全球5G推进情况概览与启示

【摘 要】目前，全球正积极推进5G研发，为使研究者在整体上对全球5G推进有一个初步的了解，首先以国际电信联盟、欧盟、美国为典型代表，综述了国际5G推进情况。然后回顾了我国公众移动通信的发展历程，并介绍了我国5G计划和目前获得的主要成果。最后，在论述5G研发的重要意义的基础上，进一步提出了我国应当加大5G技术方案、评估方法和候选频段研究的工作建议。

【关键词】国际电信联盟 频谱资源 频率规划

[Abstract] Research and development of 5G are promoted actively around the world. In order to provide researchers with a preliminary overall understanding of the 5G global promotion， its status was reviewed at first， using the ITU， the European Union and the United States as typical examples. Then， the public mobile communication development course in China was briefly reviewed， and China’s 5G plan and main achievements were also introduced. Finally， based on the discussion of the significance of 5G research and development， suggestions of enhancing work on 5G technology solutions， evaluation methods， and candidate spectrum researches were further proposed.

[Key words]ITU spectrum resource spectrum planning

1 引言

当前，4G已经在全球范围内大规模商用，而5G研发也正在稳步推进。5G的发展将大幅提升通信系统的传输速率，缓解数据流量压力，其无缝的网络连接也将促进物联网产业的极大繁荣。5G是多种技术的结合，涉及智能天线系统、新的传输模式、低能耗系统、网络虚拟化等，将广泛应用于医疗保健、远程教育、车联网、智能能源、智能家居等领域。例如，在频谱方面这些技术需要在多个频段采取不同接入方式实现其功能。为抢占未来5G发展先机，全球各主要国家和地区、国际组织、产业界各方等都在加大5G各方面的推进力度。因此，本文首先研究国际5G推进态势，并对比介绍了我国5G推进的整体情况和成果。最后，在阐述推进5G研发的重要意义的基础上，进一步对我国5G工作提出了几点建议。

2 国际5G推进情况

2.1 ITU 5G推进情况

2012年，ITU开始进行制定5G标准的前期研究工作。在需求研究方面，ITU确定了高达20 Gbps的5G传输速率。在频谱研究方面，一是明确IMT-2020系统候选高频频谱资源；二是跟进相关解决频谱和需求的基础支撑技术。

2015年6月，ITU以6―100 GHz为主要研究范围，分析了10 GHz、28 GHz、60 GHz、73 GHz等几个代表频段的传播特性，以及6 GHz以上高频段无线信号在室内和热点区域的覆盖性能。研究表明，利用高频段易于实现大规模天线阵列的特点，通过波束赋型技术，在室内和热点区域可有效弥补高频段无线信号的传播损耗。同时，该项研究还论证了6 GHz以上频段与6 GHz以下频段混合组网，以及6 GHz以上频段用于接入和回程灵活部署的可行性。研究结果表明，在重点研究的IMT部署场景中，6―100 GHz频谱资源可用于IMT-2020系统部署。

根据ITU提出的IMT-2020工作计划，2017年底启动5G候选提案征集，2018年底启动5G技术评估和标准化，2019年召开WRC会，2020年底完成标准制定。

2.2 欧盟5G推进情况

欧盟是5G技术研发的引导者，早在2012年就全面启动了名为“METIS”的5G研发计划[1]，METIS定义5G以用户体验为中心，并针对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究。METIS计划时间表如下：2012年11月开始基础研究工作，主要探索未来移动通信的需求、特性、指标，形成5G关键技术架构；2015年5月开始针对系统优化、标准化、场外试验进行技术细化研究；2018年开始试商用，并预计在2020年实现全球商用。

2013年，欧盟5G公私合营联盟（5GPPP）正式成立，欧盟希望借助5GPPP的力量加快5G的研发步伐。作为METIS的一个重要延展项目，5GPPP是一个政府民间合作组织，由政府出资管理项目吸引民间企业和组织参加，计划在未来5～6年时间里，由政府和主要设备商、运营商投资，进行未来5G网络架构、技术、标准等方面的研究。

2016年7月，欧洲电信行业《5G宣言》，希望欧盟放松监管，增加资金投入，提供适当的频谱资源，以确保下一代移动技术的全部潜力得以实现，并希望欧盟5G行动计划可以采纳《5G宣言》提出的建议。

