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[问题讨论] 5G [复制链接]

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2018-2-3
发表于 2018-3-7 11:05:41 |显示全部楼层
2013年2月,欧盟宣布,将拨款5000万欧元。加快5G移动技术的发展,计划到2020年推出成熟的标准。
2013年5月13日,韩国三星电子有限公司宣布,已成功开发第5代移动通信(5G)的核心技术,这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据,且最长传送距离可达2公里。相比之下,当前的第四代长期演进(4GLTE)服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题,而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国目前4G技术的传送速度相比,5G技术预计可提供比4G长期演进(LTE)快100倍的速度。[7]  利用这一技术,下载一部高画质(HD)电影只需十秒钟。
早在2009年,华为就已经展开了相关技术的早期研究,并在之后的几年里向外界展示了5G原型机基站。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新,并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。
2014年5月8日,日本电信营运商 NTT DoCoMo 正式宣布将与 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家厂商共同合作,开始测试凌驾现有 4G 网络 1000 倍网络承载能力的高速 5G 网络,传输速度可望提升至 10Gbps。预计在2015年展开户外测试,并期望于 2020 年开始运作。
2015年3月1日,英国《每日邮报》报道,英国已成功研制5G网络,并进行100米内的传送数据测试,每秒数据传输高达125GB,是4G网络的6.5万倍,理论上1秒钟可下载30部电影,并称于2018年投入公众测试,2020年正式投入商用。
2015年3月3日,欧盟数字经济和社会委员古泽·奥廷格正式公布了欧盟的5G公司合作愿景,力求确保欧洲在下一代移动技术全球标准中的话语权。奥廷格表示,5G公私合作愿景不仅涉及光纤、无线甚至卫星通信网络相互整合,还将利用软件定义网络(SDN )、网络功能虚拟化(NFV)、移动边缘计算(MEC)和雾计算(Fog Computing)等技术。在频谱领域,欧盟的5G公私合作愿景还将划定数百兆赫用于提升网络性能,60 GHz及更高频率的频段也将被纳入考虑。
欧盟的5G网络将在2020年~2025年之间投入运营。
2015年9月7日,美国移动运营商Verizon无线公司宣布,将从2016年开始试用5G网络,2017年在美国部分城市全面商用。[8]
我国5G技术研发试验将在2016-2018年进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。[9]
2016年3月,工信部副部长陈肇雄表示:5G是新一代移动通信技术发展的主要方向,是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比,不仅将进一步提升用户的网络体验,同时还将满足未来万物互联的应用需求。
从用户体验看,5G具有更高的速率、更宽的带宽,预计5G网速将比4G提高10倍左右,只需要几秒即可下载一部高清电影,能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。
从行业应用看,5G具有更高的可靠性,更低的时延,能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求,拓宽融合产业的发展空间,支撑经济社会创新发展。
从发展态势看,5G目前还处于技术标准的研究阶段,今后几年4G还将保持主导地位、实现持续高速发展。但5G 有望2020 年正式商用。[10]
近日,诺基亚与加拿大运营商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱,数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。
2017年2月9日,国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。[11]
