5g

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2016年11月16日,舉辦於浙江省嘉興市桐鄉市烏鎮的第三屆世界網際網路大會,美國高通公司帶來的可以實現“萬物互聯”的5G技術原型入選15項“黑科技”——世界網際網路領先成果。高通5G向千兆行動網路和人工智慧邁進 。2017年12月21日,在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上,5G NR首發版本正式凍結並發布。2018年2月23日,沃達豐和華為完成首次5G通話測試。2018年8月3日,美國聯邦通訊委員會(FCC)周四發布高頻段頻譜的競拍規定,這些頻譜將用於開發下一代5G無線網路。2018年12月1日,韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區推出5G服務,這也是新一代移動通信服務在全球首次實現商用。12月7日,工信部同意聯通集團自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz頻率。12月10日工信部正式對外公布,已向中國電信、中國移動、中國聯通發放了5G系統中低頻段試驗頻率使用許可。2018年12月20日,5G當選為2018年度科技類十大流行語。

基本信息

基本概念

第五代行動電話行動通信標準,也稱第五代移動通信技術,外語縮寫:5G。也是4G之後的延伸,正在研究中,5G網路的理論下行速度為10Gb/s(相當於下載速度1.25GB/s)。
諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作,完成 加拿大首次5G網路技術的測試。測試中使用了73GHz範圍內頻譜,數據傳輸速率為加拿大現有4G網路的6倍。鑒於兩者的合作,外界分析加拿大很有可能將在5年內啟動5G網路的全面部署。
由於物聯網尤其是網際網路汽車等產業的快速發展,其對網路速度有著更高的要求,這無疑成為推動5G網路發展的重要因素。因此無論是加拿大政府還是全球各地,均在大力推進5G網路,以迎接下一波科技浪潮。不過,從2016年的情況來看5G網路離商用預計還需4到5年時間 。