2.3 美国5G推进情况

2012年，美国纽约大学无线中心成立了一个多学科研究中心，重点研究领域是5G、医疗以及计算机科学等。根据无线中心的实验结果，未来5G网络中用毫米波实现Gbps级的传输速率是可行的。FCC（Federal Communications Commission，美国联邦通信委员会）提出5G性能的三大发展方向：一是5G无线链路可比拟为移动光纤，提供10～100倍相当于前技术的网速；二是5G的平均延时约为10 ms，当实时性要求较高时，如远程手术等应用，其延时可小于1 ms；三是为了满足速度和时延要求，5G需要向拥有更大带宽的高频段寻求频谱资源。

FCC认为5G将是美国优先发展的产业之一，为确保在5G应用开发领域的领先地位，FCC在2016年6月提议要出台新政策，为5G技术提供更多频谱资源。2016年7月14日，FCC通过了“频谱新领域”提案，向5G开放24 GHz以上高频频谱[2]。此外，美国还主推利用频谱共享技术满足3.5 GHz中频段的5G频谱需求，以及通过激励拍卖释放广电600 MHz频段用于5G系统。

FCC认为不应在5G标准制定后才考虑频谱计划，而是要让行业决定5G该如何运作。因此，美国政府只需提供充足的频谱资源，建议依靠电信设备商和运营商确立5G技术标准。2016年7月，美国最大的无线运营商Verizon与5G技术论坛合作，率先完成了5G无线技术规范。该规范提供了测试和验证5G关键技术组件的指南，使设备商和运营商可以开发互操作的解决方案，有助于标准的测试和构建。目前，Verizon公司已进入5G预商用测试阶段，而AT&T等美国主要移动运营商也宣布将在2017年进行5G试验。FCC还将简化基站审批流程[3]，以方便5G微蜂窝基站的建设。

2.4 其他国家5G推进情况

2012年，英国成立5G创新中心（5GIC）[4]，开启5G技术的研发进程。该创新中心由萨里大学牵头，多家行业内顶尖级的通信企业共同参与。5G创新中心规划研究将分三阶段推进：第一阶段进行能源消耗、频段效率以及传输速度等方面的基础研究；第二阶段制定未来5G技术标准规范；第三阶段建立5G技术测试的试验平台，提供实验数据，为未来5G的商用奠定基础。

2012年，韩国成立5G论坛（5G Forum），从而开启了全国范围内的5G技术研发工作。5G Forum主要负责制定国家5G战略规划、中长期的技术研究规划，并促进移动通信生态系统的建立。2013年，韩国“未来移动通信产业发展战略”，计划于2015年实现Pre-5G技术，2017年底开始进行5G试用，并于2018年在平昌冬奥会期间进行完整测试，最终于2020年实现5G网络的正式商用，以期成为全球首个5G网络商用化的国家。

2013年，日本ARIB（Association Radio Industriesand Businesses，电波产业协会）成立了“2020 and Beyond Ad Hoc”5G工作组[5]，主要开展对未来移动通信系统概念、无线接入技术、网络基本架构等方面的研究，预计于2020年东京奥运会前商用5G服务。

3 我国5G推进情况

3.1 我国1G至4G发展历程

1987年，我国首个模拟蜂窝移动电话系统在广东启用。1G时代我国基本没有公众移动通信厂商，当时建网使用的设备和终端几乎都是来自欧美通信设备厂商。可以说，1G时代我国公众移动通信产业链体系基本属于空白。

1993年，浙江正式开通首个GSM移动通信系统，随后GSM系统迅速在全国各地普及。2001年底，我国全面关闭TACS模拟移动通信网，这标志着我国2G时代的来临。中国联通于2001年开始大规模建设CDMA网络，并于2002年正式统一放号运营。从产业角度来看，2G时代我国在通信设备和终端制造方面取得一定的突破，但是在标准制定、芯片和一些关键器件方面仍然受制于人。

2009年，工业和信息化部分别向中国移动、中国电信和中国联通发放了基于TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA技术标准的3张3G牌照，这标志着我国正式进入3G商用元年。我国主导制定的TD-SCDMA成为国际三大主流3G标准之一，这标志着我国公众移动通信领域进入自主创新时期。从产业角度来看，我国TD-SCDMA终端芯片的国产化率达70%，在国内形成并逐步完善了由中国企业主导的移动通信产业链。

