5G標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展綜述

馬洪源，肖子玉，卜忠貴

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 前言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)行信息交互的手段更加高效便利。但基于連接規(guī)模的運(yùn)維模式開始遇到增長(zhǎng)瓶頸，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要拓展更多的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，創(chuàng)造更多的連接規(guī)模和應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和高清視頻需要網(wǎng)絡(luò)支持1～10 Gbit/s的空口傳輸速率；自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)延從4G網(wǎng)絡(luò)的100 ms降低到1 ms；新的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力提出了更高的要求，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新又促使網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅提升，在需求和技術(shù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，5G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

不同于前幾代移動(dòng)通信技術(shù)，5G除了滿足人們超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性需求外，還將滲透到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、交通物流、醫(yī)療儀器等深度結(jié)合，全面實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，有效滿足工業(yè)、交通、醫(yī)療等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需求。5G提供了一張靈活多變、按需服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，融入各行各業(yè)，將改變社會(huì)生活和生產(chǎn)方式，為運(yùn)營(yíng)商帶來潛在商機(jī)。

2 5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

2.1 頻譜進(jìn)展

如圖1所示，5G可用新頻譜主要集中在中高頻段，但頻段越高，傳播損耗越大，難以快速建立一個(gè)5G連續(xù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，覆蓋因素和建網(wǎng)成本成為制約。初期建網(wǎng)需要考慮LTE存量頻譜兜底，并通過上下行解耦、載波聚合、天線陣列化（Massive MIMO）、波束賦形等多種技術(shù)手段提高頻譜效率和上下行覆蓋范圍。

根據(jù)全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)（GSA）2018年1月15日發(fā)布的報(bào)告，全球已經(jīng)有17個(gè)國(guó)家/地區(qū)發(fā)布了5G頻譜拍賣或5G商用牌照發(fā)放計(jì)劃。涉及頻段主要包括3.5 GHz、4.9 GHz附近的中頻段以及26 GHz、28 GHz附近的高頻段的5G頻譜。

我國(guó)工業(yè)和信息化部也于2017年11月15日發(fā)布了《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3 300-3 600 MHz和4 800-5 000 MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，明確指出5G新分頻譜中頻首發(fā)，毫米波待定。

圖1 5G可用新頻段示意圖

5G發(fā)展，頻譜先行；預(yù)計(jì)中國(guó)將在2018年完成運(yùn)營(yíng)商5G商用頻段的分配。

2.2 3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)工作主要集中在R15和R16，包括無線接入網(wǎng)及核心網(wǎng)。其中R15第一個(gè)完整的5G標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃在2018年6月凍結(jié)，作為基礎(chǔ)版本R15能夠?qū)崿F(xiàn)新空口（NR）技術(shù)框架的構(gòu)筑，具備站點(diǎn)儲(chǔ)備條件，支持行業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，支持網(wǎng)絡(luò)切片（核心網(wǎng)），主要面向eMBB場(chǎng)景；而計(jì)劃于2019年底凍結(jié)的R16則致力于為5G提供完整競(jìng)爭(zhēng)力，持續(xù)提升NR競(jìng)爭(zhēng)力，支持D2D、V2X、增強(qiáng)實(shí)時(shí)通信等功能，滿足URLLC及mMTC增強(qiáng)場(chǎng)景。

如圖2所示，截至2017年底，R15完成了第一個(gè)基于非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）的空口標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及基本流程也已確定，安全及計(jì)費(fèi)相關(guān)內(nèi)容啟動(dòng)較晚，接口及應(yīng)用協(xié)議仍在進(jìn)一步討論中。為確保R15按期完成，部分R16工作已暫時(shí)擱置。