2017年11月15日,工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》,确定5G中频频谱,能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求。[12]
2017年11月下旬中国工信部发布通知,正式启动5G技术研发试验第三阶段工作,并力争于2018年年底前实现第三阶段试验基本目标。[13]
2017年12月21日,在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上,5G NR首发版本正式冻结并发布。[3]
2017年12月,发改委发布《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》,要求2018年将在不少于5个城市开展5G规模组网试点,每个城市5G基站数量不少50个、全网5G终端不少于500个。[14]
2018年2月23日,在世界移动通信大会召开前夕,沃达丰和华为宣布,两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6 GHz频段完成了全球首个5G通话测试。[4]
2018年2月27日,华为在MWC2018大展上发布了首款3GPP标准5G商用芯片巴龙5G01和5G商用终端,支持全球主流5G频段,包括Sub6GHz(低频)、mmWave(高频),理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。[15]
超密集异构网络
未来 5G 网络正朝着网络多元化、 宽带化、 综合化、 智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及,面向 2020 年及以后,移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中, 减小小区半径, 增加低功率节点数量,是保证未来 5G 网络支持 1 000 倍流量增长的核心技术之一 。因此, 超密集异构网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术[16]  。
未来无线网络将部署超过现有站点 10 倍以上的各种无线节点,在宏站覆盖区内,站点间距离将保持 10 m 以内,并且支持在每 1 km2 范围内为 25 000个用户提供服务 。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到 1∶ 1的现象, 即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离,使得网络的功率和频谱效率大幅度提高,同时也扩大了网络覆盖范围,扩展了系统容量,并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在 5G 中有很大的发展前景,但是节点间距离的减少,越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂, 从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。在 5G 移动通信网络中,干扰是一个必须解决的问题。网络中的干扰主要有:同频干扰, 共享频谱资源干扰, 不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题, 而在 5G 网络中,相邻节点的传输损耗一般差别不大,这将导致多个干扰源强度相近,进一步恶化网络性能,使得现有协调算法难以应对。此外, 由于业务和用户对 QoS需求的差异性很大,5G 网络需要采用一些列措施来保障系 统 性 能, 主 要 有: 不同业务在网络中的实现,各种节点间的协调方案,网络的选择 , 以及节能配置方法等[16]  。
准确有效地感知相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中, 密集地部署使得小区边界数量剧增,加之形状的不规则,导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求, 势必出现新的切换算法;另外, 网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭具有突发性和随机性, 使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性;而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化[16]  。
