5G淺談

　　ICCSZ訊   2013年12月4日，工信部公告向國內(nèi)三大運(yùn)營商同步頒發(fā)TD-LTE模式4G商用牌照; 2015年2月27日，時(shí)隔一年多后，工信部公告向中國聯(lián)通和中國電信頒發(fā)FDD LTE模式4G商用牌照。至此，中國的移動(dòng)通信市場全面邁入4G時(shí)代，國內(nèi)各運(yùn)營商更廣大的移動(dòng)通信用戶從此開始可以享受4G技術(shù)帶來的高品質(zhì)移動(dòng)寬帶服務(wù)。雖然4G技術(shù)正方興未艾、如火如荼的蓬勃發(fā)展，關(guān)于5G的討論已經(jīng)開始，什么是5G?5G技術(shù)有什么特點(diǎn)?本文概要介紹5G的概念、當(dāng)前已經(jīng)形成的一些共識(shí)和發(fā)展?fàn)顩r。

　　5G，狹義來講是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)的無線接入網(wǎng)技術(shù);廣義來講是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)，泛指包括無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及相關(guān)支撐系統(tǒng)的完整的技術(shù)體系。通常，從移動(dòng)通信技術(shù)代際劃分的角度來看，提供公眾移動(dòng)通信服務(wù)的移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了如下發(fā)展：1G、是指以在歐洲及中國規(guī)模部署的TACS系統(tǒng)和北美規(guī)模部署的AMPS系統(tǒng)為代表的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)：模擬蜂窩通信系統(tǒng);2G、以北美IS-95/cdma系統(tǒng)、日本PDC系統(tǒng)及其他國家和地區(qū)廣泛部署的GSM系統(tǒng)為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)：數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng);3G、以中國的TD-SCDMA、日本歐洲廣泛部署的WCDMA和北美韓國中國規(guī)模部署的CDMA2000為代表的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng);4G、以全球廣泛部署的FDD LTE和TD-LTE為代表的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　　雖然5G已經(jīng)在中國、歐洲、北美、日韓等國家和地區(qū)的通信管理機(jī)構(gòu)、高校和相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、通信系統(tǒng)和設(shè)備供應(yīng)商、運(yùn)營商等從業(yè)及相關(guān)群體中開始廣泛的討論，但是，目前業(yè)界尚未達(dá)成關(guān)于5G的統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，離形成具體的技術(shù)規(guī)范體系還有比較大的距離。當(dāng)然，雖然沒有形成關(guān)于5G的具體的共識(shí)，但是，在很多大方向上，業(yè)界還是有許多共識(shí)的。

　　共識(shí)一、5G技術(shù)將于2020年前后投入商用。移動(dòng)通信行業(yè)有個(gè)比較有趣的10年換代現(xiàn)象：第一代移動(dòng)通信技術(shù)出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)80年代初;第二代移動(dòng)通信技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)90年代初開始部署;日本于2001年部署全球第一張3G商用網(wǎng)絡(luò);瑞典和挪威于2009年12月部署全球第一張LTE商用網(wǎng)絡(luò)。據(jù)此，業(yè)界相信，5G系統(tǒng)將于2020年前后投入商用。業(yè)界普遍預(yù)期，借諸如世界杯等舉世矚目的盛事的東風(fēng)，2017~2018年可能有5G的預(yù)商用系統(tǒng)投入規(guī)模測試，2020年前可能有行業(yè)先驅(qū)運(yùn)營商開始部署5G商用網(wǎng)絡(luò)以迎接2020年奧運(yùn)會(huì)。

　　共識(shí)二、5G的系統(tǒng)特性將包括相比以往各代移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，更大的系統(tǒng)容量、更高的系統(tǒng)速率、更低的系統(tǒng)時(shí)延及更可靠的連接。

　　一、更大的系統(tǒng)容量和更高的系統(tǒng)速率：隨著ICT技術(shù)的快速發(fā)展，除了人與人間的傳統(tǒng)語音通信、以微信為代表的社交通信等方式外，機(jī)器類型的通信(MTC)、設(shè)備與設(shè)備間的通信(D2D)等正隨著物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的飛速發(fā)展而日益普遍，萬物互聯(lián)的時(shí)代正離我們?cè)絹碓浇?，這對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)包括4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量、系統(tǒng)速率提出了重大挑戰(zhàn)。為此，5G技術(shù)需在系統(tǒng)容量和系統(tǒng)速率方面具備顯著的優(yōu)勢(shì)。業(yè)界通常認(rèn)為，5G的系統(tǒng)峰值速率應(yīng)該超過10Gbps。