5G NSA新空口標(biāo)準(zhǔn)的提前凍結(jié)是3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展向前邁出的實(shí)質(zhì)性一步，它將有利于盡快開展5G NR驗(yàn)證及建設(shè)工作。該模式下，5G需要依托現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，將控制面錨定在LTE網(wǎng)絡(luò)上，用戶面根據(jù)覆蓋情況由5G NR和LTE共同承載，或者由5G NR獨(dú)立承載，該方案支持雙連接，QoS和計(jì)費(fèi)增強(qiáng)。

2.3 5G傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

傳輸網(wǎng)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不屬于3GPP體系，存在多種實(shí)現(xiàn)方案。業(yè)內(nèi)部分廠家認(rèn)為5G初期傳輸網(wǎng)只需要在4G的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)、流量擴(kuò)容即可。但面對(duì)傳輸帶寬需求增大、傳輸時(shí)延要求降低、網(wǎng)絡(luò)組織重構(gòu)及差異化承載等新的需求，5G仍然需要考慮傳輸網(wǎng)的建設(shè)，但5G初期傳輸網(wǎng)更多需要考慮的是優(yōu)化調(diào)整而非技術(shù)革新。

5G傳輸網(wǎng)技術(shù)涉及多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織，包括ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化）、OIF（光互聯(lián)論壇）、IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)）等。ITU-T SG15是5G承載標(biāo)準(zhǔn)研究的主戰(zhàn)場(chǎng)，主要研究5G傳送的需求和解決方案；切片分組網(wǎng)（SPN）/靈活以太網(wǎng)（FlexE）主要在OIF相關(guān)會(huì)議中確定完成；移動(dòng)優(yōu)化的光傳送網(wǎng)（M-OTN）/靈活光傳送網(wǎng)（FlexO）和超高精度時(shí)間同步均在ITU-T SG15提出，具體性能和實(shí)現(xiàn)方法仍在進(jìn)一步討論；TSN（時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)）主要由IEEE802.1提出并完善，目前TSN大部分標(biāo)準(zhǔn)制定已接近尾聲。隨著5G需求的明確和3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)的完成，5G傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化工作已全面開展，預(yù)計(jì)部分工作在2018年將陸續(xù)完成和完善，部分運(yùn)營(yíng)商已在2017年底編制完成了5G傳輸網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)度示意圖

3 5G產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

5G產(chǎn)業(yè)進(jìn)展主要從全球主要地區(qū)主要運(yùn)營(yíng)商5G部署情況、5G主流芯片及終端、5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)5G測(cè)試情況等幾個(gè)方面入手分析和闡述5G產(chǎn)業(yè)進(jìn)展情況。

3.1 運(yùn)營(yíng)商部署進(jìn)展及計(jì)劃

美韓部分運(yùn)營(yíng)商已陸續(xù)宣布5G商用計(jì)劃，全球主要運(yùn)營(yíng)商普遍計(jì)劃在2020年左右進(jìn)行5G商用部署，部署初期大部分運(yùn)營(yíng)商傾向于NSA模式組網(wǎng)，主要面向個(gè)人移動(dòng)用戶和固定用戶。

美國(guó) Verizon采用自定義5G標(biāo)準(zhǔn)，2017年在美國(guó)11個(gè)城市采用28 GHz建設(shè)5G預(yù)商用網(wǎng)絡(luò)，提供固定無線接入（FWA）服務(wù)；2018年全美范圍內(nèi)正式商用FWA；2020年開始提供移動(dòng)服務(wù)。美國(guó) Sprint計(jì)劃在2019年采用2.5 GHz頻段實(shí)現(xiàn)5G商用，同時(shí)也考慮28 GHz、39 GHz；初期傾向于NSA模式組網(wǎng)，業(yè)務(wù)定位在eMBB場(chǎng)景。

