5G标准及产业进展综述

马洪源，肖子玉，卜忠贵

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 前言

随着移动通信技术的发展，人类进行信息交互的手段更加高效便利。但基于连接规模的运维模式开始遇到增长瓶颈，产业的发展需要拓展更多的业务场景，创造更多的连接规模和应用。虚拟现实、增强现实和高清视频需要网络支持1～10 Gbit/s的空口传输速率；自动驾驶、远程医疗的发展要求网络时延从4G网络的100 ms降低到1 ms；新的业务对网络能力提出了更高的要求，而网络技术的不断创新又促使网络能力得到大幅提升，在需求和技术的双重驱动下，5G技术应运而生。

不同于前几代移动通信技术，5G除了满足人们超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性需求外，还将渗透到物联网领域，与工业设施、交通物流、医疗仪器等深度结合，全面实现“万物互联”，有效满足工业、交通、医疗等垂直行业的信息化服务需求。5G提供了一张灵活多变、按需服务的网络，融入各行各业，将改变社会生活和生产方式，为运营商带来潜在商机。

2 5G标准进展

2.1 频谱进展

如图1所示，5G可用新频谱主要集中在中高频段，但频段越高，传播损耗越大，难以快速建立一个5G连续覆盖网络，覆盖因素和建网成本成为制约。初期建网需要考虑LTE存量频谱兜底，并通过上下行解耦、载波聚合、天线阵列化（Massive MIMO）、波束赋形等多种技术手段提高频谱效率和上下行覆盖范围。

根据全球移动设备供应商协会（GSA）2018年1月15日发布的报告，全球已经有17个国家/地区发布了5G频谱拍卖或5G商用牌照发放计划。涉及频段主要包括3.5 GHz、4.9 GHz附近的中频段以及26 GHz、28 GHz附近的高频段的5G频谱。

我国工业和信息化部也于2017年11月15日发布了《关于第五代移动通信系统使用3 300-3 600 MHz和4 800-5 000 MHz频段相关事宜的通知》，明确指出5G新分频谱中频首发，毫米波待定。

图1 5G可用新频段示意图

5G发展，频谱先行；预计中国将在2018年完成运营商5G商用频段的分配。

2.2 3GPP 5G标准进展

3GPP 5G标准工作主要集中在R15和R16，包括无线接入网及核心网。其中R15第一个完整的5G标准计划在2018年6月冻结，作为基础版本R15能够实现新空口（NR）技术框架的构筑，具备站点储备条件，支持行业应用基础设计，支持网络切片（核心网），主要面向eMBB场景；而计划于2019年底冻结的R16则致力于为5G提供完整竞争力，持续提升NR竞争力，支持D2D、V2X、增强实时通信等功能，满足URLLC及mMTC增强场景。

如图2所示，截至2017年底，R15完成了第一个基于非独立组网（NSA）的空口标准，业务需求、网络架构及基本流程也已确定，安全及计费相关内容启动较晚，接口及应用协议仍在进一步讨论中。为确保R15按期完成，部分R16工作已暂时搁置。

5G NSA新空口标准的提前冻结是3GPP 5G标准进展向前迈出的实质性一步，它将有利于尽快开展5G NR验证及建设工作。该模式下，5G需要依托现有LTE网络，将控制面锚定在LTE网络上，用户面根据覆盖情况由5G NR和LTE共同承载，或者由5G NR独立承载，该方案支持双连接，QoS和计费增强。

2.3 5G传输标准进展

传输网主要技术标准不属于3GPP体系，存在多种实现方案。业内部分厂家认为5G初期传输网只需要在4G的基础上进行升级、流量扩容即可。但面对传输带宽需求增大、传输时延要求降低、网络组织重构及差异化承载等新的需求，5G仍然需要考虑传输网的建设，但5G初期传输网更多需要考虑的是优化调整而非技术革新。

5G传输网技术涉及多个标准组织，包括ITU-T（国际电信联盟电信标准化）、OIF（光互联论坛）、IEEE（电气与电子工程师协会）等。ITU-T SG15是5G承载标准研究的主战场，主要研究5G传送的需求和解决方案；切片分组网（SPN）/灵活以太网（FlexE）主要在OIF相关会议中确定完成；移动优化的光传送网（M-OTN）/灵活光传送网（FlexO）和超高精度时间同步均在ITU-T SG15提出，具体性能和实现方法仍在进一步讨论；TSN（时延敏感网络）主要由IEEE802.1提出并完善，目前TSN大部分标准制定已接近尾声。随着5G需求的明确和3GPP 5G标准的完成，5G传输的标准化工作已全面开展，预计部分工作在2018年将陆续完成和完善，部分运营商已在2017年底编制完成了5G传输网企业标准。

