浅谈5G的六大共识

2015-12-09 14:15

　　2013年12月4日，工信部公告向国内三大运营商同步颁发TD-LTE模式4G商用牌照；2015年2月27日，时隔一年多后，工信部公告向中国联通和中国电信颁发FDDLTE模式4G商用牌照。至此，中国的移动通信市场全面迈入4G时代，国内各运营商更广大的移动通信用户从此开始可以享受4G技术带来的高品质移动宽带服务。虽然4G技术正方兴未艾、如火如荼的蓬勃发展，关于5G的讨论已经开始，什么是5G？5G技术有什么特点？本文概要介绍5G的概念、当前已经形成的一些共识和发展状况。

　　5G，狭义来讲是指第五代移动通信技术的无线接入网技术；广义来讲是指第五代移动通信技术，泛指包括无线接入网、核心网及相关支撑系统的完整的技术体系。通常，从移动通信技术代际划分的角度来看，提供公众移动通信服务的移动通信技术经历了如下发展：1G、是指以在欧洲及中国规模部署的TACS系统和北美规模部署的AMPS系统为代表的第一代移动通信系统：模拟蜂窝通信系统；2G、以北美IS-95/cdma系统、日本PDC系统及其他国家和地区广泛部署的GSM系统为代表的第二代移动通信系统：数字蜂窝通信系统；3G、以中国的TD-SCDMA、日本欧洲广泛部署的WCDMA和北美韩国中国规模部署的CDMA2000为代表的第三代移动通信系统；4G、以全球广泛部署的FDDLTE和TD-LTE为代表的第四代移动通信系统。

　　虽然5G已经在中国、欧洲、北美、日韩等国家和地区的通信管理机构、高校和相关学术机构、通信系统和设备供应商、运营商等从业及相关群体中开始广泛的讨论，但是，目前业界尚未达成关于5G的统一的认识，离形成具体的技术规范体系还有比较大的距离。当然，虽然没有形成关于5G的具体的共识，但是，在很多大方向上，业界还是有许多共识的。

　　共识一、5G技术将于2020年前后投入商用。移动通信行业有个比较有趣的10年换代现象：第一代移动通信技术出现在上个世纪80年代初；第二代移动通信技术于上个世纪90年代初开始部署；日本于2001年部署全球第一张3G商用网络；瑞典和挪威于2009年12月部署全球第一张LTE商用网络。据此，业界相信，5G系统将于2020年前后投入商用。业界普遍预期，借诸如世界杯等举世瞩目的盛事的东风，2017~2018年可能有5G的预商用系统投入规模测试，2020年前可能有行业先驱运营商开始部署5G商用网络以迎接2020年奥运会。

　　共识二、5G的系统特性将包括相比以往各代移动通信系统而言，更大的系统容量、更高的系统速率、更低的系统时延及更可靠的连接。

　　一、更大的系统容量和更高的系统速率：随着ICT技术的快速发展，除了人与人间的传统语音通信、以微信为代表的社交通信等方式外，机器类型的通信(MTC)、设备与设备间的通信(D2D)等正随着物联网（InternetofThings）的飞速发展而日益普遍，万物互联的时代正离我们越来越近，这对现有移动通信系统包括4G移动通信系统的系统容量、系统速率提出了重大挑战。为此，5G技术需在系统容量和系统速率方面具备显著的优势。业界通常认为，5G的系统峰值速率应该超过10Gbps。

　　二、更低的系统时延和更可靠的连接：现有移动通信系统包括4G移动通信系统在应对诸如车联网技术的自动驾驶技术等方面，在系统时延和连接可靠性上尚存在差距，比如以120公里每小时行驶的汽车，每秒行驶33.3米，假如系统时延100毫秒（考虑通信系统时延和处理时延），则汽车已行进3.3米，可能已经造成不安全的后果。因此，业界通常认为5G的系统时延应该控制在1毫秒级。同样道理，采用双连、多连等相关技术手段，提升连接的可靠性也是5G需要实现的重要的系统特性。

　　共识三、5G可能将会采用更高频率的频谱。要实现更大的系统容量和更高的系统速率，按香农定理，频谱带宽越大越好，频谱资源越多越好。运营商通常倾向于采用频率较低的频谱：较低频率频谱具备更好的传播特性，更适合实现更深、更广的覆盖，是运营商以较好的成本效率实现更广、更深覆盖的重要资源。然而，低频率的频谱基本被现有移动通信系统、电视广播系统、卫星系统、导航系统、航空航天系统、工业民用控制系统等系统占用，难觅足够带宽的空闲频谱。因此，5G系统可能不得不采用6GHz之上的频谱。6GHz以上的频谱资源的优劣势与较低频率频谱反过来：比较容易找到足够带宽的空闲频谱；但是因为频率高，传播特性不适合深度覆盖和广域覆盖，或者说实现深度覆盖、广域覆盖的成本太高、代价太大。

　　共识四、5G系统可能将会采用更先进的天线技术。要实现更大的系统容量和更高的系统速率，采用先进天线技术，实现多收多发（MIMO）、多流是一个重要的技术手段。4G系统已经开始广泛使用先进天线技术，业界通常认为，5G将采用更加先进的天线技术，比如阵列天线（PhasedArrayAntenna）和大规模多收多发（MassiveMIMO）。目前，业界先驱进行的5G技术演示，也纷纷使用了阵列天线（比如128阵元天线）和大规模多收多发。

　　共识五、5G系统可能是对当前移动通信技术的一个补足，而不是立刻取代。受限于5G技术可能采用更高频率的频谱，预计5G系统将在比较长的一段时间内与工作在较低频率的其他移动通信系统相互补足，传统移动通信系统实现更好的深度和广度覆盖及传统的已胜任应用的承载，5G系统承载有更大容量、更苛刻系统时延要求的应用。业界有观点认为，5G可能采用全新的无线接入方式，虽然目前具体采用何种新型的接入方式尚无明确定论，但业界通常认为，现有工作在较低频率的系统仍将以现有接入方式存在并按现有接入方式演进比较长的一段时间。

　　共识六、5G不会一蹴而就，而在5G部署之前及5G开始部署的一段时间之内，4G/LTE仍将持续发展和演进。目前，4G/LTE除了演进到LTE-A的智能立体网络、多点协调（CoMP）、载波聚合（CA）等技术之外，LTE部署在3.5GHz频谱上的LTE-Hi、LTE授权和非授权频谱聚合（LAA）等4G演进技术也正在蓬勃发展，爱立信的5G演进方案——LTE-E，将率先在2016年底逐步实现商用，并最终通过LTE-E和LTE-NX的紧密协同完成向5G的升级。

　　目前，5G尚处在需求规范协调和沟通阶段，各国政府或其委托的相关组织和电信监管机构纷纷提出关于5G的需求预期，赞助或创造条件促进相关高校、学术机构、运营商相关研究机构、设备及芯片厂商等积极投入5G的研发。为提升5G技术的专利授权占比，占领技术制高点，各行业先驱也纷纷大力投入、积极进行5G相关技术的研发和技术储备，引导5G技术的顺利发展。