|
5G：第五代移动通信技术的简称 ，4G技术的延伸，弥补了4G技术的不足，在吞吐率、时延、连接数量、能耗等方面进一步提升系统性能。 5G致力于应对2020年后多样化差异化业务的巨大挑战，满足超高速率、超低时延、高速移动、高能效和超高流量与连接数密度等多维能力指标。
5G的总体愿景5G网络就是第五代移动通信网络。 5G将通信的作用从人与人之间的连接扩展到各行各业、万事万物之间的互相连接，形成崭新的数字化社会、物联网世界新格局。5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。 在最近几年里，普通人了解到 的5G特征往往是速度快。 当前，4G LTE网络服务传输速率实际仅为75Mbps。 而在5G网络中，最早SAMSUNG电子利用64个天线单元的自适应阵列传输技术，成功地在28GHz波段下达到1Gbps的传输速率，实现了新的突破。 未来5G网络的传输速率可达到10Gbps，这意味着手机用户在不到1s时间内即可下载一部高清影片。
在通信业内人士眼里，5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G网络将来支撑的设备远远不止是智能手机和平板电脑，它还要承载个人智能通信工具、可穿戴设备等。5G网络将是4G网络的颠覆性升级版，它的基本要求并不仅仅体现在无线网络上，还有为实现5G功能而搭建的核心网、承载网以及接入网。
5G概念提出的背景移动互联网和物联网是推进未来移动通信网络发展的两大驱动力。移动互联网颠覆了传统移动通信业务模式，为用户提供前所未有的、多样化的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。2014年到2019年全球IMT流量将进一步快速增长，总的流量上涨倍数达到几十到100倍。中国国内由国家技术创新委员会、工信部和发改委组织的IMT-2020（5G推进组）于2014年发布的《 5G愿景与需求白皮书》中预计，2010~2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010~2030年 将增长近20000倍。中国的移动数据流量增速高于全球平均水平，预计2010~2020年将增长300倍上，2010~2030年将增长超过40000倍。发达城市及热点地区的移动数据流量增速更快，2010~2020 年上海移动数据流量的增长率可达原来的600倍，北京热点区域移动数据流量的增长率可达原来的1000 倍。
另外，我国“互联网+”国家战略需求中明确指出：未来电信基础设施和信息服务要在国民经济中下沉，满足农业、医疗、金融、交通、流通、制造、教育、生活服务、公共服务、教育和能源等垂直行业的信息化需求，改变传统行业，促生跨界创新。因此，未来5G网络不仅需要继续面对移动互联网业务带来的挑战，例如：频谱效率和用户体验速率的提升，时延的减少，移动性的增强等，同时还需要满足物联网多样化的业务需求。
从信息交互对象不同的角度出发，目前5G应用分为三大类场景：增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（uRLLC）。eMBB 场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上， 对于用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。mMTC 和 uRLLC都是物联网的应用场景，但各自侧重点不同。mMTC 主要是人与物之间的信息交互，而 uRLLC 主要体现物与物之间的通信需求。未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。预计到2020年，全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100 亿，其中中国将超过20亿。全球物联网设备连接数也将快速增长， 2020年将接近全球人口规模达到70亿，其中中国将接近15亿。
5G的三大业务模式为了更好的面向数字化的世界，服务数字化的社会，全球范围内的运营商都在进行数字化转型。运营商数字化转型的目标在于为企业客户、消费者提供 ROADS (Real- time, On-Demand, All online, DIY, Social) 体验，这需要通过端到端协同整体架构才能够实现，需要在各个环节都实现敏捷，自动化和智能化。运营商的网络、运营系统、业务的全面云化是必要条件和实现手段。 5G 时代将以一张物理的基础网络支撑多种不同的商业需求，云化的端到端网络架构通过以下几个方面实现上述需求：
- 在同一套物理基础设上基于不同的业务需求生成逻辑隔离的独立运行的网络切片，通过基于数据中心的云化架构支撑多种应用场景。
