本文從5G未來發(fā)展和應(yīng)用的愿景出發(fā)，全面揭示5G系統(tǒng)所需要具備的技術(shù)能力，并結(jié)合一組關(guān)鍵的能力；

本文還闡述了5G為了實(shí)現(xiàn)這些能力所需要的關(guān)鍵技術(shù)，包括3D-MIMO、以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)、軟件定義空口、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)切片；

面向5G的商業(yè)部署部分，本文介紹了全球各國政府和運(yùn)營商的5G商用計(jì)劃；

為了實(shí)現(xiàn)2020年的5G商用部署，以中國移動(dòng)的5G產(chǎn)業(yè)推進(jìn)計(jì)劃為例，本文詳細(xì)介紹了

基于中國移動(dòng)發(fā)布的5G試驗(yàn)技術(shù)要求，以及相應(yīng)的5G外場試驗(yàn)演示和相應(yīng)的測試結(jié)果。

引言

4G打開了移動(dòng)寬帶通信的大門，給人們的日常工作和生活帶來了很大的方便，使社會(huì)運(yùn)行管理更加高效。4G LTE系統(tǒng)的快速發(fā)展刺激了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的繁榮，即時(shí)消息、網(wǎng)上購物、導(dǎo)航、網(wǎng)上支付、視頻等應(yīng)用層出不窮。智能手機(jī)不僅是一種交流工具，同時(shí)也是個(gè)人的社交平臺(tái)。手握智能手機(jī)，可以自由選擇網(wǎng)購或者使用手機(jī)支付進(jìn)行線下購物，使我們的日常生活變得比以往更加方便，改變了我們的消費(fèi)行為和日常行為。4G的快速滲透培育了新的移動(dòng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)功能面臨著新的挑戰(zhàn)。通過消費(fèi)類電子產(chǎn)品的突破，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），高清晰度視頻技術(shù)（4K/8K），裸眼3D等技術(shù)都將推出實(shí)際應(yīng)用。這些夢幻般的應(yīng)用對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的容量和效率提出了更高的要求，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛則要求更低的時(shí)延和更高的可靠性。

另一方面，隨著人與人之間通信市場在未來幾年內(nèi)將達(dá)到飽和狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)需要通過向垂直行業(yè)擴(kuò)展服務(wù)來培育新的市場。更高效的通信工具和能力將使萬物互聯(lián)的狀態(tài)成為可能。與傳統(tǒng)的人與人通信相比，機(jī)器類型通信（MTC）要求極低的成本、極低的功耗、極大的連接密度和極深的覆蓋范圍，尤其是遠(yuǎn)程醫(yī)療，工業(yè)控制和智能電網(wǎng)要求超高可靠性和超低時(shí)延（URLLC）。

4G在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中的拓展為我們提供了很好的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。首先，服務(wù)和內(nèi)容應(yīng)盡可能靠近用戶部署，這樣可以減少業(yè)務(wù)獲取的延遲，提高用戶體驗(yàn)。其次，新服務(wù)和應(yīng)用的部署應(yīng)該是快速和低成本的。此外，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持靈活可重構(gòu)的部署，滿足差異化的應(yīng)用場景和需求。

面對(duì)以上的應(yīng)用需求，4G難以滿足，這就需要把期望寄托在新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。5G的目標(biāo)是在2020年實(shí)現(xiàn)商用，所以在ITU-R WP 5D中也被稱為IMT-2020。根據(jù)2013年以來的研究進(jìn)展，移動(dòng)行業(yè)已經(jīng)就5G愿景和典型應(yīng)用場景達(dá)成了共識(shí)，其中包括增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB、低成本低功耗的大規(guī)模連接（mMTC）、超高可靠性和超低延遲通信（URLLC）。針對(duì)上述應(yīng)用場景，ITU-R詳細(xì)定義了相應(yīng)的性能需求，例如，10 Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率、1 ms空口傳輸時(shí)延、比4G提高3-5倍的頻譜效率、每平方公里千兆的連接密度、每平方公里10 Tbps的業(yè)務(wù)密度、以及100倍的功效提升等。為了保持整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，我們期望5G具有極低成本特性，每比特性價(jià)比能提高1000倍。