日本 NTT DoCoMo計(jì)劃2020在東京及其他部分地區(qū)啟動(dòng)5G服務(wù)，主要面向eMBB場(chǎng)景和高帶寬、低延時(shí)的AR/VR， V2X場(chǎng)景。組網(wǎng)采用NSA模式，近期部署Option 3x；長(zhǎng)期目標(biāo)首選 Option 7x。韓國(guó) KT宣布2018年冬奧會(huì)期間進(jìn)行少量5G商用部署，面向個(gè)人eMBB場(chǎng)景。初期采用NSA模式，從Option 3x逐步演進(jìn)到Option 7x，最后到SA；但近期也在討論是否直接采用SA組網(wǎng)。未來KT還會(huì)考慮部分低頻段重耕（Band 8/900M、Band 3/1.8 G、Band 1/2.1 G）。

英國(guó) Vodafone5G總體需求不急切，僅個(gè)別區(qū)域有需求，業(yè)務(wù)關(guān)注eMBB和URLLC；計(jì)劃在2019年下半年開始5G商用，初期傾向于NSA模式組網(wǎng)。法國(guó)Orange和德國(guó)DT目標(biāo)是2020年實(shí)現(xiàn)5G商用，2018年進(jìn)行5G試驗(yàn)；業(yè)務(wù)關(guān)注eMBB和URLLC、FWA、車聯(lián)網(wǎng)等，主要面向個(gè)人移動(dòng)用戶、固定用戶，初期優(yōu)選NSA模式組網(wǎng)。

3.2 5G芯片及終端

2017年高通、英特爾、海思、展訊、大唐、中興都在緊鑼密鼓地開展5G芯片技術(shù)研究，但大都還處于5G標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程中，并正在進(jìn)行5G芯片的相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)備；部分廠家也發(fā)布了5G芯片產(chǎn)品路標(biāo)，分別從芯片型號(hào)、支持標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品形態(tài)、支持頻段等維度說明了對(duì)5G的支持計(jì)劃。

高通保持了芯片領(lǐng)域一如既往的優(yōu)勢(shì)，已推出針對(duì)6GHz以下頻段、毫米波頻段及頻譜共享技術(shù)的全覆蓋5G新空口原型系統(tǒng)，以支持測(cè)試、展示及驗(yàn)證5G設(shè)計(jì)，推動(dòng)和追蹤3GPP 5G新空口標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，加速5G新空口大規(guī)模試驗(yàn)和商用部署。海思半導(dǎo)體正在開發(fā)支持5G網(wǎng)絡(luò)的麒麟處理器，計(jì)劃2018年下半年推出商用產(chǎn)品。展訊5G研發(fā)全面提速，計(jì)劃在2018年下半年推出第一款支持3GPP R15 NSA標(biāo)準(zhǔn)的5G商用芯片，2019年推出支持SA的5G芯片，之后還將根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的完成情況不斷更新產(chǎn)品。聯(lián)發(fā)科也在加速發(fā)力基帶，并在2017年底完成5G原型芯片的設(shè)計(jì)，2018年投入驗(yàn)證階段。英特爾在5G研發(fā)上的跟進(jìn)速度也很快，目前已推出吉比特基帶和全球首款5G通用調(diào)制解調(diào)器，同時(shí)英特爾為了避免通信設(shè)備領(lǐng)域的弱勢(shì)，還把汽車作為突破口。如聯(lián)合寶馬和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開發(fā)商發(fā)布智能駕駛平臺(tái)，基于高帶寬的5G做車載通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

雖然主流芯片廠商都對(duì)于5G芯片虎視眈眈，但基于目前主流芯片及終端廠家產(chǎn)品進(jìn)展，預(yù)計(jì)5G標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后3個(gè)月，部分芯片廠家陸續(xù)推出商用芯片，并能夠提供CPE，待芯片成熟之后3～6個(gè)月智能手機(jī)才能問世。市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Strategy AnalyTIcs近日也發(fā)布報(bào)告預(yù)測(cè)，5G智能手機(jī)將在2019年商業(yè)化，不過直到2022年，4G手機(jī)仍會(huì)是市場(chǎng)主流。

3.3 5G移動(dòng)通信設(shè)備產(chǎn)品路標(biāo)