自组织网络
传统移动通信网络中, 主要依靠人工方式完成网络部署及运维,既耗费大量人力资源又增加运行成本,而且网络优化也不理想。在未来 5G 网络中,将面临网络的部署、 运营及维护的挑战, 这主要是由于网络存在各种无线接入技术, 且网络节点覆盖能力各不相同,它们之间的关系错综复杂。因此,自组织网络(self-organizing network, SON) 的智能化将成为 5G 网络必不可少的一项关键技术[16]  。
自组织网络技术解决的关键问题主要有以下 2点:①网络部署阶段的自规划和自配;②网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用,具有低成本、 安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量, 达到提升网络质量及性能的效果, 其方法是通过 UE 和eNB 测量,在本地 eNB 或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、 定位问题和排除故障,大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、 业务监测或优化结果等方面的需求。目前,主要有集中式、 分布式以及混合式 3 种自组织网络架构。其中, 基于网管系统实现的集中式架构具有控制范围广、 冲突小等优点,但也存在着运行速度慢、 算法复杂度高等方面的不足;而分布式恰恰相反, 主要通过 SON 分布在eNB 上来实现, 效率和响应速度高, 网络扩展性较好,对系统依懒性小, 缺点是协调困难;混合式结合集中式和分布式 2 种架构的优点,缺点是设计复杂。SON 技术应用于移动通信网络时, 其优势体现在网络效率和维护方面, 同时减少了运营商的资本性支出和运营成本投入。由于现有的 SON 技术都是从各自网络的角度出发, 自部署、 自配置、 自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性, 在多网络之间缺乏协作。因此,研究支持异构网络协作的 SON 技术具有深远意义[16]  。
内容分发网络
在未来 5G 中, 面向大规模用户的音频、 视频、图像等业务急剧增长, 网络流量的爆炸式增长会极大地影响用户访问互联网的服务质量 。如何有效地分发大流量的业务内容, 降低用户获取信息的时延,成为网络运营商和内容提供商面临的一大难题。仅仅依靠增加带宽并不能解决问题, 它还受到传输中路由阻塞和延迟、 网站服务器的处理能力等因素的影响,这些问题的出现与用户服务器之间的距离有密切关系。内容分发网络 (content distribution network, CDN) 会对未来 5G 网络的容量与用户访问具有重要的支撑作用[16]  。
内容分发网络是在传统网络中添加新的层次,即智能虚拟网络。CDN 系统综合考虑各节点连接状态、 负载情况以及用户距离等信息,通过将相关内容分发至靠近用户的 CDN 代理服务器上, 实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,降低响应时间,提高响应速度。CDN 网络架构在用户侧与源 server 之间构建多个 CDN代理 server,可以降低延迟、 提高 QoS(quality of service)。当用户对所需内容发送请求时, 如果源服务器之前接收到相同内容的请求, 则该请求被 DNS 重定向到离用户最近的 CDN 代理服务器上, 由该代理服务器发送相应内容给用户。因此, 源服务器只需要将内容发给各个代理服务器, 便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容, 降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、 移动互联网及动态网络内容技术的推进, 内容分发技术逐步趋向于专业化、 定制化,在内容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面临新的挑战[16]  。
在未来 5G 网络中, 随着智能移动终端的不断普及和快速发展的应用服务, 用户对移动数据业务需求量将不断增长, 对业务服务质量的要求也不断提升。CDN 技术的优势正是为用户快速地提供信息服务,同时有助于解决网络拥塞问题。因此,CDN技术成为 5G 必备的关键技术之一[16]  。
D2D 通信
在未来 5G 网络中, 网络容量、 频谱效率需要进一步提升,更丰富的通信模式以及更好的终端用户体验也是 5G 的演进方向。设备到设备通信 ( device-to-device communication,D2D) 具有潜在的提升系统性能、 增强用户体验、 减轻基站压力、 提高频谱利用率的前景。因此, D2D 是未来 5G 网络中的关键技术之一[16]  。