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的性能需求，3GPP自2015年起開始在無線接入網(wǎng)絡(luò)工作組開展5G新無線空口（NR）的可行性研究，計(jì)劃在2018年6月前發(fā)布第一個(gè)5G NR版本，2019年底發(fā)布第二個(gè)5G版本；而3GPP服務(wù)架構(gòu)工作組早在5G NR之前就開始了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

隨著3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)化工作的推進(jìn)，5G諸多領(lǐng)先國家也公布了他們的5G商業(yè)計(jì)劃。韓國在平昌2018年冬季奧運(yùn)會(huì)上提供基于“非3GPP”規(guī)范（OTSA規(guī)范）的5G服務(wù)演示，日本計(jì)劃在東京2020年夏季奧運(yùn)會(huì)期間舉辦5G商業(yè)發(fā)布會(huì)，中國計(jì)劃2020年開展5G商用。Verizon也宣稱將在2017年開始部署5G。5G工作正在朝著2020年之前商用的目標(biāo)穩(wěn)步前進(jìn)。

1、愿景和需求

移動(dòng)通信深刻地改變了人們的日常生活，人們對(duì)更高性能移動(dòng)通信的渴望是無止境的。展望未來，一些趨勢正在耗盡現(xiàn)有4G無線網(wǎng)絡(luò)的能力，包括：

爆炸性增長的數(shù)據(jù)流量；

大幅度增加的互連設(shè)備數(shù)量；

不斷出現(xiàn)的新服務(wù)和應(yīng)用場景。

為滿足超出上一代系統(tǒng)能力的前所未有的需求，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。5G將滲透到未來社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時(shí)空限制，提供極佳的交互體驗(yàn)，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴；5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。

5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

圖1 5G總體愿景

5G典型場景涉及未來人們居住、工作、休閑和交通等各種區(qū)域，特別是密集住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會(huì)、地鐵、快速路、高鐵和廣域覆蓋等場景。這些場景具有超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動(dòng)性等特征，可能對(duì)5G系統(tǒng)形成挑戰(zhàn)。

在這些場景中，考慮增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、云存儲(chǔ)、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、OTT消息等5G典型業(yè)務(wù)，根據(jù)部署和業(yè)務(wù)提供的特點(diǎn)，5G技術(shù)場景可以分為eMBB，mMTC和URLLC三類。根據(jù)用戶的預(yù)測分布情況，不同業(yè)務(wù)的比例以及數(shù)據(jù)速率和時(shí)延等業(yè)務(wù)需求，可以得出5G的關(guān)鍵性能要求。5G需要具備比4G更高的性能，支持：

0.1-1 Gbps的用戶體驗(yàn)速率；

每平方公里一百萬的連接數(shù)密度；

毫秒級(jí)的端到端時(shí)延；

每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度；

每小時(shí)500 km以上的移動(dòng)性；

數(shù)十Gbps的峰值速率。

其中，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時(shí)延為5G最基本的三個(gè)性能指標(biāo)。同時(shí)，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營的效率，相比4G，頻譜效率提升5-15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

性能需求和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力，猶如一株綻放的鮮花。紅花綠葉，相輔相成，花瓣代表了5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，其中花瓣頂點(diǎn)代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉代表了三個(gè)效率指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。

圖2 5G關(guān)鍵能力

除了上述關(guān)鍵性能指標(biāo)，5G還有望為整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)帶來可持續(xù)發(fā)展，因此5G系統(tǒng)的成本效率要比4G系統(tǒng)高出100倍。為了解決成本效益問題，應(yīng)盡量降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，簡化網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、部署、優(yōu)化和維護(hù)。

圖63D-MIMO平均頻譜效率

圖73D-MIMO邊緣頻譜效率

圖12eMBB TDD幀結(jié)構(gòu)

圖13低時(shí)延TDD幀結(jié)構(gòu)

圖14試驗(yàn)基站分布圖

圖15試驗(yàn)基站位置圖

表3基站基本參數(shù)

圖165G外場測試結(jié)果