- 利用CloudRAN对无线接入网络进行重构，满足5G时代多技术连接以及RAN功能按需部署的需求。
- 通过控制面和用户面（C/U）分离，功能模块化以及统一的数据库管理技术简化核心网络架构，实现网络功能的按需配置。
- 基于应用驱动来自动的生成，维护，终止网络切片服务， 利用敏捷的网络运维降低运营商的运营成本。
5G时代新的通信需求对现有网络提出了包括技术上的，商业模式上的种种挑战，需要下一代移动网络来满足。ITU将5G时代的主要移动网络业务划分为三 类：eMBB（Enhanced Mobile Broadband）, uRLLC(Ultra-reliable and Low-latency Communications) 以 及 mMTC（Massive Machine Type Communications）。
eMBB 聚焦对带宽有极高需求的业务，例如高清视频，虚拟现实/增强现实等等，满足人们对于数字化生活的需求。比如：移动的环境中，网联无人机对大带宽、低时延的需求，将会引爆众多高价值创新行业应用。初期可以采用4G拓展应用，后续随着5G引入业务体验更好、创新应用更多。
uRLLC 聚焦对时延极其敏感的业务，例如自动驾驶/辅助驾驶，远程控制等，满足人们对于数字化工业的需求。比如：5G技术可满足车联网低时延、高速、高可靠性的业务需求，可以重新定义汽车安全，促使车联网创新应用成为现实。
mMTC 则覆盖对于联接密度要求较高的场景，例如智慧城市，智能农业，满足人们对于数字化社会的需求。比如：奠基国家工业互联网，助力中国制造2025，采用授权频率，使用4G/5G及有线网络等技术，基于运营商的泛在网络，为工业互联网工厂内外数据应用提供连接服务，主要包含采集类、控制类、监测类等应用。
5G的技术定义5G（第五代移动通信）是IMT（国际移动通信）的下一阶段，ITU（国际电信联盟）将其正式命名为IMT-2020。目前，ITU正在对IMT-2020进行初步的规划。此外，端到端系统的大多数其他变革（既包括核心网络内的，又包括无线接入网络内的）也将会成为未来5G系统的一部分。在移动通信市场中，IMT-Advanced（包括LTE-Advanced与WMAN-Advanced）系统之后的系统即为“5G”。
在大力研发5G潜在“候选技术”的同时，全球移动通信行业对于5G技术研发驱动的理解也逐步达成了共识。ITU-R（国际电信联盟无线电通信局）确定未来的5G具有以下三大主要的应用场景：1）增强型移动宽带；2）超高可靠与低延迟的通信；3）大规模机器类通信。具体包括吉比特每秒移动宽带数据接入、智慧家庭、智能建筑、语音通话、智慧城市、三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实、行业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车等。
一项技术创新可以分为渐进式创新、模块创新、架构创新和彻底创新4类。从2G到4G是频谱效率和安全性等逐步提升的渐进式创新，也是在维持集中式网络构架下的模块式创新，还有从网络构架向扁平化和分离化演进的架构创新。但到了5G时代，除了网络能力以外，还必须面向各种新的行业服务，提供随时需要的、高质量的连接服务，这也要求5G网络的建设是多方位的、彻底的创新。
移动网络架构架主要包括核心网和无线接入网，到了5G时代，移动网络按循序渐进的方式引入5G网元设备。
Step1：5G NR（新无线）先行， 5G基站（gNodeB）与4G基站（eNodeB）以双连接的方式共同接入4G核心 网。 Step2：5G基站独立接入5G核心网（NGCN，下一代核心网）。 Step3：5G基站和4G基站统统接入5G核心网，4G核心网退出历史舞台。
以上5G网络架构演进看似整体一致，实际上，大家把核心网和无线接入网分开来看，其内部架构发生了颠覆性的改变。核心网的网元由4G时代的MME/SAE-GW变为5G时代的AMF/UPF（AMF/UPF是由中国移动牵头提出的SBA 5G核心网基础架构）。 - AMF（Mobility Management Function）负责控制面的移动性和接入管理，代替了MME的功能。
- UPF（User Plane Function） 负责用户面，它代替了原来4G中实行路由和转发功能的SGW和PGW。
另外一个概念是5G系统服务架构，这是一个基于云原生设计原则的架构，不仅要对传统4G核心网网元NFV虚拟化，网络功能还将进一步App模块化，实现从驻留于云到充分利用云的跨越，以实现未来以App化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。