發展歷程

5G技術 5G技術
2013年2月,歐盟宣布,將撥款5000萬歐元。加快5G 移動技術的發展,計畫到2020年推出成熟的標準。
2013年5月13日,韓國三星電子有限公司宣布,已成功開發第5代移動通信(5G)的核心技術,這一技術預計將於2020年開始推向商業化。該技術可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數據,且最長傳送距離可達2公里。相比之下,當前的第四代長期演進(4GLTE)服務的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業界普遍認為是一個技術難題,而三星電子則利用64個天線單元的自適應陣列傳輸技術破解了這一難題。與韓國4G技術的傳送速度相比,5G技術預計可提供比4G長期演進(LTE)快100倍的速度。利用這一技術,下載一部高畫質(HD) 電影只需十秒鐘 。
早在2009年,華為就已經展開了相關技術的早期研究,並在之後的幾年裡向外界展示了5G原型機基站。華為在2013年11月6日宣布將在2018年前投資6億美元對5G的技術進行研發與創新,並預言在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G行動網路。
2014年5月8日,日本電信營運商 NTT DoCoMo 正式宣布將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作,開始測試凌駕現有 4G 網路 1000 倍網路承載能力的高速 5G 網路,傳輸速度可望提升至 10Gbps。預計在2015年展開戶外測試,並期望於 2020 年開始運作 。
2015年3月1日,英國《每日郵報》報導, 英國已成功研製5G網路,並進行100米內的傳送數據測試,每秒數據傳輸高達125GB,是4G網路的6.5萬倍,理論上1秒鐘可下載30部電影,並稱於2018年投入公眾測試,2020年正式投入商用。
2015年3月3日,歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格正式公布了歐盟的5G公司合作願景,力求確保歐洲在下一代移動技術全球標準中的話語權。奧廷格表示,5G公私合作願景不僅涉及光纖、無線甚至衛星通信網路相互整合,還將利用軟體定義網路(SDN)、網路功能虛擬化(NFV)、移動邊緣計算(MEC)和霧計算(Fog Computing)等技術。在頻譜領域,歐盟的5G公私合作願景還將劃定數百兆赫用於提升網路性能,60 GHz及更高頻率的頻段也將被納入考慮。
歐盟的5G網路將在2020年~2025年之間投入運營。
2015年9月7日,美國移動運營商Verizon無線公司宣布,將從2016年開始試用5G網路,2017年在美國部分城市全面商用。中國5G技術研發試驗將在2016-2018年進行,分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統驗證三個階段實施。
2016年3月,工信部副部長陳肇雄表示:5G是新一代移動通信技術發展的主要方向,是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比,不僅將進一步提升用戶的網路體驗,同時還將滿足未來萬物互聯的套用需求。
從用戶體驗看,5G具有更高的速率、更寬的頻寬,預計5G網速將比4G提高10倍左右,只需要幾秒即可下載一部高清電影,能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網路體驗需求。
從行業套用看,5G具有更高的可靠性,更低的時延,能夠滿足智慧型製造、自動駕駛等行業套用的特定需求,拓寬融合產業的發展空間,支撐經濟社會創新發展 。
從發展態勢看,5G還處於技術標準的研究階段,後來幾年4G還將保持主導地位、實現持續高速發展。但5G有望2020 年正式商用。
2016年,諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G網路技術的測試。測試中使用了73GHz範圍內頻譜,數據傳輸速率為加拿大現有4G網路的6倍。
2017年2月9日,國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。
2017年11月15日,工信部發布《關於第五代移動通信系統使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關事宜的通知》,確定5G中頻頻譜,能夠兼顧系統覆蓋和大容量的基本需求。
2017年11月下旬中國工信部發布通知,正式啟動5G技術研發試驗第三階段工作,並力爭於2018年年底前實現第三階段試驗基本目標。
2017年12月21日,在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上,5G NR首發版本正式凍結並發布。
2017年12月,發改委發布《關於組織實施2018年新一代信息基礎設施建設工程的通知》,要求2018年將在不少於5個城市開展5G規模組網試點,每個城市5G基站數量不少50個、全網5G終端不少於500個。 
2018年2月23日,在世界移動通信大會召開前夕,沃達豐和華為宣布,兩公司在西班牙合作採用非獨立的3GPP 5G新無線標準和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試 。
2018年2月27日,華為在MWC2018大展上發布了首款3GPP標準5G商用晶片巴龍5G01和5G商用終端,支持全球主流5G頻段,包括Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻),理論上可實現最高2.3Gbps的數據下載速率。
2018年6月13日,3GPP 5G NR標準 SA(Standalone,獨立組網)方案在3GPP第80次TSG RAN全會正式完成並發布,這標誌著首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。
2018年6月14日,3GPP全會(TSG#80)批准了第五代移動通信技術標準(5G NR)獨立組網功能凍結。加之2017年12月完成的非獨立組網NR標準,5G已經完成第一階段全功能標準化工作,進入了產業全面衝刺新階段。
2018年6月28日, 中國聯通公布了5G部署:將以SA為目標架構,前期聚焦eMBB,5G網路計畫2020年正式商用。
2018年8月2日,奧迪與愛立信宣布,計畫率先將5G技術用於汽車生產。在奧迪總部德國因戈爾施塔特,兩家公司就一系列活動達成一致,共同探討5G作為一種面向未來的通信技術,能夠滿足汽車生產高要求的潛力。奧迪和愛立信簽署了諒解備忘錄在未來幾個月內,兩家公司的專家們將在位於德國蓋梅爾斯海姆的“奧迪生產實驗室”的技術中心進行現場測試。
2018年11月21日,重慶首個5G連續覆蓋試驗區,建設完成,5G遠程駕駛、5G無人機、虛擬現實等多項5G套用同時亮相。
2018年12月1日,韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區推出5G服務,這也是新一代移動通信服務在全球首次實現商用。第一批套用5G服務的地區為首爾、首都圈和韓國六大廣域市的市中心,以後將陸續擴大範圍。按照計畫,韓國智慧型手機用戶2019年3月份左右可以使用5G服務,預計2020年下半年可以實現5G全覆蓋 。
2018年12月7日,工信部同意聯通集團自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz頻率,用於在全國開展第五代移動通信(5G)系統試驗。12月10日,工信部正式對外公布,已向中國電信、中國 移動、中國聯通發放了5G系統中低頻段試驗頻率使用許可。這意味著各基礎電信運營企業開展5G系統試驗所必須使用的頻率資源得到保障,向產業界發出了明確信號,進一步推動我國5G產業鏈的成熟與發展 。 2018年12月18日,AT&T宣布,將於12月21日在全美12個城市率先開放5G網路服務。 2019年2月14日晚間,中國聯通發微博宣布其5G智慧型手機測試機首批已經正式交付,進一步確認5G通訊商用正在加速落地。由於目前並未對測試機進行展示,該5G手機的外觀、配置等情況暫不清楚。目前已知的信息是中國聯通5G計畫在 2020 年正式商用。升級5G後,用戶下載一部50GB的電影僅需 80 秒鐘。中國電信發放國內首張5G電話卡 潘石屹成首位嘗鮮者。