2012年，由我国主导制定的TD-LTE-A被ITU确认为国际两大4G标准之一。2013年，工信部向中国移动、中国电信和中国联通发放了TD-LTE牌照，标志着我国4G商用开启。与TD-SCDMA相比，TD-LTE市场在国内有较快的成长速度。此外，TD-LTE在国外的市场也得到了广泛认可，国际化效果十分明显。

3.2 我国5G计划简述

我国于2013年5月成立了专门的5G推进工作平台――IMT-2020（5G）推进组，组织国内各方力量积极推进5G技术及国际标准研发进程。我国5G国家科技重大专项已经启动，其将与“863”任务相衔接，支持863项目的研究成果转化应用到IMT-2020国际标准化进程中。该专项计划已于2015年启动毫米波频段移动通信系统关键技术研究与验证、5G网络架构研究、5G国际标准评估环境、5G候选频段分析与评估、下一代WLAN关键技术研究和标准化与原型系统研发以及低时延、高可靠性场景技术方案的研究与验证。

总体来看，我国5G推进计划与ITU的5G推进时间表相匹配，即2013年开始5G需求、频谱及技术趋势的研究工作，2016年完成技术评估方法研究，2018年完成IMT-2020标准征集，2020年最终确定5G标准。

3.3 我国5G主要成果

2012年我国将IMT-2020作为5G命名，并于2013年初成立了IMT-2020（5G）推进组，组织推进国内5G研发；2014年，我国向ITU建议将IMT-2020作为5G命名；2015年，我国主推的5G命名――IMT-2020被ITU采纳。

2014年5月，我国IMT-2020（5G）推进组面向全球《5G愿景与需求》白皮书，详述了我国在5G业务趋势、应用场景和关键能力等方面的核心观点[6]。在5G关键性能指标方面，我国主推的八个指标均被ITU纳入《IMT未来技术趋势》研究报告。在应用场景方面，我国提出的连续广域覆盖、热点高容量、多连接大功耗和低时延高可靠等四大场景也与ITU结论基本相符。在无线技术方面，我国主推的大规模天线阵列、超密集组网、新型多址等核心技术，以及全双工、灵活频谱使用、低时延高可靠等重点技术均被ITU采纳。在网络技术方面，我国建议的SDN、NFV、C-RAN、用户为中心网络等关键技术也被采纳。此后，我国IMT-2020（5G）推进组又陆续了《5G无线技术架构白皮书》、《5G概念白皮书》和《5G网络技术架构白皮书》等，真实反映了我国意图引领5G发展的姿态。

4 推进5G研发的意义

4.1 满足新一代信息通信各种业务需求

随着移动互联网、物联网等新一代信息通信技术的飞速发展以及智能终端的日益普及，各种新兴应用不断涌现，全球数据流量需求也呈现指数式增长。爱立信预测全球无线网络用户数将在2019年前超过92亿，互联设备数量将增加10～100倍。我国《5G愿景与需求》白皮书预测未来十年全球移动数据业务流量将以每年接近100%的速度增长，未来用户多样化、复杂化的业务需求也随之增加。同时，随着业务与应用的日益丰富，用户也将更加关注网络体验，从而将对网络带宽、速率、延时性等网络能力提出更高的要求。面对不断扩张的用户规模、海量数据流量需求，以及多样化、复杂化的业务和服务质量需求，未来网络在覆盖范围、连接数、吞吐量等方面都将遭遇巨大挑战[7]。而5G高达20 Gbps的峰值传输速率、低至毫秒级的时延、支持500 km/h的移动性以及高达600万个/km2的连接设备密度足以应对这些挑战，而且能够激发和创造更多的用户需求和应用，从而成为未来移动互联网高速发展时代的必然选择。因此，积极推进5G技术研发对满足未来信息通信多样化业务和应用需求、提升用户体验具有重要意义。