为了灵活应对智慧城市、车联网、物联网等多样化的服务，使能网络切片，核心网基于云原生构架设计，面临毫秒级时延、海量数据存储与计算等挑战，云化的C-RAN构架和实时的移动边缘计算（MEC）应运而生。 从核心网到接入网，未来5G网络将分布式部署巨量的计算和存储于云基础设施之中，核心数据中心和分布式云数据中心构成网络拓扑的关键节点。这是一场由海量数据引发的从量变到质变的数据革命，是一场由技术创新去推动社会进步的革命，因此，5G需广泛地与各行业深入合作，共同激发创新，从而持续为社会创造价值。
无线接入网发生的主要改变是分离，首先是控制面和用户面的分离，其次是基站被分离为AAU、DU和CU这3个部分。
5G无线关键技术有微基站（Small Cell）和Massive MIMO。 5G的容量需求是4G的1000倍，峰值速率10～20Gbps，要提升容量和速率无非就是增大频谱带宽、提升频谱效率和增加小区数量“三板斧”操作。 首先是频谱带宽，高频段的频率资源丰富，同时，目前小于3GHz的低频段基本被2G/3G/4G占用（中国移动的5G目前规划为2.6G整频段，电联需要退出目前4G的占用），所以，5G必然要向高频段3.5～30GHz（甚至更高）扩展。那么如何解决频段越高，穿透能力越差，覆盖范围越小的问题就引出了 5G的两大关键技术—Massive MIMO和微基站。
微基站已成为未来解决网络覆盖和容量的关键。未来城市路灯、广告牌、电杆等各种街道设施都将成为微基站挂靠的地方。Massive MIMO就是在基站侧配置远多于现有系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服务多个用户。它可以大幅提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，简言之， 就是通过分集技术提升传输可靠性、空间复用提升数据速率、波束赋形提 覆盖范围。 MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用，同时使用多个终端的天线，这样一来，大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的、虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观地去思考提升系统容量。
波束赋形是指大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射（或接收）信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。它可以补偿无线传播损耗。 国家政策驱动下，“企业上云”的进程将进一步加快。云业务的发展，对网络需求自内生而建，使两者从独立走向融合。5G超高速上网和万物互联将产生呈指数级上升的海量数据，这些数据需要云存储和云计算，并通过大数据分析和人工智能产出价值。与此同时，为了面向未来多样化和差异化的5G服务，一场基于虚拟化、云化的ICT融合技术革命正在推动着网络重构与转型。
引入新的组件： 编排器和网络控制器，地市城域网实现互连、地市PTN网络实现互连、新增云专线网关，最终实现“云+专线” 融合业务的自动化发放。
关于5G的标准ITU和3GPP5G最重要的标准化组织有ITU和3GPP。其中，ITU是联合国负责国际电信事务的专业机构，其下分为电信标准化部门（ITU-T）、无线电通信部门（ITU-R）和电信发展部门（ITU-D），每个部门下设多个研究组，每个研究组下设多个工作组，5G的相关标准化工作是在ITU-R WPSD 下进行的。ITU-R WPSD是专门研究和制订移动通信标准IMT（包括IMT-2000和IMT-Advanced）的组织，根据ITU的工作流程，每一代移动通信技术国际标准的制订过程包括业务需求、频率规划和技术方案3个部分，当前对5G的时间表已经确定了3个阶段： - 第一个阶段截至2015年底，完成IMT-2020国际标准前期研究，重点是完成5G宏观描述，包括5G的愿景、5G的技术趋势和ITU的相关决议，并在2015年世界无线电大会上获得必要的频率资源；
- 第二个阶段是2016~2017年底，主要完成5G性能需求、评估方法研究等内容；
- 第三个阶段是收集5G的候选方案。
而3GPP是一个产业联盟，其目标是根据ITU的相关需求，制订更加详细的技术规范与产业标准，规范产业行为。3GPP（the 3rd Generation Partnership Project）是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA、美国的T1和中国的无线通信组CWTS共6个标准化组织伙伴组成。3GPP的会员包括组织伙伴、市场代表伙伴和个体会员3类。3GPP市场代表伙伴不是官方的标准化组织，它们是向3GPP提供市场建议和统一意见的机构组织。