研發過程

超密集異構網路
5G技術 5G技術
未來5G網路正朝著網路多元化、寬頻化、綜合化、智慧型化的方向發展。隨著各種智慧型終端的普及,面向2020年及以後,移動數據流量將呈現爆炸式增長。在未來5G網路中,減小小區半徑,增加低功率節點數量,是保證未來5G網路支持1000倍流量增長的核心技術之一。因此,超密集異構網路成為未來5G網路提高數據流量的關鍵技術。
未來無線網路將部署超過現有站點10倍以上的各種無線節點,在宏站覆蓋區內,站點間距離將保持10m以內,並且支持在每1km2範圍內為25000個用戶提供服務。同時也可能出現活躍用戶數和站點數的比例達到1∶1的現象,即用戶與服務節點一一對應。密集部署的網路拉近了終端與節點間的距離,使得網路的功率和頻譜效率大幅度提高,同時也擴大了網路覆蓋範圍,擴展了系統容量,並且增強了業務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構網路架構在5G中有很大的發展前景,但是節點間距離的減少,越發密集的網路部署將使得網路拓撲更加複雜,從而容易出現與現有移動通信系統不兼容的問題。在5G移動通信網路中,干擾是一個必須解決的問題。網路中的干擾主要有:同頻干擾,共享頻譜資源干擾,不同覆蓋層次間的干擾等。現有通信系統的干擾協調算法只能解決單個干擾源問題,而在5G網路中,相鄰節點的傳輸損耗一般差別不大,這將導致多個干擾源強度相近,進一步惡化網路性能,使得現有協調算法難以應對。此外,由於業務和用戶對QoS需求的差異性很大,5G網路需要採用一些列措施來保障系統性能,主要有:不同業務在網路中的實現,各種節點間的協調方案,網路的選擇,以及節能配置方法等。
5G技術 5G技術
準確有效地感知相鄰節點是實現大規模節點協作的前提條件。在超密集網路中,密集地部署使得小區邊界數量劇增,加之形狀的不規則,導致頻繁複雜的切換。為了滿足移動性需求,勢必出現新的切換算法;另外,網路動態部署技術也是研究的重點。由於用戶部署的大量節點的開啟和關閉具有突發性和隨機性,使得網路拓撲和干擾具有大範圍動態變化特性;而各小站中較少的服務用戶數也容易導致業務的空間和時間分布出現劇烈的動態變化。
自組織網路
傳統移動通信網路中,主要依靠人工方式完成網路部署及運維,既耗費大量人力資源又增加運行成本,而且網路最佳化也不理想。在未來5G網路中,將面臨網路的部署、運營及維護的挑戰,這主要是由於網路存在各種無線接入技術,且網路節點覆蓋能力各不相同,它們之間的關係錯綜複雜。因此,自組織網路(self-organizing network,SON)的智慧型化將成為5G網路必不可少的一項關鍵技術。
自組織網路技術解決的關鍵問題主要有以下2點:①網路部署階段的自規劃和自配;②網路維護階段的自最佳化和自癒合。自配置即新增網路節點的配置可實現即插即用,具有低成本、安裝簡易等優點。自最佳化的目的是減少業務工作量,達到提升網路質量及性能的效果,其方法是通過UE和eNB測量,在本地eNB或網路管理方面進行參數自最佳化。自癒合指系統能自動檢測問題、定位問題和排除故障,大大減少維護成本並避免對網路質量和用戶體驗的影響。自規劃的目的是動態進行網路規劃並執行,同時滿足系統的容量擴展、業務監測或最佳化結果等方面的需求。目前,主要有集中式、分散式以及混合式3種自組織網路架構。其中,基於網管系統實現的集中式架構具有控制範圍廣、衝突小等優點,但也存在著運行速度慢、算法複雜度高等方面的不足;而分散式恰恰相反,主要通過SON分布在eNB上來實現,效率和回響速度高,網路擴展性較好,對系統依懶性小,缺點是協調困難;混合式結合集中式和分散式2種架構的優點,缺點是設計複雜。SON技術套用於移動通信網路時,其優勢體現在網路效率和維護方面,同時減少了運營商的資本性支出和運營成本投入。由於現有的SON技術都是從各自網路的角度出發,自部署、自配置、自最佳化和自癒合等操作具有獨立性和封閉性,在多網路之間缺乏協作。因此,研究支持異構網路協作的SON技術具有深遠意義。
內容分發網路
在未來5G中,面向大規模用戶的音頻、視頻、圖像等業務急劇增長,網路流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問網際網路的服務質量。如何有效地分發大流量的業務內容,降低用戶獲取信息的時延,成為網路運營商和內容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加頻寬並不能解決問題,它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、網站伺服器的處理能力等因素的影響,這些問題的出現與用戶伺服器之間的距離有密切關係。內容分發網路(contentdistribution network,CDN)會對未來5G網路的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。
內容分發網路是在傳統網路中添加新的層次,即智慧型虛擬網路。CDN系統綜合考慮各節點連線狀態、負載情況以及用戶距離等信息,通過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理伺服器上,實現用戶就近獲取所需的信息,使得網路擁塞狀況得以緩解,降低回響時間,提高回響速度。CDN網路架構在用戶側與源server之間構建多個CDN代理server,可以降低延遲、提高QoS(qualityofservice)。當用戶對所需內容傳送請求時,如果源伺服器之前接收到相同內容的請求,則該請求被DNS重定向到離用戶最近的CDN代理伺服器上,由該代理伺服器傳送相應內容給用戶。因此,源伺服器只需要將內容發給各個代理伺服器,便於用戶從就近的頻寬充足的代理伺服器上獲取內容,降低網路時延並提高用戶體驗。隨著雲計算、移動網際網路及動態網路內容技術的推進,內容分發技術逐步趨向於專業化、定製化,在內容路由、管理、推送以及安全性方面都面臨新的挑戰。
在未來5G網路中,隨著智慧型移動終端的不斷普及和快速發展的套用服務,用戶對移動數據業務需求量將不斷增長,對業務服務質量的要求也不斷提升。CDN技術的優勢正是為用戶快速地提供信息服務,同時有助於解決網路擁塞問題。因此,CDN技術成為5G必備的關鍵技術之一。
D2D通信
在未來5G網路中,網路容量、頻譜效率需要進一步提升,更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是5G的演進方向。設備到設備通信(device-to-device communication,D2D)具有潛在的提升系統性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的前景。因此,D2D是未來5G網路中的關鍵技術之一。
D2D通信是一種基於蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。D2D會話的數據直接在終端之間進行傳輸,不需要通過基站轉發,而相關的控制信令,如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網路負責。蜂窩網路引入D2D通信,可以減輕基站負擔,降低端到端的傳輸時延,提升頻譜效率,降低終端發射功率。當無線通信基礎設施損壞,或者在無線網路的覆蓋盲區,終端可藉助D2D實現端到端通信甚至接入蜂窩網路。在5G網路中,既可以在授權頻段部署D2D通信,也可在非授權頻段部署。