　　二、更低的系統(tǒng)時(shí)延和更可靠的連接：現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)包括4G移動(dòng)通信系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)諸如車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)駕駛技術(shù)等方面，在系統(tǒng)時(shí)延和連接可靠性上尚存在差距，比如以120公里每小時(shí)行駛的汽車，每秒行駛33.3米，假如系統(tǒng)時(shí)延100毫秒(考慮通信系統(tǒng)時(shí)延和處理時(shí)延)，則汽車已行進(jìn)3.3米，可能已經(jīng)造成不安全的后果。因此，業(yè)界通常認(rèn)為5G的系統(tǒng)時(shí)延應(yīng)該控制在1毫秒級(jí)。同樣道理，采用雙連、多連等相關(guān)技術(shù)手段，提升連接的可靠性也是5G需要實(shí)現(xiàn)的重要的系統(tǒng)特性。

　　共識(shí)三、5G可能將會(huì)采用更高頻率的頻譜。要實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量和更高的系統(tǒng)速率，按香農(nóng)定理，頻譜帶寬越大越好，頻譜資源越多越好。運(yùn)營商通常傾向于采用頻率較低的頻譜：較低頻率頻譜具備更好的傳播特性，更適合實(shí)現(xiàn)更深、更廣的覆蓋，是運(yùn)營商以較好的成本效率實(shí)現(xiàn)更廣、更深覆蓋的重要資源。然而，低頻率的頻譜基本被現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)、電視廣播系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、航空航天系統(tǒng)、工業(yè)民用控制系統(tǒng)等系統(tǒng)占用，難覓足夠帶寬的空閑頻譜。因此，5G系統(tǒng)可能不得不采用6GHz之上的頻譜。6GHz以上的頻譜資源的優(yōu)劣勢(shì)與較低頻率頻譜反過來：比較容易找到足夠帶寬的空閑頻譜;但是因?yàn)轭l率高，傳播特性不適合深度覆蓋和廣域覆蓋，或者說實(shí)現(xiàn)深度覆蓋、廣域覆蓋的成本太高、代價(jià)太大。

　　共識(shí)四、5G系統(tǒng)可能將會(huì)采用更先進(jìn)的天線技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量和更高的系統(tǒng)速率，采用先進(jìn)天線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多收多發(fā)(MIMO)、多流是一個(gè)重要的技術(shù)手段。4G系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛使用先進(jìn)天線技術(shù)，業(yè)界通常認(rèn)為，5G將采用更加先進(jìn)的天線技術(shù)，比如陣列天線(Phased Array Antenna)和大規(guī)模多收多發(fā)(Massive MIMO)。目前，業(yè)界先驅(qū)進(jìn)行的5G技術(shù)演示，也紛紛使用了陣列天線(比如128陣元天線)和大規(guī)模多收多發(fā)。

　　共識(shí)五、5G系統(tǒng)可能是對(duì)當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的一個(gè)補(bǔ)足，而不是立刻取代。受限于5G技術(shù)可能采用更高頻率的頻譜，預(yù)計(jì)5G系統(tǒng)將在比較長的一段時(shí)間內(nèi)與工作在較低頻率的其他移動(dòng)通信系統(tǒng)相互補(bǔ)足，傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更好的深度和廣度覆蓋及傳統(tǒng)的已勝任應(yīng)用的承載，5G系統(tǒng)承載有更大容量、更苛刻系統(tǒng)時(shí)延要求的應(yīng)用。業(yè)界有觀點(diǎn)認(rèn)為，5G可能采用全新的無線接入方式，雖然目前具體采用何種新型的接入方式尚無明確定論，但業(yè)界通常認(rèn)為，現(xiàn)有工作在較低頻率的系統(tǒng)仍將以現(xiàn)有接入方式存在并按現(xiàn)有接入方式演進(jìn)比較長的一段時(shí)間。

　　共識(shí)六、5G不會(huì)一蹴而就，而在5G部署之前及5G開始部署的一段時(shí)間之內(nèi)，4G/LTE仍將持續(xù)發(fā)展和演進(jìn)。目前， 4G/LTE除了演進(jìn)到LTE-A的智能立體網(wǎng)絡(luò)、多點(diǎn)協(xié)調(diào)(CoMP)、載波聚合(CA)等技術(shù)之外， LTE部署在3.5GHz頻譜上的LTE-Hi、LTE授權(quán)和非授權(quán)頻譜聚合(LAA)等4G演進(jìn)技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展，愛立信的5G演進(jìn)方案——LTE-E，將率先在2016年底逐步實(shí)現(xiàn)商用，并最終通過LTE-E和LTE-NX的緊密協(xié)同完成向5G的升級(jí)。

　　目前，5G尚處在需求規(guī)范協(xié)調(diào)和溝通階段，各國政府或其委托的相關(guān)組織和電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)紛紛提出關(guān)于5G的需求預(yù)期，贊助或創(chuàng)造條件促進(jìn)相關(guān)高校、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、運(yùn)營商相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備及芯片廠商等積極投入5G的研發(fā)。為提升5G技術(shù)的專利授權(quán)占比，占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)，各行業(yè)先驅(qū)也紛紛大力投入、積極進(jìn)行5G相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和技術(shù)儲(chǔ)備，引導(dǎo)5G技術(shù)的順利發(fā)展。