数字话5G

    2017年，被认为是5G元年。这一年，中国工信部组织的5G研发测试进入二阶段，开始5G系统样机的外场试验，运营商也开始进行5G试验网的建设。对于即将到来的5G时代，让我们一起来全面了解一下。

1个标准达成共识

在5G标准的制定上，各个国家、组织都表现出极大的热情，积极推动5G标准的形成和统一。率先提出5G标准的是美国Verizon，它于2016年7月11日提出了其5G无线标准，包含了大带宽、短帧长、自包含帧结构、LDPC编码、MIMO赋形及导频增强，可以说是一个小而聚焦的准5G标准。当时大家都有对全球5G标准碎片化的忧虑，担心各个国家都提出自己的5G标准。在混乱的局面中，在中兴通讯等中国企业的支持下，中国政府坚定地提出了全球5G要统一标准的口号，并积极联合欧盟、日、韩等国家，在标准制定上逐步达成了共识，使得在后续的全球5G标准制定上，继续围绕着3GPP这个5G标准体系运作。得益于中国5G产业强大的技术实力和市场号召力，和业界对5G愿景的统一认识，以及对5G全球部署的统一需求，几乎所有国家都愿意用同一个标准和同一个节奏来推进5G的商用。目前，3GPP已确定将在2017年底确定Non-Standalone标准，2018年6月完成第一个5G标准版本（Release 15），2019年底完成满足ITU要求的5G标准完整版本。这样，全球在5G标准制定、商用部署的时间点上达成了一致，全球5G一个标准的目标也基本达成。

3个场景描述愿景

未来社会中，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种场景的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

在5G愿景上，全球已经基本达成共识，5G将满足3个场景的需求：增强移动宽带eMBB（enhanced Mobile Broad-Band）、海量机器通信mMTC（massive Machine-Type Communication）和uRLLC超高可靠低时延通信（ultra-Reliable Low-latency Communication)。

5方力量共同推进

5G产业的发展，是全产业链推动的结果，起主要作用的是政府、行业组织、运营商、设备商、互联网企业等5方力量。

各国政府是5G推动的核心力量。中国科技部早在2012年11月就开始在863计划框架下组织专家进行5G技术研讨，并于2013年5月发布863计划第一期5G项目征集，拉开了中国政府支持5G技术研究的大旗。欧盟也在2012年11月启动名为“METIS”的5G研发项目。美国政府联邦通信委员会在2016年7月批准了5G网络建设的频率，白宫也同时宣布将投入4亿美元支持5G技术研发和网络测试。

除了各国政府积极支持5G技术研究外，区域性的行业组织也积极组织了5G研发和测试工作。中国IMT-2020（5G）推进组在2013年2月成立，旨在推动中国5G技术研究和产品开发，并与2016年1月正式启动了中国5G研发外场试验。欧盟也于2014年2月成立了5GPPP（后更名为5G IA），推动欧盟5G的研发。

运营商/设备商，是5G研发和落地的核心力量，他们联合梳理5G核心需求，甄别5G关键技术，最终共同确定5G的部署场景与核心指标体系。

互联网企业是5G产业的搅局者和重要推动者。Facebook发布了开源基站，Google发布了免费WiFi和毫米波无人机，这些都从另一个角度推动5G的发展。

6种技术各显神通

ITU和3GPP甄选出了一系列的5G候选技术，以下是6种典型的5G技术。

●　大规模天线阵列

大规模天线阵列在现有多天线基础上通过增加天线数，可支持数十个独立的空间数据流，将数倍提升多用户系统的频谱效率，对满足5G系统容量与速率需求起到重要的支撑作用。大规模天线阵列应用于5G，需解决信道测量与反馈、参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现、波束管理等关键问题。

中兴通讯通过在技术领域的不断创新，基于大规模天线阵列技术开发出Pre5G产品，实现了5G技术的4G化，并成功在LTE商用网络中应用，使整个系统的网络容量提升到300%，得到中国移动、日本软银等国内外知名运营商的高度评价。凭借Pre5G Massive MIMO，中兴通讯在2016年世界移动通信大会上获得“最佳移动技术突破奖”和“CTO选择奖”。

●　新型多址接入技术

新型多址技术通过发送信号在空/时/频/码域的叠加传输，实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外，新型多址技术可实现免调度传输，显著降低信令开销，缩短接入时延，节省终端功耗。