M2M通信
M2M(machine to machine,M2M)作為物聯網在現階段最常見的套用形式,在智慧型電網、安全監測、城市信息化、環境監測等領域實現了商業化套用。3GPP已經針對M2M網路制定了一些標準,並已立項開始研究M2M關鍵技術。根據美國諮詢機構FORRESTER預測估計,到2020年,全球物與物之間的通信將是人與人之間通信的30倍。IDC預測,在未來的2020年,500億台M2M設備將活躍在全球行動網路中。M2M市場蘊藏著巨大的商機。因此,研究M2M技術對5G網路具有非比尋常的意義。
M2M的定義主要有廣義和狹義2種。廣義的M2M主要是指機器對機器、人與機器間以及行動網路和機器之間的通信,它涵蓋了所有實現人、機器、系統之間通信的技術;從狹義上說,M2M僅僅指機器與機器之間的通信。智慧型化、互動式是M2M有別於其它套用的典型特徵,這一特徵下的機器也被賦予了更多的“智慧”。
信息中心網路
隨著實時音頻、高清視頻等服務的日益激增,基於位置通信的傳統TCP/IP網路無法滿足海量數據流量分發的要求。網路呈現出以信息為中心的發展趨勢。信息中心網路(information-centricnetwork,ICN)的思想最早是1979年由Nelson提出來的,後來被Baccala強化。目前,美國的CCN、DONA和NDN等多個組織對ICN進行了深入研究。作為一種新型網路體系結構,ICN的目標是取代現有的IP。
ICN所指的信息包括實時媒體流、網頁服務、多媒體通信等,而信息中心網路就是這些片段信息的總集合。因此,ICN的主要概念是信息的分發、查找和傳遞,不再是維護目標主機的可連通性。不同於傳統的以主機地址為中心的TCP/IP網路體系結構,ICN採用的是以信息為中心的網路通信模型,忽略IP位址的作用,甚至只是將其作為一種傳輸標識。全新的網路協定棧能夠實現網路層解析信息名稱、路由快取信息數據、多播傳遞信息等功能,從而較好地解決計算機網路中存在的擴展性、實時性以及動態性等問題。ICN信息傳遞流程是一種基於發布訂閱方式的信息傳遞流程。首先,內容提供方向網路發布自己所擁有的內容,網路中的節點就明白當收到相關內容的請求時如何回響該請求。然後,當第一個訂閱方向網路傳送內容請求時,節點將請求轉發到內容發布方,內容發布方將相應內容傳送給訂閱方,帶有快取的節點會將經過的內容快取。其他訂閱方對相同內容傳送請求時,鄰近帶快取的節點直接將相應內容回響給訂閱方。因此,信息中心網路的通信過程就是請求內容的匹配過程。傳統IP網路中,採用的是“推”傳輸模式,即伺服器在整個傳輸過程中占主導地位,忽略了用戶的地位,從而導致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN網路正好相反,採用“拉”模式,整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發,網路則通過信息快取的方式,實現快速回響用戶。此外,信息安全只與信息自身相關,而與存儲容器無關。針對信息的這種特性,ICN網路採用有別於傳統網路安全機制的基於信息的安全機制。這種機制更加合理可信,且能實現更細的安全策略粒度。和傳統的IP網路相比,ICN具有高效性、高安全性且支持客戶端移動等優勢。目前比較典型的ICN方案有CCN,DONA,NetInf,INS和TRIAD。
移動雲計算
近年來,智慧型手機、平板電腦等移動設備的軟硬體水平得到了極大地提高,支持大量的套用和服務,為用戶帶來了很大的方便。在5G時代,全球將會出現500億連線的萬物互聯服務,人們對智慧型終端的計算能力以及服務質量的要求越來越高。移動雲計算將成為5G網路創新服務的關鍵技術之一。移動雲計算是一種全新的IT資源或信息服務的交付與使用模式,它是在移動網際網路中引入雲計算的產物。行動網路中的移動智慧型終端以按需、易擴展的方式連線到遠端的服務提供商,獲得所需資源,主要包含基礎設施、平台、計算存儲能力和套用資源。SaaS軟體服務為用戶提供所需的軟體套用,終端用戶不需要將軟體安裝在本地的伺服器中,只需要通過網路向原始的服務提供者請求自己所需要的功能軟體。PaaS平台的功能是為用戶提供創建、測試和部署相關套用等服務。PaaS自身不僅擁有很好的市場套用場景,而且能夠推進SaaS。而IaaS基礎設施提供基礎服務和套用平台。
SDN/NFV
隨著網路通信技術和計算機技術的發展,網際網路+、三網融合、雲計算服務等新興產業對網際網路在可擴展性、安全性、可控可管等方面提出了越來越高的要求。SDN(software-defined networking,軟體定義網路)/NFV(net workfunction virtualization,網路功能虛擬化)作為一種新型的網路架構與構建技術,其倡導的控制與數據分離、軟體化、虛擬化思想,為突破現有網路的困境帶來了希望。在歐盟公布的5G願景中,明確提出將利用SDN/NFV作為基礎技術支撐未來5G網路發展。SDN架構的核心特點是開放性、靈活性和可程式性。主要分為3層:基礎設施層位於網路最底層,包括大量基礎網路設備,該層根據控制層下發的規則處理和轉發數據;中間層為控制層,該層主要負責對數據轉發麵的資源進行編排,控制網路拓撲、收集全局狀態信息等;最上層為套用層,該層包括大量的套用服務,通過開放的北向API對網路資源進行調用。
SDN將網路設備的控制平面從設備中分離出來,放到具有網路控制功能的控制器上進行集中控制。控制器掌握所有必需的信息,並通過開放的API被上層應用程式調用。這樣可以消除大量手動配置的過程,簡化管理員對全網的管理,提高業務部署的效率。SDN不會讓網路變得更快,但他會讓整個基礎設施簡化,降低運營成本,提升效率。未來5G網路中需要將控制與轉發分離,進一步最佳化網路的管理,以SDN驅動整個網路生態系統。
軟體定義無線網路
無線網路面臨著一系列的挑戰。首先,無線網路中存在大量的異構網路,如:LTE、Wimax、UMTS、WLAN等,異構無線網路並存的現象將持續相當長的一段時間。目前,異構無線網路面臨的主要挑戰是難以互通,資源最佳化困難,無線資源浪費,這主要是由於現有行動網路採用了垂直架構的設計模式。此外,網路中的一對多模型(即單一網路特性對多種服務),無法針對不同服務的特點提供定製的網路保障,降低了網路服務質量和用戶體驗。因此,在無線網路中引入SDN思想將打破現有無線網路的封閉僵化現象,徹底改變無線網路的困境。
軟體定義無線網路保留了SDN的核心思想,即將控制平面從分散式網路設備中解耦,實現邏輯上的網路集中控制,數據轉發規則由集中控制器統一下發。軟體定義無線網路的架構分為3個層面。在軟體定義無線網路中,控制平面可以獲取、更新、預測全網信息,例如:用戶屬性、動態網路需求以及實時網路狀態。因此,控制平面能夠很好地最佳化和調整資源分配、轉發策略、流表管理等,簡化了網路管理,加快了業務創新的步伐。
情境感知技術
隨著海量設備的增長,未來的5G網路不僅承載人與人之間的通信,而且還要承載人與物之間以及物與物之間的通信,既可支撐大量終端,又使個性化、定製化的套用成為常態。情境感知技術能夠讓未來5G網路主動、智慧型、及時地向用戶推送所需的信息。