5G的几个3GPP阶段性标准根据3GPP此前公布的5G网络标准制订过程，5G整个网络标准分几个阶段完成，如下图所示。 2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR（New Radio）首发版本正式发布，这是全球第一个可商用部署的5G标准。 非独立组网的NSA 5G标准被冻结，但这只是一种过渡方案，仍然依托4G基站和网络，只是空口采用5G，算不上真正的5G标准。 非独立组网标准的确立，可以让一些运营商在已有的4G网络上进行改造，在不进行大规模设备替换的前提下，将移动 网速提升到5G网络，即1Gbps速率。
R15阶段重点满足增强移动宽带（eMBB）和低时延高可靠（uRLLC）应用需求，该阶段又分为两个子阶段：第一个子阶段，5G NR非独立组网特性已于2017年12月完成，2018年3月冻结；第二个子阶段，5G NR独立组网标准于2018年6月14日冻结。2018年6月，已经完成了5G独立组网（SA）标准，支撑增强移动宽带和低时延高可靠物联网，完成了网络接口协议定义。现在的R15 5G标准只能算是第一阶段，重点满足增强移动宽带（eMBB）和低时延高可靠（uRLLC）应用需求，可用于设计制造专业5G设备以及网络建设，单独建立一张全新的5G网络，可以满足超高视频、VR直播等对移动带宽需求大的业务，而无人驾驶、工业自动化等需要高可靠连接的业务也有了网络保证。
5G第二个标准版本R16计划于2019年12月完成，2020年3月冻结，全面满足eMBB、uRLLC、大连接低功耗场景mMTC 等各种场景的需求。可以说，预计2020年3月形成的5G标准才是完整的5G标准。5G技术标准由3GPP确定之后，还需要经过ITU认定。 解读3GPP R152018年6 月14日， 3GPP 全会批准了首个5G独立组 网（SA）标准，这意味着3GPP首个完整的5G标准R15正式落地，5G产业链进入商用阶段。3GPP正式最终确定5G第二阶段标准（R16）的15个研究方向。
2018年6月发布的SA标准完成了5G核心网架构，实现了5G独立组网。此次独立组网标准的冻结，让5G确定了全新的网络架构和核心网组网方式，让网络向IT化、互联网化、极简化、服务化转变。 在IT化方面，全App化的核心网实现了统一的IT基础设施和调度。功能App化、计算和数据分离是代表性的技术。传统“网元”重构为5G的“网络功能”，以“App”的形式部署，充分发挥云化、虚拟化技术的 优势。将处理逻辑和数据存储分离，更便于提升系统的可靠性、动态性、大数据分析的能力。
在互联网化方面，从固定网元、固定连接的刚性网络到动态调整的柔性网络。服务化架构（SBA，Service- based Architecture）、新一代核心网协议体系（基于HTTP2. 0/JSON）是其代表性技术。SBA的设计是由模块化、可独立管理的“服务”来构建的。服务可灵活调用、灰度发布，实现网络能力的按需编排和快速升级。传统电信特有的接口协议代之以互联网化的API调用，使得5G网络更加开放、灵活。
在极简化方面，极简的转发面提高性能，集中灵活的控制面提升效率。C/U分离（控制面和用户面离）、新型移动性及会话管理是其代表性技术。通过C/U分离，一方面实现控制面集中部署、集中管控、集中优化，另一方面实现用户面功能简化，实现高效、低成本、大流量的数据转发。移动性管理和会话管理解耦，使得终端可以按需建立会话连接，节省了网络地址和存储资源。同时，针对不同的终端类型定义了多种类型的移动性管理，简化了终端和网络的状态。
在服务化方面，从通用化服务到个性化、定制化服务。网络切片、边缘计算是其代表性技术。网络切片提供定制化、逻辑隔离、专用的端到端虚拟移动络（包括接入网、核心网），是5G面向垂直行业、实现服务可保障的基本技术形式。而边缘计算将网络的功能应用靠近用户部署，使得极致的低时延、本地特色应用成为可能，是5G满足如智能工厂等垂直行业业务需求的重要基础。
同时，在无线侧，5G NR为设计、架构、频段、天线4个方面带来新变化。
在设计上，与以往通信系统不同，通信行业和垂直行业的跨界融合是5G发展的关键之一。为满足垂直行业的各种差异性需求，并应对部署场景的多样性与复杂性，5G在帧结构等方面提出了全新的设计。与4G相比，5G提供了更多可选择的帧结构参数，可根据5G基础通信业务、物联网和车联网等多样化应用场景，以及宏基站、小基站等不同网络部署需求灵活地配置，通过“App定义空口”的设计理念使无线信号“量体裁衣”，通过同一个空口技术来满足5G多样化的业务需求，大幅提升5G网络部署的效率。
在架构上，为了使组网方式更加灵活并提升网络效率，5G引入了接入网CU/DU分离的无线接入网架构，可将基站的功能分成实时处理的DU部分和非实时处理的CU部分，从而使得中心单元CU可以部署到集中的物理平台，以承载更多的小区和用户，提升了小区间协作和切换的效率。