D2D 通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。D2D 会话的数据直接在终端之间进行传输, 不需要通过基站转发, 而相关的控制信令,如会话的建立、 维持、 无线资源分配以及计费、 鉴权、 识别、 移动性管理等仍由蜂窝网络负责 。蜂窝网络引入 D2D 通信, 可以减轻基站负担, 降低端到端的传输时延, 提升频谱效率, 降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏, 或者在无线网络的覆盖盲区,终端可借助 D2D 实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在 5G 网络中, 既可以在授权频段部署 D2D 通信,也可在非授权频段部署[16]  。
M2M 通信
M2M(machine to machine, M2M)作为物联网在现阶段最常见的应用形式, 在智能电网、 安全监测、城市信息化、 环境监测等领域实现了商业化应用。3GPP 已经针对 M2M 网络制定了一些标准, 并已立项开始研究 M2M 关键技术。根据美国咨询机构FORRESTER 预测估计, 到 2020 年, 全球物与物之间的通信将是人与人之间通信的 30 倍。IDC 预测,在未来的 2020 年,500 亿台 M2M 设备将活跃在全球移动网络中。M2M 市场蕴藏着巨大的商机。因此,研究 M2M 技术对 5G 网络具有非比寻常的意义[16]  。
M2M 的定义主要有广义和狭义 2 种。广义的M2M 主要是指机器对机器、 人与机器间以及移动网络和机器之间的通信, 它涵盖了所有实现人、 机器、系统之间通信的技术;从狭义上说, M2M 仅仅指机器与机器之间的通信。智能化、 交互式是 M2M 有别于其它应用的典型特征, 这一特征下的机器也被赋予了更多的“智慧” [16]  。
信息中心网络
随着实时音频、 高清视频等服务的日益激增,基于位置通信的传统 TCP /IP 网络无法满足海量数据流量分发的要求。网络呈现出以信息为中心的发展趋势。信 息 中 心 网 络 ( information-centric network,ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出来的 ,后来被 Baccala 强化 。目前, 美国的 CCN、 DONA和 NDN 等多个组织对 ICN 进行了深入研究。作为一种新型网络体系结构,ICN 的目标是取代现有的 IP[16]  。
ICN 所指的信息包括实时媒体流、 网页服务、 多媒体通信等,而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此,ICN 的主要概念是信息的分发、 查找和传递,不再是维护目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的 TCP /IP 网络体系结构,ICN 采用的是以信息为中心的网络通信模型, 忽略 IP 地址的作用, 甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、 路由缓存信息数据、 多播传递信息等功能, 从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、 实时性以及动态性等问题。ICN 信息传递流程是一种基于发布订阅方式的信息传递流程。首先,内容提供方向网络发布自己所拥有的内容,网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后,当第一个订阅方向网络发送内容请求时,节点将请求转发到内容发布方,内容发布方将相应内容发送给订阅方, 带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时,邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此,信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统 IP 网络中, 采用的是“推” 传输模式,即服务器在整个传输过程中占主导地位, 忽略了用户的地位, 从而导致用户端接收过多的垃圾信息。ICN 网络正好相反, 采用“拉” 模式, 整个传输过程由用户的实时信息请求触发, 网络则通过信息缓存的方式,实现快速响应用户。此外,信息安全只与信息自身相关,而与存储容器无关。针对信息的这种特性,ICN 网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。这种机制更加合理可信, 且能实现更细的安全策略粒度。和传统的 IP 网络相比,ICN 具有高效性、 高安全性且支持客户端移动等优势。目前比较典型的 ICN 方案有 CCN, DONA,NetInf,INS 和 TRIAD[16]  。