技術指標

標誌性能力指標為“Gbps用戶體驗速率”,一組關鍵技術包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網路架構。大規模天線陣列是提升系統頻譜效率的最重要技術手段之一,對滿足5G系統容量和速率需求將起到重要的支撐作用;超密集組網通過增加基站部署密度,可實現百倍量級的容量提升,是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一;新型多址技術通過傳送信號的疊加傳輸來提升系統的接入能力,可有效支撐5G網路千億設備連線需求;全頻譜接入技術通過有效利用各類頻譜資源,可有效緩解5G網路對頻譜資源的巨大需求;新型網路架構基於SDN、NFV和雲計算等先進技術可實現以用戶為中心的更靈活、智慧型、高效和開放的5G新型網路。

使用頻率

2018年12月7日, 公司控股股東移動集團接到工信部通知,同意母公司自通知日至2020年6月30日使用2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段用於5G系統實驗,其中2515MHz-2575MHz、2635MHz-2675MHz、4800MHz4900MHz頻段為新增頻段,2575MHz-2635MHz為重耕母公司現有的4G頻段。中國移動方面將配合母公司,繼續攜手產業各方,積極推進5G技術研發、網路及業務套用試驗。
2019年3月31日前逐步停止部分頻率的使用,中國聯通方面將在全國範圍內逐步停止使用2555MHz-2575MHz頻率,中國電信方面將逐步停止使用2635MHz-2655MHz頻率。

存在障礙

首先就是監管和牌照。固網和行動網路在監管和運營牌照上有著很長的不同歷史。舉個例子,在很多國家,固網運營商最早都是壟斷企業,有著類似的載波和定價限制。比如說批發給網際網路服務提供商的寬頻容量,都受國家監管。還有的運營商都依賴國家分配的頻譜資源。
其次是組織機構。移動運營商在很多情況下,都受固網運營商的控制,或者是其子公司。固網和行動網路整合,需要該國競爭主管機構重新審視。相比合併,競爭主管機構更傾向於分開運營。還有就是企業的戰略各不相同,比如說沃達豐完全以移動業務為主導。還有就是網路運營商的股東們,一想到網路合併後,因裁員跟工會糾纏,或者合併後的企業文化碰撞等等,就會對合併非常抵抗。
其他的障礙還包括標準。技術互操作性的開放標準,對電信行業來說非常重要。標準化方面也需要廣泛的努力與合作,現在移動和固網領域分別存在著各種不同的標準組織。 3GPP和ETSI在移動標準化方面非常成功,ITU-R在頻譜分配方面很有權威, ITU-R已經開始投入到IMT-2020(5G)技術的網路標準化要求工作中了。