通过前期的大量技术预研投入，中兴通讯创造性地提出基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入（MUSA）技术。与业界其他技术相比，MUSA展现出较大的技术优势和业务适应能力，并在国际标准化组织3GPP中成功牵头立项“New Study Item proposal: Study on Non-orthogonal Multiple Access for NR”（RP-170829）。

●　超密集组网

超密集组网通过增加基站部署密度，可实现频率复用效率的巨大提升，但考虑到频率干扰、站址资源和部署成本，可在局部热点区域进行超密集组网，实现百倍量级的容量提升。干扰管理与抑制、小区虚拟化技术、接入与回传联合设计等是超密集组网的重要研究方向。

在IMT-2020（5G）推进组中，中兴通讯负责牵头超密集组网课题研究。

●　全频谱接入

全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱（包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等）资源，来提升数据传输速率和系统容量。6GHz以下频段因其较好的信道传播特性可作为5G的优选频段，6~100GHz高频段具有更加丰富的空闲频谱资源，可作为5G的辅助频段。信道测量与建模、低频和高频统一设计、高频接入回传一体化以及高频器件是全频谱接入技术面临的主要挑战。

中兴通讯拥有全套高低频接入技术方案及相关设备，并与中国移动成功进行了外场测试，产品性能优异。

●　新型编码

LDPC码的译码性能非常优秀，接近于香农极限性能；并且译码器具有天然译码并行性，可以实现非常高的吞吐量设计和低时延；结构化校验矩阵设计，可大为降低译码复杂度。中兴通讯在5G标准制定中成功引领了Compact Matrix的设计，在标准会场上展现出强大的技术实力。

极化码（Polar Codes）是2009年由Arikan提出的，一种被严格证明可以达到信道容量的构造性的信道编码方法。除了容量可达以外，极化码还具有规则的编码结构，在构造时无需通过随机搜索进行码结构的优化。由于其出色的渐进性能以及结构化的构造方式，极化码具有非常重要的研究价值，在未来数字通信系统中具有非常好的应用前景。在我国政府的统一组织和指导下，国内各大公司的紧密合作，Polar码成功用于5G控制信道。

●　网络关键技术

未来的5G网络将是基于SDN、NFV和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。5G网络架构将包括接入云、控制云和转发云（简称“三朵云”）三个域。接入云支持多种无线制式的接入，融合集中式和分布式两种无线接入网架构，适应各种类型的回传链路，实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。5G的网络控制功能和数据转发功能将解耦，形成集中统一的控制云和灵活高效的转发云。控制云实现网络切片管理、局部和全局的会话控制、移动性管理和服务质量保证，并构建面向业务的网络能力开放接口，从而满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率。转发云基于通用的硬件平台，在控制云高效的网络控制和资源调度下，实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。

中兴通讯凭借在该领域的不懈投入，在国际标准化组织3GPP中成功牵头《3GPP TS 37.340 Multi-connectivity》和《3GPP TS 38.414 NG data transport》的规范制定。

8个指标全面提升

5G将解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都可能成为不同场景的挑战性指标。根据ITU的定义，与IMT-Advanced（4G）相比，IMT-2020（5G）将全面提升8个方面的关键能力：

●　峰值速率从1Gbps增强到10Gbps以上，提升10倍以上；

●　体验速率从10Mbps增强到100Mbps，提升10倍；

●　频谱效率提升3倍；

●　支持的移动性从350km/h增强到500km/h；

●　时延从10ms降低到1ms，提升了10倍；

●　每平方公里连接数从10万个增强到100万个，提升了10倍；

●　网络能效提升100倍；

●　区域流量从0.1Mbit/s/m2增强到10Mbit/s/m2，提升100倍。

5G相比4G，关键性能指标有了相当大的提升。总结起来，就是高速率、大容量、海量连接、高可靠、低时延。

万亿产业蓝图

5G将给各国经济带来活力，创造大量就业机会。根据2017年HIS的数据，到2035年，中国5G总产出将达9840亿元，创造950万个就业岗位，居全球首位；第二是美国，5G总产出将达7190亿元，创造340万个就业岗位；日本居第三，5G总产值达3075亿元，创造210万个就业岗位。预计到2035年5G全面商用时，5G价值链将在全球产生大约2.5万亿元经济价值，创造就业岗位将近2000万个。