由于傳輸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)尚未明確，無線網(wǎng)及核心網(wǎng)產(chǎn)品進(jìn)度較傳輸網(wǎng)產(chǎn)品更為清晰明確。

如圖3所示，通過對(duì)市場(chǎng)主要通信設(shè)備廠商產(chǎn)品路標(biāo)調(diào)研：部分廠家在2018年初即推出支持NSA模式的核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)產(chǎn)品，基本與標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)同步；大部分廠家在2018年中陸續(xù)推出針對(duì)NSA模式的商用產(chǎn)品及SA模式的試商用產(chǎn)品；為充分發(fā)揮5G技術(shù)特性，針對(duì)主要城區(qū)熱點(diǎn)覆蓋，3.5 G無線產(chǎn)品優(yōu)選64T64R，一般城區(qū)采用16T16R產(chǎn)品，對(duì)高頻段產(chǎn)品的支持普遍在2019年之后。

3.4 5G測(cè)試進(jìn)展

根據(jù)GSA在2018年1月15日發(fā)布的報(bào)告，全球已有56個(gè)國(guó)家的113家移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商展示或正在試驗(yàn)、測(cè)試5G技術(shù)，所涉及的5G關(guān)鍵技術(shù)有：5G無線側(cè)的組網(wǎng)密集化、Massive MIMO，網(wǎng)絡(luò)功能云化、端到端網(wǎng)絡(luò)切片、承載組網(wǎng)彈性化等。

我國(guó)于2016年啟動(dòng)5G測(cè)試，截至2017年底已完成5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證，并啟動(dòng)第三階段5G系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試；測(cè)試工作有力支撐了5G研發(fā)技術(shù)的試驗(yàn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，也加速了產(chǎn)業(yè)鏈的合作與技術(shù)的成熟。

2016年1月啟動(dòng)的第一階段關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證測(cè)試在無線技術(shù)方面，進(jìn)行了大規(guī)模天線、新型多址、新型多載波、先進(jìn)編碼、超密集組網(wǎng)、高頻段通信等關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試；在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)、C/U平面分離等關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試。5G二階段測(cè)試于2016年9月開始，構(gòu)建了全球最大的5G試驗(yàn)外場(chǎng)，組織了國(guó)內(nèi)外主流的運(yùn)營(yíng)、設(shè)備、芯片、儀表等企業(yè)和研究單位，面向5G的典型場(chǎng)景，重點(diǎn)對(duì)5G的新空口技術(shù)方案開展實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)性能功能及射頻的測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面驗(yàn)證了服務(wù)化架構(gòu)、5G主要業(yè)務(wù)流程及關(guān)鍵點(diǎn)。第三階段將遵循5G統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并基于面向商用的硬件平臺(tái)，重點(diǎn)開展預(yù)商用設(shè)備的單站組網(wǎng)性能，以及相關(guān)互聯(lián)互通測(cè)試。與此同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商與電信設(shè)備企業(yè)積極合作，聯(lián)手進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模外場(chǎng)測(cè)試，并計(jì)劃在部分城市陸續(xù)展開面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的規(guī)模外場(chǎng)測(cè)試。

4 5G商用部署的主要影響因素分析

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的完善和產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步成熟，5G商用的步伐也越來越快，美日韓等國(guó)相繼公布了商用時(shí)間表，中國(guó)則計(jì)劃2020年正式商用5G網(wǎng)絡(luò)。以2020年5G商用為目標(biāo)，結(jié)合目前產(chǎn)業(yè)進(jìn)展，本文認(rèn)為以下幾點(diǎn)因素將對(duì)5G商用部署產(chǎn)生重大影響。

圖3 主要通信設(shè)備廠家5G產(chǎn)品路標(biāo)