社會評價

貝爾實驗室無線研究部副總裁西奧多·賽澤表示,5G並不會完全替代4G、WiFi,而是將4G、WiFi等網路融入其中,為用戶帶來更為豐富的體驗。通過將4G、WiFi等整合進5G裡面,用戶不用關心自己所處的網路,不用再通過手動連線到WiFi網路等,系統會自動根據現場網路質量情況連線到體驗最佳的網路之中,真正實現無縫切換。
歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格表示,5G必須是靈活的,能夠滿足人口稠密地區、人口稀疏地區以及主要的交通線等各種場景的需要。
對信息通信業而言,2016年全國“兩會”透露的信息著實令人振奮。不僅李克強總理在政府工作報告中指出我國已建成全球最大的4G網路,為4G點讚,而且“十三五”規劃綱要(草案)中明確提出,將積極推進第五代移動通信(5G)和超寬頻關鍵技術研究,啟動5G商用。

5G圖書

《大話5G》,鄔賀銓院士、李易、項立剛作序力薦。
5G技術專利大佬主筆,作為5G的早期圖書,首先從5G的需求和場景出發,重點介紹了5G的業務場景和技術指標;其次闡述了全球5G的最新研發進展,讓讀者能夠對5G的研究形成全貌的認識;再次從無線物理層、接入網架構和核心網架構等方面重點闡述了候選的5G空口關鍵技術和網路關鍵技術。

相關信息

2016年9月21日,上海市政府與中國移動通信集團公司在滬簽署共同推進“網際網路+”戰略合作框架協定。“十三五”期間,中國移動計畫在滬投入260億元,著力構建新一代網路與信息基礎設施。
根據協定,上海移動將建設新一代網路與信息基礎設施,建成全國領先的4G+精品網路,並計畫2018年在國內率先開展5G試點。光纖接入覆蓋900萬戶家庭和8300幢重點商業樓宇。在上海臨港率先建成中國移動國際海光纜登入局,助力上海確立國際通信樞紐地位。建成具備5億規模“物”連線能力的、覆蓋上海市的新型物聯專網,在臨港地區推進20萬平方米綠色雲數據中心建設。
此外,上海市政府與中國移動還將圍繞城市管理、產業升級、文化創意、民生 服務、創新創業、網路安全六大領域,共同打造“網際網路+”發展新優勢。
台北時間2018年8月3日,美國聯邦通訊委員會(FCC)周四發布高頻段頻譜的競拍規定,這些頻譜將用於開發下一代5G無線網路。計畫2018年11月拍賣28GHz頻段,之後再拍賣24GHz頻段。