移动云计算
近年来,智能手机、 平板电脑等移动设备的软硬件水平得到了极大地提高,支持大量的应用和服务,为用户带来了很大的方便 。在 5G 时代,全球将会出现 500 亿连接的万物互联服务,人们对智能终端的计算能力以及服务质量的要求越来越高。移动云计算将成为 5G 网络创新服务的关键技术之一。移动云计算是一种全新的 IT 资源或信息服务的交付与使用模式, 它是在移动互联网中引入云计算的产物。移动网络中的移动智能终端以按需、 易扩展的方式连接到远端的服务提供商, 获得所需资源,主要包含基础设施、 平台、 计算存储能力和应用资源。SaaS 软件服务为用户提供所需的软件应用,终端用户不需要将软件安装在本地的服务器中,只需要通过网络向原始的服务提供者请求自己所需要的功能软件。PaaS 平台的功能是为用户提供创建、 测试和部署相关应用等服务。PaaS 自身不仅拥有很好的市场应用场景, 而且能够推进 SaaS。而 IaaS 基础设施提供基础服务和应用平台[16]  。
SDN /NFV
随着网络通信技术和计算机技术的发展, 互联网 + 、 三网融合、 云计算服务等新兴产业对互联网在可扩展性、 安全性、 可控可管等方面提出了越来越高的要求。SDN(software-defined networking, 软件定义网络) /NFV(network function virtualization,网络功能虚拟化)作为一种新型的网络架构与构建技术, 其倡导的控制与数据分离、 软件化、 虚拟化思想, 为突破现有网络的困境带来了希望。在欧盟公布的 5G 愿景中, 明确提出将利用 SDN /NFV 作为基础技术支撑未来 5G 网络发展。SDN 架构的核心特点是开放性、 灵活性和可编程性。主要分为 3 层:基础设施层位于网络最底层,包括大量基础网络设备,该层根据控制层下发的规则处理和转发数据;中间层为控制层,该层主要负责对数据转发面的资源进行编排,控制网络拓扑、 收集全局状态信息等;最上层为应用层,该层包括大量的应用服务,通过开放的北向 API 对网络资源进行调用[16]  。
SDN 将网络设备的控制平面从设备中分离出来, 放到具有网络控制功能的控制器上进行集中控制。控制器掌握所有必需的信息, 并通过开放的 API 被上层应用程序调用。这样可以消除大量手动配置的过程,简化管理员对全网的管理, 提高业务部署的效率。SDN 不会让网络变得更快, 但他会让整个基础设施简化,降低运营成本, 提升效率。未来 5G 网络中需要将控制与转发分离,进一步优化网络的管理,以 SDN 驱动整个网络生态系统[16]  。
软件定义无线网络
目前,无线网络面临着一系列的挑战。首先,无线网络中存在大量的异构网络, 如: LTE、 Wimax、UMTS、 WLAN 等,异构无线网络并存的现象将持续相当长的一段时间。目前, 异构无线网络面临的主要挑战是难以互通,资源优化困难,无线资源浪费,这主要是由于现有移动网络采用了垂直架构的设计模式。此外, 网络中的一对多模型( 即单一网络特性对多种服务),无法针对不同服务的特点提供定制的网络保障,降低了网络服务质量和用户体验。因此,在无线网络中引入 SDN 思想将打破现有无线网络的封闭僵化现象,彻底改变无线网络的困境[16]  。
软件定义无线网络保留了 SDN 的核心思想, 即将控制平面从分布式网络设备中解耦, 实现逻辑上的网络集中控制,数据转发规则由集中控制器统一下发。软件定义无线网络的架构分为 3 个层面。在软件定义无线网络中, 控制平面可以获取、更新、预测全网信息,例如:用户属性、动态网络需求以及实时网络状态。因此,控制平面能够很好地优化和调整资源分配、转发策略、流表管理等,简化了网络管理,加快了业务创新的步伐[16]  。
情境感知技术
随着海量设备的增长, 未来的 5G 网络不仅承载人与人之间的通信, 而且还要承载人与物之间以及物与物之间的通信,既可支撑大量终端,又使个性化、 定制化的应用成为常态。情境感知技术能够让未来 5G 网络主动、 智能、 及时地向用户推送所需的信息[16]  。
技术指标编辑
标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”,一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组