图2 3GPP 5G标准进度示意图

3 5G产业进展

5G产业进展主要从全球主要地区主要运营商5G部署情况、5G主流芯片及终端、5G网络产品及国内5G测试情况等几个方面入手分析和阐述5G产业进展情况。

3.1 运营商部署进展及计划

美韩部分运营商已陆续宣布5G商用计划，全球主要运营商普遍计划在2020年左右进行5G商用部署，部署初期大部分运营商倾向于NSA模式组网，主要面向个人移动用户和固定用户。

美国 Verizon采用自定义5G标准，2017年在美国11个城市采用28 GHz建设5G预商用网络，提供固定无线接入（FWA）服务；2018年全美范围内正式商用FWA；2020年开始提供移动服务。美国 Sprint计划在2019年采用2.5 GHz频段实现5G商用，同时也考虑28 GHz、39 GHz；初期倾向于NSA模式组网，业务定位在eMBB场景。

日本 NTT DoCoMo计划2020在东京及其他部分地区启动5G服务，主要面向eMBB场景和高带宽、低延时的AR/VR， V2X场景。组网采用NSA模式，近期部署Option 3x；长期目标首选 Option 7x。韩国 KT宣布2018年冬奥会期间进行少量5G商用部署，面向个人eMBB场景。初期采用NSA模式，从Option 3x逐步演进到Option 7x，最后到SA；但近期也在讨论是否直接采用SA组网。未来KT还会考虑部分低频段重耕（Band 8/900M、Band 3/1.8 G、Band 1/2.1 G）。

英国 Vodafone5G总体需求不急切，仅个别区域有需求，业务关注eMBB和URLLC；计划在2019年下半年开始5G商用，初期倾向于NSA模式组网。法国Orange和德国DT目标是2020年实现5G商用，2018年进行5G试验；业务关注eMBB和URLLC、FWA、车联网等，主要面向个人移动用户、固定用户，初期优选NSA模式组网。

3.2 5G芯片及终端

2017年高通、英特尔、海思、展讯、大唐、中兴都在紧锣密鼓地开展5G芯片技术研究，但大都还处于5G标准化的进程中，并正在进行5G芯片的相关技术准备；部分厂家也发布了5G芯片产品路标，分别从芯片型号、支持标准及产品形态、支持频段等维度说明了对5G的支持计划。

高通保持了芯片领域一如既往的优势，已推出针对6GHz以下频段、毫米波频段及频谱共享技术的全覆盖5G新空口原型系统，以支持测试、展示及验证5G设计，推动和追踪3GPP 5G新空口标准化进程，加速5G新空口大规模试验和商用部署。海思半导体正在开发支持5G网络的麒麟处理器，计划2018年下半年推出商用产品。展讯5G研发全面提速，计划在2018年下半年推出第一款支持3GPP R15 NSA标准的5G商用芯片，2019年推出支持SA的5G芯片，之后还将根据3GPP标准的完成情况不断更新产品。联发科也在加速发力基带，并在2017年底完成5G原型芯片的设计，2018年投入验证阶段。英特尔在5G研发上的跟进速度也很快，目前已推出吉比特基带和全球首款5G通用调制解调器，同时英特尔为了避免通信设备领域的弱势，还把汽车作为突破口。如联合宝马和自动驾驶系统开发商发布智能驾驶平台，基于高带宽的5G做车载通信，实现自动驾驶。

虽然主流芯片厂商都对于5G芯片虎视眈眈，但基于目前主流芯片及终端厂家产品进展，预计5G标准冻结后3个月，部分芯片厂家陆续推出商用芯片，并能够提供CPE，待芯片成熟之后3～6个月智能手机才能问世。市场调研机构Strategy AnalyTIcs近日也发布报告预测，5G智能手机将在2019年商业化，不过直到2022年，4G手机仍会是市场主流。

3.3 5G移动通信设备产品路标

由于传输网标准尚未明确，无线网及核心网产品进度较传输网产品更为清晰明确。

如图3所示，通过对市场主要通信设备厂商产品路标调研：部分厂家在2018年初即推出支持NSA模式的核心网和无线接入网产品，基本与标准冻结同步；大部分厂家在2018年中陆续推出针对NSA模式的商用产品及SA模式的试商用产品；为充分发挥5G技术特性，针对主要城区热点覆盖，3.5 G无线产品优选64T64R，一般城区采用16T16R产品，对高频段产品的支持普遍在2019年之后。