最新進展

根據目前各國研究,5G技術相比目前4G技術,其峰值速率將增長數十倍,從4G的100Mb/s提高到幾十Gb/s。也就是說,1秒鐘可以下載10餘部高清電影,可支持的用戶連線數增長到100萬用戶/平方公里,可以更好地滿足物聯網這樣的海量接入場景。同時,端到端延時將從4G的十幾毫秒減少到5G的幾毫秒。
正因為有了強大的通訊和頻寬能力,5G網路一旦套用,目前仍停留在構想階段的車聯網、物聯網、智慧城市、無人機網路等概念將變為現實。此外,5G還將進一步套用到工業、醫療、安全等領域,能夠極大地促進這些領域的生產效率,以及創新出新的生產方式。
中國工程院院士、中國網際網路協會理事長鄔賀銓介紹,隨著5G網路的套用,各類物聯網將迅速普及。他介紹,目前汽車與汽車之間還沒有通訊。有了5G網路,就能讓汽車和汽車、 汽車和數據中心、汽車和其他智慧型設備進行通訊。這樣一來不但可以實現更高級別的汽車自動駕駛,還能利用各類交通數據,為汽車規劃最合理的行進路線。一旦有大量汽車進入這一網路,就能順利實現智慧型交通。
歐盟研究認為,遠程醫療也是5G重要的套用領域之一。目前,實施跨越國界的遠程手術需要租用價格昂貴的大容量線路,但有時對手術設備發出的指令仍會出現延遲,這對手術而言意味著巨大的風險。但5G技術將可以使手術所需的“指令-回響”時間接近為0,這將大大提高醫生操作的精確性。在不久的將來,病人如果需要緊急手術或特定手術,就可以通過遠程醫療進行快速手術。
5G網路同樣能讓普通用戶受益匪淺。除了多樣化、不卡頓的各類多媒體娛樂外,智慧型家庭設備也會接入5G網路,為用戶提供更為便捷的服務。
除上述套用外,眾多物聯網套用也將成為5G大顯身手的領域。儘管目前物聯網尚未大規模套用,但業界普遍認為,物聯網中接入的設備預計會超過千億個,對設備數量、數據規模、傳輸速率等提出很高的要求。由於當前的3G、4G技術不能提供有效支撐,所以物聯網的真正發展離不開5G技術的成熟,同時也將成為推動5G技術發展的動力之一。
搶占通信技術革命先機
儘管5G技術前景廣闊,但離正式商用仍有一段時間,5G標準也尚未正式確定。但毫無疑問,在5G標準制定中掌握話語權,將會在新一代移動通信技術革命中占據先機。
根據國際慣例,總部位於瑞士日內瓦、主管信息通信技術事務的聯合國專門機構——國際電信聯盟將是5G標準的最終決定機構。該機構負責分配和管理全球無線電頻譜、制定全球電信標準,在全球信息通信領域發揮重要作用。
國際電信聯盟已經啟動5G標準研究工作,並明確了“IMT(國際移動通信系統)-2020及展望”項目的工作計畫,其中2016年將開展5G技術性能需求和評估方法研究,2017年底啟動5G候選方案徵集,2020年底完成標準制定。在這個過程中,包括歐盟在內的各方均可向國際電信聯盟遞交申請。
歐盟已旗幟鮮明地強調,希望能確立全球統一的5G技術標準,而不再是多種標準並存,以實現全球互通性和規模經濟。事實上,由於5G技術與未來的物聯網產業息息相關,蘊含著巨大的經濟和戰略利益,歐美日韓等國都希望能在技術標準上占據主導權,因此也都早早進行了相應的技術研發和布局。
早在2012年11月,歐盟就已啟動總投資達2700萬歐元的大型科研項目METIS,研發5G技術。該項目組研發陣容強大,現階段29個成員中包括阿爾卡特朗訊、愛立信、華為、諾基亞西門子等五家設備廠商,德國電信、DoCoMo、法國電信、義大利電信、西班牙電信五家運營商,以及歐洲眾多的學術機構和寶馬 集團,還有大約80名專家全職參與該項目。
除了歐盟外,美國、韓國、日本也聯合國內運營商和電信設備製造商,開展了相應的技術研究和產業布局。目前,各國在5G標準領域的爭奪戰正日益激烈。5月31日,在北京召開的首屆全球5G大會,各國的5G標準制定機構均透露了各自研發的最新進展。
日本5GMF秘書長佐騰效平介紹,經過一年半的工作,日本近期推出了《5GMF白皮書》,其目標之一是到2020年,在東京奧運會期間使用5G服務。他認為,5G標準化工作還在開始階段,目前日本運營商DoCoMo已經進行了一些網路試驗,在提出5G標準時,日本將具有一定的優勢。
韓國在5G發展上態度積極,韓國5G論壇執行委員會主席Youngnam Han表示,韓國的5G商用進程將以服務2018年平昌冬奧會為關鍵時間節點,未來兩年5G論壇將著重研究第二階段的測試工作,同時包括VR、AR以及系統開發等方面的工作。外界認為,如果韓國能夠在2018年率先套用5G網路,將在5G標準制定方面占據主動。
美國5G Americas主席Chrispearson介紹,該組織成員已經進行了很多測試工作,運營商AT&T會在2016年下半年進行測試。
除了各國系統性的展開技術研發外,行業主流公司也已在5G領域發力。近期,手機晶片製造商高通就表示,正在加快5G晶片的研發,高通已經完成了各類技術測試,到2018年根據最終的5G國際標準,正式推出量產的5G手機晶片。此外,華為、中興、諾基亞、愛立信等電信設備製造商也透露,正在加快5G關鍵技術的研發,並已和電信運營商展開相關合作。
中國加速布局5G網路
在5G這個沒有硝煙的戰場上,我國當然也不甘落後。工信部總工程師張峰此前就表示,我國將在2020年實現5G網路商用。
近期,張峰再度透露了下一階段我國5G發展的相關工作:加快研發創新,加大5G技術、標準與產品研發的力度,構建國際化5G試驗平台;強化頻率統籌,依託國際電信聯盟加強溝通和協調,力爭形成更多5G統一頻段;深化務實合作,建立廣泛和深入的交流合作機制,在國際框架下積極推進形成全球統一的5G標準;促進融合發展,加強5G與垂直行業的融合創新研究,以工業網際網路、車聯網等重點行業套用為突破口,構建支撐行業發展的5G網路。
事實上,早在2013年2月,工信部、發改委、科技部就聯合成立IMT-2020(5G)推進組,對我國5G願景與需求、5G頻譜問題、5G關鍵技術、5G標準化等問題展開研究和布局。這一推進組的組織架構基於原IMT-Advanced(4G)推進組,下設多個工作組,包括需求工作組、頻譜工作組、無線技術工作組、網路技術工作組、若干標準工作組以及智慧財產權工作組。
IMT-2020(5G)組長單位國家無線電監測中心介紹,2013年開始,在IMT-2020(5G)推進組的部署下,中心深入開展了一系列5G研發工作,主要承擔了頻譜需求、候選頻段、電磁兼容分析、頻譜使用效率評估等研究任務,包括牽頭承擔“IMT-2020候選頻段分析與評估”,重點參與“後IMT-Advanced移動通信技術及發展策略研究”等國家科技重大專項,以及“第五代移動通信(5G)系統前期研究開發”。
在候選頻段方面,國家無線電監測中心頻譜管理研究處處長趙栓來介紹,2014年9月,中心與GS協會聯合召開未來移動通信頻譜國際研討會,就我國450MHz-5GHz無線電頻譜監測分析、下一代移動通信與頻譜等內容發布了合作研究報告。報告對下一代行動網路(NGMN)將要使用的450MHz-5GHz頻譜資源提出了最佳化方案,並對我國NGMN可能使用的6GHz以上頻譜資源進行了研究,提出我國NGMN頻譜布局的建議。
國家無線電監測中心博士王坦介紹,在移動通信的演進歷程中,我國不斷轉變角色,依次經歷了“2G跟蹤,3G突破,4G同步”的各個階段。在5G時代,我國率先在亞太地區成立IMT-2020(5G)推進組,整合產、學、研、用精銳力量,積極向國際電信聯盟等國際組織輸出觀點。
“目前,我國正在穩步推進5G研發 工作,並已適當地領先於國際電信聯盟工作時間表。相信中國在5G標準化過程中發揮的作用將比4G時期進一步提高,將為全球5G產業發展做出不可替代的貢獻。”國家無線電監測中心副總工程師黃標這樣表示。
除了國家層面的研究外,包括中移動、華為、中興在內的中國企業都已積極展開5G技術的研發和布局。2014年2月,中國移動就公開表示,中國移動將全力支持5G項目發展,並希望通過努力引導產業界5G技術研發和技術標準的制定,在移動通信標準領域繼續發揮引領性作用。而在2016年的多個世界級移動通信展會上,中國移動還與日本DoCoMo、韓國KT共同發布5G合作聯合聲明,宣布三家運營商將共同針對亞洲市場研究和豐富5G的需求,探索5G的新業務、新垂直市場,開展5G關鍵技術及系統驗證,並與全球標準化組織合作,以實現全球協調一致的頻譜規劃和統一的5G標準。
國內三大運營商均已制定了2020年啟動5G網路商用的計畫,於2017年展開試驗網路的建設和相關測試。如果前期工作進展順利,三大運營商在2018年開始投入5G網路建設,到2020年正式啟動商用。
也有業內人士表示,在5G戰略制高點的爭奪中,我國企業任重道遠。 北京鼎宏元正智慧財產權代理事務所高級合伙人李波對5G技術進行專利檢索發現,截至2015年4月1日,相關申請人在中國提交的關於5G技術的專利申請為211件,在美國提交的專利申請為179件。世界主要申請人中,提交5G專利申請數量最多的是日本電報電話公司(NTT), 申請量為61件;三星排在第二位,提交的專利申請量為53件;美國阿爾卡特朗訊公司作為傳統的通信業領導者,也提交了41件專利申請。
“我國華為在5G技術方面提交的相關專利申請為30件,東南大學、中興通訊、電信科學技術研究院等對5G技術也有一定的專利積累。從專利數量分布看,相較於日、韓、歐、 等國家和地區而言,我國的研發力量不夠集中,研發水平有待進一步提升。”李波坦言,相比我國在2G時代技術全面落後的局面,以華為、中興通訊和大唐電信等為代表的中國企業在5G時代正迅速縮小與世界先進水平的差距。
2018年2月23日, 在世界移動通信大會(MWC)召開前夕,沃達豐和華為宣布,兩公司在西班牙合作採用非獨立的3GPP 5G新無線標準和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。
沃達豐稱,這次測試使用了測試網路和測試設備執行4G至5G雙重連線的實時數據呼叫。這一連線開始於4G,之後在5G網路上建立了數據連線。沃達豐方面還稱,工程師同時使用相同的方法成功測試了實時高清視頻通話。
華為方面表示,這次測試結果表明基於3GPP標準的5G技術已經成熟。
2018年4月23日,重慶首張5G試驗網正式開通,將推動5G產品的走向成熟,標誌著重慶5G網路商用化之路的正式起步。5G是第五代移動通信技術的簡稱。重慶是國家發改委批覆的全國首批承建5G規模組網建設及套用示範工程項目的城市之一。