网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。大规模天线阵列是提升系统频谱效率的最重要技术手段之一,对满足5G系统容量和速率需求将起到重要的支撑作用;超密集组网通过增加基站部署密度,可实现百倍量级的容量提升,是满足5G千倍容量增长需求的最主要手段之一;新型多址技术通过发送信号的叠加传输来提升系统的接入能力,可有效支撑5G网络千亿设备连接需求;全频谱接入技术通过有效利用各类频谱资源,可有效缓解5G网络对频谱资源的巨大需求;新型网络架构基于SDN、NFV和云计算等先进技术可实现以用户为中心的更灵活、智能、高效和开放的5G新型网络。[17]
存在障碍编辑
首先就是监管和牌照。固网和移动网络在监管和运营牌照上有着很长的不同历史。举个例子,在很多国家,固网运营商最早都是垄断企业,有着类似的载波和定价限制。比如说批发给互联网服务提供商的宽带容量,都受国家监管。还有的运营商都依赖国家分配的频谱资源。
其次是组织机构。移动运营商在很多情况下,都受固网运营商的控制,或者是其子公司。固网和移动网络整合,需要该国竞争主管机构重新审视。相比合并,竞争主管机构更倾向于分开运营。还有就是企业的战略各不相同,比如说沃达丰完全以移动业务为主导。还有就是网络运营商的股东们,一想到网络合并后,因裁员跟工会纠缠,或者合并后的企业文化碰撞等等,就会对合并非常抵抗。
其他的障碍还包括标准。技术互操作性的开放标准,对电信行业来说非常重要。标准化方面也需要广泛的努力与合作,现在移动和固网领域分别存在着各种不同的标准组织。 3GPP和ETSI在移动标准化方面非常成功,ITU-R在频谱分配方面很有权威, ITU-R已经开始投入到IMT-2020(5G)技术的网络标准化要求工作中了。[18]
社会评价编辑
贝尔实验室无线研究部副总裁西奥多·赛泽表示,5G并不会完全替代4G、WiFi,而是将4G、WiFi等网络融入其中,为用户带来更为丰富的体验。通过将4G、WiFi等整合进5G里面,用户不用关心自己所处的网络,不用再通过手动连接到WiFi网络等,系统会自动根据现场网络质量情况连接到体验最佳的网络之中,真正实现无缝切换。[19]
欧盟数字经济和社会委员古泽·奥廷格表示,5G必须是灵活的,能够满足人口稠密地区、人口稀疏地区以及主要的交通线等各种场景的需要。[20]
对信息通信业而言,今年全国“两会”透露的信息着实令人振奋。不仅李克强总理在政府工作报告中指出我国已建成全球最大的4G网络,为4G点赞,而且“十三五”规划纲要(草案)中明确提出,将积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术研究,启动5G商用。[21]
5G图书编辑
《大话5G》,邬贺铨[22]  院士、李易、项立刚[23]  作序力荐。
《大话5G》5G通俗读物
《大话5G》5G通俗读物
5G技术专利大佬主笔,作为5G的早期图书,首先从5G的需求和场景出发,重点介绍了5G的业务场景和技术指标;其次阐述了全球5G的最新研发进展,让读者能够对5G的研究形成全貌的认识;再次从无线物理层、接入网架构和核心网架构等方面重点阐述了候选的5G空口关键技术[24]  和网络关键技术。
相关信息编辑
上海市政府与中国移动通信集团公司21日在沪签署共同推进“互联网+”战略合作框架协议。“十三五”期间,中国移动计划在沪投入260亿元,着力构建新一代网络与信息基础设施。
根据协议,上海移动将建设新一代网络与信息基础设施,建成全国领先的4G+精品网络,并计划2018年在国内率先开展5G试点。光纤接入覆盖900万户家庭和8300幢重点商业楼宇。在上海临港率先建成中国移动国际海光缆登陆局,助力上海确立国际通信枢纽地位。建成具备5亿规模“物”连接能力的、覆盖上海市的新型物联专网,在临港地区推进20万平方米绿色云数据中心建设。
此外,上海市政府与中国移动还将围绕城市管理、产业升级、文化创意、民生服务、创新创业、网络安全六大领域,共同打造“互联网+”发展新优势。[25]
最新进展编辑
根据目前各国研究,5G技术相比目前4G技术,其峰值速率将增长数十倍,从4G的100Mb/s提高到几十Gb/s。也就是说,1秒钟可以下载10余部高清电影,可支持的用户连接数增长到100万用户/平方公里,可以更好地满足物联网这样的海量接入场景。同时,端到端延时将从4G的十几毫秒减少到5G的几毫秒。
正因为有了强大的通讯和带宽能力,5G网络一旦应用,目前仍停留在构想阶段的车联网、物联网、智慧城市、无人机网络等概念将变为现实。此外,5G还将进一步应用到工业、医疗、安全等领域,能够极大地促进这些领域的生产效率,以及创新出新的生产方式。
