選擇決定了終端設備的通信能力和性能，對設備整體的穩定性與續航能力也有重要影響。在整機設計和應用趨同化的今天，終端配置的芯片成為了用戶選擇產品的重要參考點。從運營商的角度看，網絡最終是為用戶服務的，網絡的性能和穩定性最終將體現在終端用戶的體驗上。因此，芯片制造商的產品路線圖成為了繼3GPP標準制定之后，無線網絡運營商規劃網絡演進的關鍵參考。由此可見，如果滿足運營商的需求并展現自身產品競爭力，網絡設備制造商必須將與終端生態系統的合作放在重要的位置。

2 終端生態系統市場趨勢分析

雖然終端生態系統市場在2020年第一季度和第二季度受到了一定的影響，全球智能手機的發貨量從第三季度起迅速反彈并恢復到之前水平。根據國際數據公司（International Data Corporation）報告，2021年第一季度全球智能手機出貨量預計將同比增長13.9%，全年增長5.5%。在2020—2025年預測期內，全球智能手機市場的復合年增長率將達到3.6%。同樣值得關注的是，2021年5G智能手機出貨量將占全球智能手機銷量的40%以上，這個比例到2025年將增長至69%[4]。2018—2020年全球智能終端發貨統計如圖1所示。

為了使市場持續良好發展，終端和芯片制造商正在全力推動用戶升級到5G終端。根據全球移動通信系統協會（Global System for Mobile Communications Association，GSMA）的報告，67%的5G用戶認為新的網絡已經達到或者遠超他們的預期，最明顯的感受是大幅提升的網絡速度。34%的用戶認為5G連接是他們選擇升級手機的關鍵原因。5G連接已經成為2020年終端廠商旗艦級終端的標配[5]。

2020年第一季度起，因為大量高性價比中國品牌終端的推出，全球5G終端平均價格從900美元降至600美元左右，降幅達到32%，中國市場最低5G終端價格已經低于1 000元人民幣。到了2021年，預計中低端5G智能手機和創新應用的面世將會成為拉動終端市場發展的主要力量。

砥礪奮進，破浪前行。珠江水系水路貨物運輸量從1988年的7231萬噸增加到2017年的9億噸；港口貨物吞吐量從1988年的4459萬噸增加到2017年的6.69億噸；集裝箱貨運量由1988年的64萬噸增長至2017年的1.48億噸；基本建設投資從1988年的2.83億元增長至2017年的76.77億元……

在芯片方面，高通繼續引領5G芯片市場。聯發科技在2020年第三季度成為了全球市場占有率第一的智能手機芯片供應商。2020年，全球有超過1×108臺智能手機終端配置聯發科芯片.當前，芯片供應商們關注于如何將5G芯片帶給更多的用戶，因此性價比高的中低端芯片成為接下來各家廠商爭奪的主要市場。

3 終端技術演進

如上文所述，芯片和終端的產品路線是產業演進的重要路標參考。網絡和終端的產品路線是相輔相成、互相推動以及互相制約的關系。沒有商用終端支持，再先進網絡特性也會缺少市場價值，沒有良好的網絡質量和功能，終端制造商允諾給客戶的體驗就沒有了承載的基礎。

從技術的角度看，2020年下半年起，終端和網絡都實現了基于3GPP Release15的特性要求，其中典型的特性包括對網絡架構非獨立組網和獨立組網的支持、動態頻譜共享、VoNR（基于新無線的語音業務）以及載波聚合[6-8]。這些特性重點服務于5G eMBB業務場景。從2021年第二季度起，芯片廠商將推出3GPP Release16的產品并送樣測試。2022年起，3GPP Release16商用終端將會面世。3GPP Release16將通過頻率范圍1（FR1）+頻率范圍2（FR2）雙連接、上行載波聚合以及毫米波獨立組網等特性加強eMBB場景下的業務能力，也將引入新特性實現URLLC的場景。2022年，隨著3GPP Release16工業物聯網終端的推出，網絡側將對海量連接和物聯網場景做相應的匹配升級[9]。

預計2022年下半年起，芯片能力將邁入3GPP Release17時代，NR-U和V2X等將成為這個版本關注的應用場景。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系統發展

從GSM時代起，作為全球領先的網絡設備供應商，諾基亞和整個終端生態系統保持了廣泛且緊密的合作。這種合作持續地推動無線接入技術的進步，為運營商確保了端到端的系統兼容性，也為全球網絡投資和部署提供了可靠的路線圖。

