5G终端生态系统的发展和协作

钱 呈，赵 聪，韩 茹

（上海诺基亚贝尔，浙江 杭州 310000）

0 引 言

2020年是全球5G全面部署的元年，中美日韩和欧洲等领先市场均开始5G网络的大规模部署。预计到2021年底，全球5G商用的网络数将超过200张。终端芯片供应商从2019年起就推出了支持5G的芯片方案，主流终端厂商也发布了基于5G的旗舰产品。尽管3GPP Release16刚刚完成，5G的两个主要应用场景超高可靠超低时延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）和大规模机器类型通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）尚在孕育阶段，但5G产业生态系统仍然取得了快速地成长。根据中华人民共和国工信部数据，我国5G用户规模快速扩大，用户规模以每月新增千万用户的速度增长。至2020年底，我国5G手机终端连接数近2×108户，预计2023年5G普及率将超40%，5G用户也将超过5.6×108[1]。

作为全球通信领域的领导者，诺基亚和终端生态系统保持着紧密的合作。本文为读者从终端的视角解读5G生态系统的发展趋势，并探讨诺基亚在其中扮演的重要角色。

1 通信终端生态系统

5G生态系统是一个包含多类型成员并快速发展的产业系统。主要的参与者包括了终端制造、网络设备制造、网络运维以及系统集成测试和咨询等。本文关注的终端生态系统主要由芯片供应商和终端制造商组成。

5G系统在设计之初就考虑到了3个维度的应用场景[2]。5G终端设备也因此呈现出各种形态，典型设备包括智能手机、5G热点覆盖设备、用户预定设备（Customer Premise Equipment，CPE）、笔记本和平板电脑、5G通信模组、虚拟现实（Virtual Reality，VR）穿戴显示设备、车载通信设备、无人机以及摄像头等。根据2021年4月全球移动通信供应商协会（Global mobile Suppliers Association，GSA）发布的统计，截至2021年3月全球总共发布5G终端达到703款，其中商用终端达到431款[3]。

当前5G主要的终端形态是手机和CPE，在已经发布的终端类型里分别占到了50%和19.2%。随着新场景的出现，其他终端如物联网通信模组、车载通信组件以及无人机通信组件等也会陆续投入市场。

全球主要终端制造商包括了苹果、三星、华为、小米、oppo、vivo等智能手机制造商，Dell、联想等便携电脑制造商以及众多无线接入模组和物联网设备供应商。终端企业关注产品的整体设计、用户体验及成本。在通信能力方面，终端厂家根据产品策略和用户使用场景适配通信组件，这些通信组件的能力主要由通信芯片决定。虽然终端厂商的数量众多，5G芯片的设计能力却只有少数几家企业掌握。为消费者熟知的芯片供应商有高通、联发科技、三星系统LSI以及海思半导体。

5G芯片的选择决定了终端设备的通信能力和性能，对设备整体的稳定性与续航能力也有重要影响。在整机设计和应用趋同化的今天，终端配置的芯片成为了用户选择产品的重要参考点。从运营商的角度看，网络最终是为用户服务的，网络的性能和稳定性最终将体现在终端用户的体验上。因此，芯片制造商的产品路线图成为了继3GPP标准制定之后，无线网络运营商规划网络演进的关键参考。由此可见，如果满足运营商的需求并展现自身产品竞争力，网络设备制造商必须将与终端生态系统的合作放在重要的位置。

2 终端生态系统市场趋势分析

虽然终端生态系统市场在2020年第一季度和第二季度受到了一定的影响，全球智能手机的发货量从第三季度起迅速反弹并恢复到之前水平。根据国际数据公司（International Data Corporation）报告，2021年第一季度全球智能手机出货量预计将同比增长13.9%，全年增长5.5%。在2020—2025年预测期内，全球智能手机市场的复合年增长率将达到3.6%。同样值得关注的是，2021年5G智能手机出货量将占全球智能手机销量的40%以上，这个比例到2025年将增长至69%[4]。2018—2020年全球智能终端发货统计如图1所示。