3.4 5G测试进展

根据GSA在2018年1月15日发布的报告，全球已有56个国家的113家移动通信运营商展示或正在试验、测试5G技术，所涉及的5G关键技术有：5G无线侧的组网密集化、Massive MIMO，网络功能云化、端到端网络切片、承载组网弹性化等。

我国于2016年启动5G测试，截至2017年底已完成5G关键技术试验、5G技术方案验证，并启动第三阶段5G系统验证测试；测试工作有力支撑了5G研发技术的试验和国际标准的制定，也加速了产业链的合作与技术的成熟。

2016年1月启动的第一阶段关键技术验证测试在无线技术方面，进行了大规模天线、新型多址、新型多载波、先进编码、超密集组网、高频段通信等关键技术测试；在网络技术方面进行了网络切片、边缘计算、网络功能重构、C/U平面分离等关键技术测试。5G二阶段测试于2016年9月开始，构建了全球最大的5G试验外场，组织了国内外主流的运营、设备、芯片、仪表等企业和研究单位，面向5G的典型场景，重点对5G的新空口技术方案开展实验室和外场性能功能及射频的测试，网络技术方面验证了服务化架构、5G主要业务流程及关键点。第三阶段将遵循5G统一的国际标准，并基于面向商用的硬件平台，重点开展预商用设备的单站组网性能，以及相关互联互通测试。与此同时，运营商与电信设备企业积极合作，联手进行了实验室和小规模外场测试，并计划在部分城市陆续展开面向不同应用场景的规模外场测试。

4 5G商用部署的主要影响因素分析

随着5G标准的完善和产业链的进一步成熟，5G商用的步伐也越来越快，美日韩等国相继公布了商用时间表，中国则计划2020年正式商用5G网络。以2020年5G商用为目标，结合目前产业进展，本文认为以下几点因素将对5G商用部署产生重大影响。

图3 主要通信设备厂家5G产品路标

（1）频谱分配：频谱资源是5G网络部署最关键的基础资源，5G可商用频谱的确定和分配将会成为影响5G商用最重要的因素。频谱资源的分配会对组网策略和建网成本造成直接和根本性的影响，它将决定无线能否基于现有站址规划和站间距实现连续覆盖以及上行覆盖是否需要通过技术手段进行优化补偿等一系列问题。

（2）场景定位：5G的应用场景及价值定位也是影响5G商用的重要因素。如果是eMBB场景，则5G或基于LTE升级能够快速实现部署；如果是基于网络切片、新网络、新功能定位， 则需要推动整个5G端到端产业进度。5G业务发展依然需要更为清晰和明确的商业场景和模式来推动。

（3）组网选择：是直接部署SA，还是先部署NSA然后逐步过渡到SA；如果部署NSA又要考虑如何演进到SA，具体采用哪几个选项。部署NSA模式、开通方式相对简单，能够无缝继承现网所有业务、接口、架构，4G、5G统一网管，运维简单；同时可以尽快开通5G，抢占市场用户。SA作为目标网络，组网逻辑架构简洁，能够更加充分地发挥5G功能特性，但由于采用了颠覆式的全新核心网架构，考虑到现网对现网大量个性化业务的继承，SA模式的部署需要长时间的验证和磨合。

（4）网络重构：虚拟化是未来核心网的必然趋势，而云化平台的成熟度以及随之而来的对运维模式、人员需求的转变都将成为5G商用的重要挑战。面向5G商用，网络虚拟化需要加快验证NFV全解耦及网络编排管理设备成熟度，并着手收敛虚拟层设备厂家。

（5）终端芯片：从目前了解到的产业进展，5G网络产品早于芯片成熟，5G智能手机则滞后于芯片1～2个季度，而基带、射频收发、功率放大器、滤波器等关键芯片及器件产品掌握在国外少数厂家手中，终端产品商业化依然面临许多不确定性因素，5G部署初期很可能面临无终端可用的情况。

5 结束语

本文从业务和技术需求指出了5G发展驱动力，分别对5G频谱、无线接入网、核心网及传输网标准进展进行了说明。从全球主要地区运营商5G部署计划、芯片及终端研发进度、主要网络设备厂商产品路标等几个维度阐述了5G产业发展情况；同时对5G测试情况进行了回顾总结。基于对5G标准及产业进展较为全面的梳理分析，指出了5G商用部署需要考虑的几个重要因素。

[1] IMT-2020（5G）推进组，5G愿景与需求白皮术[S]. 2014.

[2] 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects;System Architecture for the 5G System; Stage 2（Release 15);V2.0.1;3GPP TS 23.501[S]. 2017.

[3] 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects; Procedures for the 5G System; Stage 2（Release 15）;V2.0.0;3GPP TS 23.502[S]. 2017.