諾基亞和終端生態系統的合作通過以下的形式實現。一是兼容性測試，包括設備兼容性測試（Device Interoperability Test，Device IOT）和互操作開發測試（Interoperability Development Test，IoDT），二是高層次產品策略溝通和產品路線圖對齊，三是3GPP標準化和深度研發合作，四是研發測試支持包括設備共享和測試終端采購，五是諾基亞協同芯片和終端廠商共同為運營商提供技術演進咨詢和技術問題分析支持。以下介紹基于合作的兼容性測試活動。

4.1 互操作開發測試

4.1.1 定義和特點

4.1.2 意義與價值

IoDT測試既是雙方驗證各自產品對外兼容性的過程，也是借助合作方專業團隊快速催熟自身產品的過程。在通信產業生態中，IoDT的進展是運營商了解產業成熟度和對比供應商研發能力的重要指標。IoDT測試結果也是設備廠商最早宣布自身產品可用的第一指標。在關鍵方案和特性上，各個網絡和終端廠商都會高調宣布自家產品和生態系統的IoDT測試結果。

4.1.3 實踐和策略

諾基亞5G空口IoDT測試和全球主要終端芯片供應商都有合作。由于終端的移動性高于網絡設備，測試基本在諾基亞實驗室開展，測試終端使用芯片廠家提供的測試用平臺而非商用終端。測試平臺采用旗艦級芯片配置，因此全部無線能力都可以根據測試需求激活。測試環境根據測試對象的無線屬性可以是基于空口測試（Over The Air，OTA）也可以基于傳統的饋線測試[10]。針對mMIMO和毫米波的某些特殊場景可以引入外場測試環境，測試內容是基于空口的無線特性測試。關注特性功能而非性能（除吞吐率極值外），關注少量終端而非大量終端的測試場景。在網絡配置方面，從基站硬件到無線規劃參數配置，IoDT的測試線都參考了測試雙方共有主要客戶的典型配置，核心網要求采用真實設備。基于這樣的配置，確保測試活動給合作伙伴帶來更高的價值，更讓諾基亞的客戶在IoDT測試階段就可以獲得良好的質量保證。

4.2 互操作測試IOT

4.2.1 定義和特點

互操作測試（Interoperability Test，IOT）泛指所有互操作兼容性測試，目標同樣是檢查在標準接口上不同廠家設備之間的兼容性。無線產品開發的流程中，IOT測試與IoDT測試主要區別在于測試階段和測試對象。IOT測試一般采用成熟的產品，參與測試的廠家會使用已經進入交付階段的軟硬件。測試過程中發現的問題同樣會在參與測試的團隊進行分析。由于產品已經交付或者成熟，一般企業投入軟件維護的資源會少于新產品開發。考慮到對現網設備的影響，廠家和運營商也會選擇一次部署多個關鍵修正，因此IOT測試中發現問題的修正和部署速度會略低于IoDT測試。

4.2.2 意義與價值

IOT測試一般由終端制造商、芯片制造商或者運營商發起。終端設備商在其產品投入商用網絡之前，希望能驗證產品和網絡設備的兼容性。運營商也可要求新入網設備與其網絡上已有設備做兼容性測試。此類測試主要的意義在于幫助運營商或者設備商對新入網設備的兼容性有專業完整的了解。芯片廠商也會對即將面世的非旗艦級產品提出IOT測試需求。

4.2.3 實踐和策略

當前諾基亞芯片廠商以及全球主流終端廠商都有IoT測試合作。在此類測試活動中，諾基亞有能力提供和全球運營商現網一致的軟件和硬件配置，終端商或運營商可向諾基亞定制測試活動。測試主要面向功能性測試，覆蓋客戶要求的基本業務，也可以根據客戶需求設計特性測試。

除了上述兩種終端廠商直接參與的測試活動，諾基亞持續關注全球主流商用終端的發布和部署情況，并將主流終端納入到系統級測試環境中。諾基亞和終端生態系統中的成員保持技術溝通渠道，以便對在商用網絡中遇到的兼容性問題進行有效跟蹤解決。

5 結 論

5G終端生態系統主要由芯片制造商和終端制造商引領，是5G生態系統中直接影響用戶體驗，并決定通信技術演進是否能夠滿足用戶需求的關鍵部分。作為運營商和網絡設備供應商，與終端生態系統合作的成果將會決定這些企業在通信行業中的影響力，而且對未來投資的方向有高度的指導意義。互操作開發測試和設備互操作測試是網絡設備供應商與終端生態系統間合作的重要方式。