在频段上，5G系统需要不同频段来共同满足其覆盖、容量、连接数密度等关键性能指标要求。因此，与4G不同的是，5G通过灵活的参数设计（子载波间隔和CP长度等），可支撑更大范围的频率部署，包括6GHz以下以及6GHz以上的毫米波频段。其中，6GHz以下频段主要用于实现5G系统的连续广域覆盖，保证高移动性场景下的用户体验以及海量设备的连接；而6GHz以上频段能够提供连续较大宽，可满足城市热点、郊区热点与室内场景极高的用户体验速率和极高容量需求。
在天线上，5G支撑大规模天线大幅度提升系统效率。大规模天线实现三维的波束赋形，形成能量更集中、覆盖更立体、方向更精准的波束。在大规模天线的架构下，波束扫描与波束管理等多个5G先进技术成为可能，网络覆盖及用户体验的顽健性可得到进一步的提升，实现更好的控制信道和业务信道的覆盖平衡。
我国提出的5G目标随着IMT-2020（5G）推进组发布5G试验第三阶段规范，5G预商用开始进入倒计时。此前在2017年12月1日，3GPP的5G第一个标准冻结，打响了全球5G市场竞赛的发令枪。在全球产业链的共同推动下，5G商用时间点不断被提前。
大家移动通信领域在经历了“2G追赶，3G突破，4G并进”的进阶之后，在即将到来的5G时代，我国通信业正在酝酿一出更加精彩的大戏—“5G引领”，这是中国移动通信产业提出的新目标。要实现5G引领，从2017年年底到今年年初各方面的一系列动作看，我国正在政策引导、频率规划和技术创新等多方面协同发力。 当前，全球多国正积极筹备5G试商用。日前，美国运营商AT＆T已经明确宣布：“2018年将会在十余个美国城市首先推出5G服务，其部署的5G将是3GPP不久前刚刚批准的5G标准。”亚洲其他国家也已经宣布5G商用时间表，其中，韩国将于2018年平昌冬奥会期间实现5G预商用，而日本预计将于2020年为东京奥林匹克运动会提供5G商用服务。
目前，国内布局5G的步伐还在不断加快，中国5G第三阶段试验大幕已经拉开。第三阶段的重点是面向5G商用前的产品研发、验证和产业协同，开展商用前的设备单站、组网、互操作，及系统、芯片、仪表等产业链上下游的互联互通测试，全面推进产业链主要环节基本达到预商用水平。目前，根据国内三大运营商规划，2018年已经开始陆续在主要城市进行5G试验，2019年则进行规模试商用，2020年正式开始商用部署。中国移动前期预计在若干城市建设每城20个基站的预商用试验网，中国电信表示将在2018年之前完成原型无线组网的验证阶段，目前在广东深圳、成都、兰州、江苏苏州、上海、河北雄安六地启动中国电信5G示范网试验。中国联通目前正在加快推进相关研究工作，计划2018年在多个城市启动5G外场试验工作，2019年进一步扩大试验规模。 作为5G发展的基础性资源，频谱对5G商用进展有至关重要的作用。2017年11月，我国率先发布了5G系统在中频段频谱使用规划，明确将3300-3400MHz（原则上限室内使用）、3400-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段。与之前2G、3G、4G相比，5G具备远超以往的带宽、更高的速率，且同时支撑千亿级物联网设备的连接，5G所需频谱数量也远超之前几代移动通信之和。与此同时，为了实现移动宽带、低时延、超大规模组网三大应用场景，5G系统在规划之初就确定了“全频段”，需要从高频、中频、低频统筹规划。 在低频段大多为现有2G、3G和4G占用的情况下，在中频段上，3.5GHz频段因为有利于信号覆盖，被全球多个国家视为5G网络的先锋频段。目前，我国已为IMT分配522MHz，低频段频谱需求808-1078MHz，频谱缺口300-500MHz。 在中国IMT-2020（5G）推进组的领导下，以中国移动为代表的中国企业发挥了重要的作用，贡献的文稿数占整个项目文稿数的半壁江山。5G系统架构（5GS）项目由中国移动担任报告人主导完成，并得到全球超过67家合作伙伴的大力支撑，是中国人首次牵头设计新一代移动网络的系统架构。在全球运营商中，中国移动的文稿贡献数和通过数都排在第一位。 还有，HUAWEI在5G核心技术上作出了与其市场体量相匹配的创新贡献，在5G编码技术、多址技术、空口技术、天线技术、网络架构、物联网接入、用户体验保证上都有原创型技术，这些原创技术在3GPP前一阶段的5G关键技术“选美”中获选，随着标准的冻结，固化为国际标准。
中兴近年来也一直致力于对包括Massive MIMO、MUSA（多用户共享接入）、FB-OFDM（滤波器组OFDM）、虚拟和网络分片等在内的核心5G技术进行研发，并携手产业链合作伙伴，共同推动5G研发进程。 从2G到5G，中国实现了从追赶走向引领，在通信领域前所未有地接近世界大格局的中央。5G引领，符合国家“强国战略，中华民族伟大复兴”的战略目标，需要政府、运营商、设备商以及社会各行各业发生共振效应，共同努力才能实现。整个过程任重而道远，需要大家不忘初心，砥砺前行。
| 
发表于 2019-7-7 11:46:17