（1）頻譜分配：頻譜資源是5G網(wǎng)絡(luò)部署最關(guān)鍵的基礎(chǔ)資源，5G可商用頻譜的確定和分配將會(huì)成為影響5G商用最重要的因素。頻譜資源的分配會(huì)對(duì)組網(wǎng)策略和建網(wǎng)成本造成直接和根本性的影響，它將決定無線能否基于現(xiàn)有站址規(guī)劃和站間距實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋以及上行覆蓋是否需要通過技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償?shù)纫幌盗袉栴}。

（2）場(chǎng)景定位：5G的應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值定位也是影響5G商用的重要因素。如果是eMBB場(chǎng)景，則5G或基于LTE升級(jí)能夠快速實(shí)現(xiàn)部署；如果是基于網(wǎng)絡(luò)切片、新網(wǎng)絡(luò)、新功能定位， 則需要推動(dòng)整個(gè)5G端到端產(chǎn)業(yè)進(jìn)度。5G業(yè)務(wù)發(fā)展依然需要更為清晰和明確的商業(yè)場(chǎng)景和模式來推動(dòng)。

（3）組網(wǎng)選擇：是直接部署SA，還是先部署NSA然后逐步過渡到SA；如果部署NSA又要考慮如何演進(jìn)到SA，具體采用哪幾個(gè)選項(xiàng)。部署NSA模式、開通方式相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠無縫繼承現(xiàn)網(wǎng)所有業(yè)務(wù)、接口、架構(gòu)，4G、5G統(tǒng)一網(wǎng)管，運(yùn)維簡(jiǎn)單；同時(shí)可以盡快開通5G，搶占市場(chǎng)用戶。SA作為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)邏輯架構(gòu)簡(jiǎn)潔，能夠更加充分地發(fā)揮5G功能特性，但由于采用了顛覆式的全新核心網(wǎng)架構(gòu)，考慮到現(xiàn)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)大量個(gè)性化業(yè)務(wù)的繼承，SA模式的部署需要長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證和磨合。

（4）網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：虛擬化是未來核心網(wǎng)的必然趨勢(shì)，而云化平臺(tái)的成熟度以及隨之而來的對(duì)運(yùn)維模式、人員需求的轉(zhuǎn)變都將成為5G商用的重要挑戰(zhàn)。面向5G商用，網(wǎng)絡(luò)虛擬化需要加快驗(yàn)證NFV全解耦及網(wǎng)絡(luò)編排管理設(shè)備成熟度，并著手收斂虛擬層設(shè)備廠家。

（5）終端芯片：從目前了解到的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展，5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品早于芯片成熟，5G智能手機(jī)則滯后于芯片1～2個(gè)季度，而基帶、射頻收發(fā)、功率放大器、濾波器等關(guān)鍵芯片及器件產(chǎn)品掌握在國(guó)外少數(shù)廠家手中，終端產(chǎn)品商業(yè)化依然面臨許多不確定性因素，5G部署初期很可能面臨無終端可用的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從業(yè)務(wù)和技術(shù)需求指出了5G發(fā)展驅(qū)動(dòng)力，分別對(duì)5G頻譜、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及傳輸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展進(jìn)行了說明。從全球主要地區(qū)運(yùn)營(yíng)商5G部署計(jì)劃、芯片及終端研發(fā)進(jìn)度、主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商產(chǎn)品路標(biāo)等幾個(gè)維度闡述了5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況；同時(shí)對(duì)5G測(cè)試情況進(jìn)行了回顧總結(jié)?；趯?duì)5G標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展較為全面的梳理分析，指出了5G商用部署需要考慮的幾個(gè)重要因素。

[1] IMT-2020（5G）推進(jìn)組，5G愿景與需求白皮術(shù)[S]. 2014.

[2] 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects;System Architecture for the 5G System; Stage 2（Release 15);V2.0.1;3GPP TS 23.501[S]. 2017.

[3] 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects; Procedures for the 5G System; Stage 2（Release 15）;V2.0.0;3GPP TS 23.502[S]. 2017.