中国工程院院士、中国互联网协会理事长邬贺铨介绍,随着5G网络的应用,各类物联网将迅速普及。他介绍,目前汽车与汽车之间还没有通讯。有了5G网络,就能让汽车和汽车、汽车和数据中心、汽车和其他智能设备进行通讯。这样一来不但可以实现更高级别的汽车自动驾驶,还能利用各类交通数据,为汽车规划最合理的行进路线。一旦有大量汽车进入这一网络,就能顺利实现智能交通。
欧盟研究认为,远程医疗也是5G重要的应用领域之一。目前,实施跨越国界的远程手术需要租用价格昂贵的大容量线路,但有时对手术设备发出的指令仍会出现延迟,这对手术而言意味着巨大的风险。但5G技术将可以使手术所需的“指令-响应”时间接近为0,这将大大提高医生操作的精确性。在不久的将来,病人如果需要紧急手术或特定手术,就可以通过远程医疗进行快速手术。
5G网络同样能让普通用户受益匪浅。除了多样化、不卡顿的各类多媒体娱乐外,智能家庭设备也会接入5G网络,为用户提供更为便捷的服务。
除上述应用外,众多物联网应用也将成为5G大显身手的领域。尽管目前物联网尚未大规模应用,但业界普遍认为,物联网中接入的设备预计会超过千亿个,对设备数量、数据规模、传输速率等提出很高的要求。由于当前的3G、4G技术不能提供有效支撑,所以物联网的真正发展离不开5G技术的成熟,同时也将成为推动5G技术发展的动力之一。
抢占通信技术革命先机
尽管5G技术前景广阔,但目前离正式商用仍有一段时间,5G标准也尚未正式确定。但毫无疑问,在5G标准制定中掌握话语权,将会在新一代移动通信技术革命中占据先机。
根据国际惯例,总部位于瑞士日内瓦、主管信息通信技术事务的联合国专门机构——国际电信联盟将是5G标准的最终决定机构。该机构负责分配和管理全球无线电频谱、制定全球电信标准,在全球信息通信领域发挥重要作用。
国际电信联盟目前已经启动5G标准研究工作,并明确了“IMT(国际移动通信系统)-2020及展望”项目的工作计划,其中2016年将开展5G技术性能需求和评估方法研究,2017年底启动5G候选方案征集,2020年底完成标准制定。在这个过程中,包括欧盟在内的各方均可向国际电信联盟递交申请。
欧盟已旗帜鲜明地强调,希望能确立全球统一的5G技术标准,而不再是多种标准并存,以实现全球互通性和规模经济。事实上,由于5G技术与未来的物联网产业息息相关,蕴含着巨大的经济和战略利益,欧美日韩等国都希望能在技术标准上占据主导权,因此也都早早进行了相应的技术研发和布局。
早在2012年11月,欧盟就已启动总投资达2700万欧元的大型科研项目METIS,研发5G技术。该项目组研发阵容强大,现阶段29个成员中包括阿尔卡特朗讯、爱立信、华为、诺基亚西门子等五家设备厂商,德国电信、DoCoMo、法国电信、意大利电信、西班牙电信五家运营商,以及欧洲众多的学术机构和宝马集团,还有大约80名专家全职参与该项目。
除了欧盟外,美国、韩国、日本也联合国内运营商和电信设备制造商,开展了相应的技术研究和产业布局。目前,各国在5G标准领域的争夺战正日益激烈。5月31日,在北京召开的首届全球5G大会,各国的5G标准制定机构均透露了各自研发的最新进展。
日本5GMF秘书长佐腾效平介绍,经过一年半的工作,日本近期推出了《5GMF白皮书》,其目标之一是到2020年,在东京奥运会期间使用5G服务。他认为,5G标准化工作还在开始阶段,目前日本运营商DoCoMo已经进行了一些网络试验,在提出5G标准时,日本将具有一定的优势。
韩国在5G发展上态度积极,韩国5G论坛执行委员会主席Youngnam Han表示,韩国的5G商用进程将以服务2018年平昌冬奥会为关键时间节点,未来两年5G论坛将着重研究第二阶段的测试工作,同时包括VR、AR以及系统开发等方面的工作。外界认为,如果韩国能够在2018年率先应用5G网络,将在5G标准制定方面占据主动。
美国5G Americas主席Chrispearson介绍,该组织成员已经进行了很多测试工作,运营商AT&T会在2016年下半年进行测试。
除了各国系统性的展开技术研发外,行业主流公司也已在5G领域发力。近期,手机芯片制造商高通就表示,正在加快5G芯片的研发,目前高通已经完成了各类技术测试,预计到2018年将根据最终的5G国际标准,正式推出量产的5G手机芯片。此外,华为、中兴、诺基亚、爱立信等电信设备制造商也透露,正在加快5G关键技术的研发,并已和电信运营商展开相关合作。
中国加速布局5G网络
在5G这个没有硝烟的战场上,我国当然也不甘落后。工信部总工程师张峰此前就表示,我国将在2020年实现5G网络商用。
近期,张峰再度透露了下一阶段我国5G发展的相关工作:加快研发创新,加大5G技术、标准与产品研发的力度,构建国际化5G试验平台;强化频率统筹,依托国际电信联盟加强沟通和协调,力争形成更多5G统一频段;深化务实合作,建立广泛和深入的交流合作机制,在国际框架下积极推进形成全球统一的5G标准;促进融合发展,加强5G与垂直行业的融合创新研究,以工业互联网、车联网等重点行业应用为突破口,构建支撑行业发展的5G网络。