为了使市场持续良好发展，终端和芯片制造商正在全力推动用户升级到5G终端。根据全球移动通信系统协会（Global System for Mobile Communications Association，GSMA）的报告，67%的5G用户认为新的网络已经达到或者远超他们的预期，最明显的感受是大幅提升的网络速度。34%的用户认为5G连接是他们选择升级手机的关键原因。5G连接已经成为2020年终端厂商旗舰级终端的标配[5]。

2020年第一季度起，因为大量高性价比中国品牌终端的推出，全球5G终端平均价格从900美元降至600美元左右，降幅达到32%，中国市场最低5G终端价格已经低于1 000元人民币。到了2021年，预计中低端5G智能手机和创新应用的面世将会成为拉动终端市场发展的主要力量。

砥砺奋进，破浪前行。珠江水系水路货物运输量从1988年的7231万吨增加到2017年的9亿吨；港口货物吞吐量从1988年的4459万吨增加到2017年的6.69亿吨；集装箱货运量由1988年的64万吨增长至2017年的1.48亿吨；基本建设投资从1988年的2.83亿元增长至2017年的76.77亿元……

在芯片方面，高通继续引领5G芯片市场。联发科技在2020年第三季度成为了全球市场占有率第一的智能手机芯片供应商。2020年，全球有超过1×108台智能手机终端配置联发科芯片.当前，芯片供应商们关注于如何将5G芯片带给更多的用户，因此性价比高的中低端芯片成为接下来各家厂商争夺的主要市场。

3 终端技术演进

如上文所述，芯片和终端的产品路线是产业演进的重要路标参考。网络和终端的产品路线是相辅相成、互相推动以及互相制约的关系。没有商用终端支持，再先进网络特性也会缺少市场价值，没有良好的网络质量和功能，终端制造商允诺给客户的体验就没有了承载的基础。

从技术的角度看，2020年下半年起，终端和网络都实现了基于3GPP Release15的特性要求，其中典型的特性包括对网络架构非独立组网和独立组网的支持、动态频谱共享、VoNR（基于新无线的语音业务）以及载波聚合[6-8]。这些特性重点服务于5G eMBB业务场景。从2021年第二季度起，芯片厂商将推出3GPP Release16的产品并送样测试。2022年起，3GPP Release16商用终端将会面世。3GPP Release16将通过频率范围1（FR1）+频率范围2（FR2）双连接、上行载波聚合以及毫米波独立组网等特性加强eMBB场景下的业务能力，也将引入新特性实现URLLC的场景。2022年，随着3GPP Release16工业物联网终端的推出，网络侧将对海量连接和物联网场景做相应的匹配升级[9]。

预计2022年下半年起，芯片能力将迈入3GPP Release17时代，NR-U和V2X等将成为这个版本关注的应用场景。图2显示了从3GPP Release15起的主要功能及终端类型。

4 诺基亚赋能终端生态系统发展

从GSM时代起，作为全球领先的网络设备供应商，诺基亚和整个终端生态系统保持了广泛且紧密的合作。这种合作持续地推动无线接入技术的进步，为运营商确保了端到端的系统兼容性，也为全球网络投资和部署提供了可靠的路线图。

诺基亚和终端生态系统的合作通过以下的形式实现。一是兼容性测试，包括设备兼容性测试（Device Interoperability Test，Device IOT）和互操作开发测试（Interoperability Development Test，IoDT），二是高层次产品策略沟通和产品路线图对齐，三是3GPP标准化和深度研发合作，四是研发测试支持包括设备共享和测试终端采购，五是诺基亚协同芯片和终端厂商共同为运营商提供技术演进咨询和技术问题分析支持。以下介绍基于合作的兼容性测试活动。