4.2 抢占5G标准国际竞争优势地位

5G移动通信技术凭借其诱人的性能优势成为全球移动通信领域研发竞争的新焦点。欧盟、英国、韩国等国家和地区早在2012年就已成立5G研究推进组织，启动5G研究计划。同时，国外主流企业，如爱立信、三星、诺基亚等，都在积极开展5G技术与标准的预先研究工作，并呈现了跨国合作的态势。5G关乎移动通信技术的未来走向，前期的投入决定了后续的竞争力，尽早在基础标准方面展开研究并确立优势，是在未来市场竞争中占据领先地位的前提。目前，在5G研发的初始阶段，主动跟随国际移动通信技术发展步伐，加速推进相关技术标准研发，积极参与国际5G发展愿景、应用需求、关键技术及频谱规划等方面的合作研究，确保抢占未来5G发展先机，对在新一轮国际竞争中争取标准的优势地位具有重要意义[8]。

5 我国5G进一步工作建议

为实现我国引领5G发展的战略目标提供支撑，我国应进一步加强国际交流与合作，并加大5G技术方案、评估方法和候选频段的研究及推进。

一是主推我国5G候选技术方案成为ITU标准。目前，全球业界已基本达成共识，将在3GPP制定全球统一的5G标准，然后提交至ITU成为5G国际标准。为此，推进组将继续深入开展大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型多址及新型网络架构等5G技术研究，推动3GPP形成包含我国主推技术的5G技术标准，然后以此为基础形成5G候选技术方案并提交至ITU。

二是提前布局并主导ITU 5G技术评估工作。一方面，以5G愿景中的场景和关键性能指标为基础，提前布局开展5G技术性能需求、评估准则和评估方法等方面的研究。另一方面，积极争取ITU 5G技术评估相关工作组的重要职位，使ITU 5G技术评估进程与我国计划相符。此外，将加强与其他主要国家、研究组织与企业的交流合作，促进5G务实发展[9]，推动5G评估工作向有利于我国的方向发展。

三是加快ITU 5G候选频段规划及研究。5G发展面临巨大的频谱缺口，迫切需要推动ITU深入开展5G候选频段研究与规划。一方面，我国应当开展3.4―3.8 GHz等6 GHz以下频段的移动通信业务和其他业务的共存研究和频谱共享技术研究[10]。另一方面，将深入开展6 GHz以上频谱需求、候选频段及信道特性的研究，积极引导ITU相关工作节奏，支持在WRC会及以后开展相关频率规划工作，争取在支持的高频段范围与欧盟等国家形成联盟。

6 结束语

下一代公众移动通信系统不仅能够带来巨大的经济效益，还能够推动全社会的信息化发展。为抢占未来发展先机，在国际电信联盟的统筹下，全球各主要国家和地区、国际组织等都在加大5G推进力度。我国5G研发工作在稳步推进过程中也取得了一定进展。由本文的分析可以看出，加快推进5G研发，抢占5G国际标准地位，对应对未来信息通信产业需求大、竞争广的特点具有重要意义。而我国移动通信的发展经历了1G的空白，到2G的技术引进，到3G的主动跟随，再到目前4G的国际并行。为使我国自主移动通信技术和产业引领5G时代，我国应加快研究5G标准，评估5G技术，规划5G候选频谱。

参考文献：

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[2] 周钰哲. 《5G宣言》推动欧盟5G频谱规划[N]. 中国电子报， 2016-09-20.

[3] FCC. FCC adopts rules facilitate next generation wireless technologies[EB/OL]. [2016-07-14].https：//www.fcc.gov/document/fcc-adopts-rules-facilitate-next-generation-wireless-technologies.

[4] 周钰哲. 美国5G频谱未来管理趋势[N]. 人民邮电报， 2016-08-10.

[5] 高芳，赵志耘，张旭，等. 全球5G发展现状概览[J]. 全球科技经济t望， 2014（7）： 59-67.

[6] 陈骞. 国外5G推进态势[J]. 上海信息化， 2015（12）： 83-85.

[7] IMT-2020推进组. 5G远景与需求[R]. 2014.

[8] 张弛. 5G技术发展脉络分析[J]. 移动通信， 2015，39（9）： 5-8.

[9] 何廷润. 5G“强化频率统筹” 急需提升国际话语权[J]. 通信世界， 2016（16）： 35-36.

[10] 陈如明. 5G推进及其务实发展战略思考[J]. 移动通信， 2016，40（1）： 11-17.

[11] 周钰哲. 我国频谱共享的可行性研究与推进建议[J]. 电信科学， 2016（5）： 146-151.