事实上,早在2013年2月,工信部、发改委、科技部就联合成立IMT-2020(5G)推进组,对我国5G愿景与需求、5G频谱问题、5G关键技术、5G标准化等问题展开研究和布局。这一推进组的组织架构基于原IMT-Advanced(4G)推进组,下设多个工作组,包括需求工作组、频谱工作组、无线技术工作组、网络技术工作组、若干标准工作组以及知识产权工作组。
IMT-2020(5G)组长单位国家无线电监测中心介绍,2013年开始,在IMT-2020(5G)推进组的部署下,中心深入开展了一系列5G研发工作,主要承担了频谱需求、候选频段、电磁兼容分析、频谱使用效率评估等研究任务,包括牵头承担“IMT-2020候选频段分析与评估”,重点参与“后IMT-Advanced移动通信技术及发展策略研究”等国家科技重大专项,以及“第五代移动通信(5G)系统前期研究开发”。
在候选频段方面,国家无线电监测中心频谱管理研究处处长赵栓来介绍,2014年9月,中心与GS协会联合召开未来移动通信频谱国际研讨会,就我国450MHz-5GHz无线电频谱监测分析、下一代移动通信与频谱等内容发布了合作研究报告。报告对下一代移动网络(NGMN)将要使用的450MHz-5GHz频谱资源提出了优化方案,并对我国NGMN可能使用的6GHz以上频谱资源进行了研究,提出我国NGMN频谱布局的建议。
国家无线电监测中心博士王坦介绍,在移动通信的演进历程中,我国不断转变角色,依次经历了“2G跟踪,3G突破,4G同步”的各个阶段。在5G时代,我国率先在亚太地区成立IMT-2020(5G)推进组,整合产、学、研、用精锐力量,积极向国际电信联盟等国际组织输出观点。
“目前,我国正在稳步推进5G研发工作,并已适当地领先于国际电信联盟工作时间表。相信中国在5G标准化过程中发挥的作用将比4G时期进一步提高,将为全球5G产业发展做出不可替代的贡献。”国家无线电监测中心副总工程师黄标这样表示。
除了国家层面的研究外,包括中移动、华为、中兴在内的中国企业都已积极展开5G技术的研发和布局。2014年2月,中国移动就公开表示,中国移动将全力支持5G项目发展,并希望通过努力引导产业界5G技术研发和技术标准的制定,在移动通信标准领域继续发挥引领性作用。而在今年的多个世界级移动通信展会上,中国移动还与日本DoCoMo、韩国KT共同发布5G合作联合声明,宣布三家运营商将共同针对亚洲市场研究和丰富5G的需求,探索5G的新业务、新垂直市场,开展5G关键技术及系统验证,并与全球标准化组织合作,以实现全球协调一致的频谱规划和统一的5G标准。
近期,国内三大运营商还透露,均已制定了2020年启动5G网络商用的计划,最快将于明年展开试验网络的建设和相关测试。如果前期工作进展顺利,三大运营商将有可能在2018年开始投入5G网络建设,到2020年正式启动商用。
也有业内人士表示,在5G战略制高点的争夺中,我国企业任重道远。北京鼎宏元正知识产权代理事务所高级合伙人李波对5G技术进行专利检索发现,截至2015年4月1日,相关申请人在中国提交的关于5G技术的专利申请为211件,在美国提交的专利申请为179件。世界主要申请人中,提交5G专利申请数量最多的是日本电报电话公司(NTT),申请量为61件;三星排在第二位,提交的专利申请量为53件;美国阿尔卡特朗讯公司作为传统的通信业领导者,也提交了41件专利申请。
“我国华为在5G技术方面提交的相关专利申请为30件,东南大学、中兴通讯(000063,股吧)、电信科学技术研究院等对5G技术也有一定的专利积累。从专利数量分布看,相较于日、韩、欧、美等国家和地区而言,我国的研发力量不够集中,研发水平有待进一步提升。”李波坦言,相比我国在2G时代技术全面落后的局面,以华为、中兴通讯和大唐电信(600198,股吧)等为代表的中国企业在5G时代正迅速缩小与世界先进水平的差距。[26]
2018年2月23日, 在世界移动通信大会(MWC)召开前夕,沃达丰和华为宣布,两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6 GHz频段完成了全球首个5G通话测试。
沃达丰称,这次测试使用了测试网络和测试设备执行4G至5G双重连接的实时数据呼叫。这一连接开始于4G,之后在5G网络上建立了数据连接。沃达丰方面还称,工程师同时使用相同的方法成功测试了实时高清视频通话。
华为方面表示,这次测试结果表明基于3GPP标准的5G技术已经成熟。[27]

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