4.1 互操作开发测试

4.1.1 定义和特点

4.1.2 意义与价值

IoDT测试既是双方验证各自产品对外兼容性的过程，也是借助合作方专业团队快速催熟自身产品的过程。在通信产业生态中，IoDT的进展是运营商了解产业成熟度和对比供应商研发能力的重要指标。IoDT测试结果也是设备厂商最早宣布自身产品可用的第一指标。在关键方案和特性上，各个网络和终端厂商都会高调宣布自家产品和生态系统的IoDT测试结果。

4.1.3 实践和策略

诺基亚5G空口IoDT测试和全球主要终端芯片供应商都有合作。由于终端的移动性高于网络设备，测试基本在诺基亚实验室开展，测试终端使用芯片厂家提供的测试用平台而非商用终端。测试平台采用旗舰级芯片配置，因此全部无线能力都可以根据测试需求激活。测试环境根据测试对象的无线属性可以是基于空口测试（Over The Air，OTA）也可以基于传统的馈线测试[10]。针对mMIMO和毫米波的某些特殊场景可以引入外场测试环境，测试内容是基于空口的无线特性测试。关注特性功能而非性能（除吞吐率极值外），关注少量终端而非大量终端的测试场景。在网络配置方面，从基站硬件到无线规划参数配置，IoDT的测试线都参考了测试双方共有主要客户的典型配置，核心网要求采用真实设备。基于这样的配置，确保测试活动给合作伙伴带来更高的价值，更让诺基亚的客户在IoDT测试阶段就可以获得良好的质量保证。

4.2 互操作测试IOT

4.2.1 定义和特点

互操作测试（Interoperability Test，IOT）泛指所有互操作兼容性测试，目标同样是检查在标准接口上不同厂家设备之间的兼容性。无线产品开发的流程中，IOT测试与IoDT测试主要区别在于测试阶段和测试对象。IOT测试一般采用成熟的产品，参与测试的厂家会使用已经进入交付阶段的软硬件。测试过程中发现的问题同样会在参与测试的团队进行分析。由于产品已经交付或者成熟，一般企业投入软件维护的资源会少于新产品开发。考虑到对现网设备的影响，厂家和运营商也会选择一次部署多个关键修正，因此IOT测试中发现问题的修正和部署速度会略低于IoDT测试。

4.2.2 意义与价值

IOT测试一般由终端制造商、芯片制造商或者运营商发起。终端设备商在其产品投入商用网络之前，希望能验证产品和网络设备的兼容性。运营商也可要求新入网设备与其网络上已有设备做兼容性测试。此类测试主要的意义在于帮助运营商或者设备商对新入网设备的兼容性有专业完整的了解。芯片厂商也会对即将面世的非旗舰级产品提出IOT测试需求。

4.2.3 实践和策略

当前诺基亚芯片厂商以及全球主流终端厂商都有IoT测试合作。在此类测试活动中，诺基亚有能力提供和全球运营商现网一致的软件和硬件配置，终端商或运营商可向诺基亚定制测试活动。测试主要面向功能性测试，覆盖客户要求的基本业务，也可以根据客户需求设计特性测试。

除了上述两种终端厂商直接参与的测试活动，诺基亚持续关注全球主流商用终端的发布和部署情况，并将主流终端纳入到系统级测试环境中。诺基亚和终端生态系统中的成员保持技术沟通渠道，以便对在商用网络中遇到的兼容性问题进行有效跟踪解决。

5 结 论

5G终端生态系统主要由芯片制造商和终端制造商引领，是5G生态系统中直接影响用户体验，并决定通信技术演进是否能够满足用户需求的关键部分。作为运营商和网络设备供应商，与终端生态系统合作的成果将会决定这些企业在通信行业中的影响力，而且对未来投资的方向有高度的指导意义。互操作开发测试和设备互操作测试是网络设备供应商与终端生态系统间合作的重要方式。