5G新媒體平台

2018年12月28日,我國第一個基於5G技術的國家級新媒體平台在中央廣播電視總台開建。當天,中央廣播電視總台與中國電信、中國移動、中國聯通及華為公司在北京共同簽署合作建設5G新媒體平台框架協定 。

社會評價

貝爾實驗室無線研究部副總裁西奧多·賽澤表示,5G並不會完全替代4G、WiFi,而是將4G、WiFi等網路融入其中,為用戶帶來更為豐富的體驗。通過將4G、WiFi等整合進5G裡面,用戶不用關心自己所處的網路,不用再通過手動連線到WiFi網路等,系統會自動根據現場網路質量情況連線到體驗最佳的網路之中,真正實現無縫切換。
歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格表示,5G必須是靈活的,能夠滿足人口稠密地區、人口稀疏地區以及主要的交通線等各種場景的需要。
對信息通信業而言,2016年全國“兩會”透露的信息著實令人振奮。不僅李克強總理在政府工作報告中指出我國已建成全球最大的4G網路,為4G點讚,而且“十三五”規劃綱要(草案)中明確提出,將積極推進第五代移動通信(5G)和超寬頻關鍵技術研究,啟動5G商用。

工信部關鍵字

2018年12月27日至28日,全國工業和信息化工作會議召開。會議對2019年重點工作進行了部署,其中5G成為關鍵字。2019年將加快5G商用部署,紮實做好標準、研發、試驗和安全配套工作,加速產業鏈成熟,加快套用創新。

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