5G发展动态与运营商应对策略

李 睿 刘旭峰 高 敏 迟 建

中国联通研究院 北京 100176

1 5G技术研究进展

5G，又称IMT-2020，即第五代移动电话通信标准、第五代移动通信技术[1]，已全面进入研发测试与标准化阶段。国际电信联盟组织(ITU)已完成5G愿景研究，2017年11月启动了5G技术方案征集，2020年将完成5G标准制定。3GPP(3rd Generation Partnership Project)标准化机构已于2016年初启动5G标准研究，2017年12月完成非独立组网5G新空口技术标准化、5G网络架构标准化，2018年6月已形成5G标准统一版本，完成独立组网5G新空口和核心网标准化，2019年底将完成满足ITU要求的5G标准完整版本。目前，3GPP已确认的5G技术标准主要有：无线帧长度为10ms，子帧长度为1ms，子载波间隔为15KHz到480KHz；具有相同CP开销的不同子载波在1ms内符号边界处同步；支持slot聚合，数据传输可以扩展到1到多个时隙上。

在全球范围内，各国组织积极参与5G技术的研发，力争5G标准和产业发展主导权。日本成立5G移动通信推进论坛组织(5GMF)，于2017年正式启动5G技术试验工作，NTT docomo正在组织十余家主流企业验证5G关键技术，进行关键技术及频段筛选，计划在2020年实现5G商用以支持东京奥运会；韩国2015年发布5G国家战略，启动GIGA Korea项目，陆续投入1.6万亿韩元(约14.3亿美元)，于2018年2月平昌冬奥会上开展了5G预商用试验，计划2020年底实现5G全面商用；欧盟于2016年发布5G行动计划并启动频率规划，启动5G PPP、METIS等5G研究项目，启动5G技术试验，力争2020年实现5G技术的垂直行业应用；美国成立5G American组织，于2016年启动了5G外场试验并发布5G高频频段，投入约4亿美元支持5G试验及研发， 从2017年2月起已陆续开启5G的部分预商用。

与此同时，我国也积极部署5G研究。我国已成立IMT-2020推进组，有效推动了5G试验规划的实施，目前已有56个成员，涵盖了国内外移动通信的产学研用单位。我国已全面启动5G技术研发试验，完成了5G关键技术方案验证，2018年1月启动5G系统验证，预计2019年进入产品研发试验阶段，2020年实现5G技术的商用，如图1所示。

在技术研发试验阶段(2015～2018年)，由中国信息通信研究院牵头组织，运营商、设备企业及科研机构共同参与。其中，关键技术验证进行了单点关键技术样机功能和性能测试，包括大规模天线、新型多址、新型多载波、高频段通信、极化码、超密集组网、全双工和空间调制。结果显示，相对于LTE-A，大规模天线可实现3～4倍的频谱效率提升，结合多址、编码等关键技术，可满足ITU频谱效率指标(3～5倍)提升需求[2]；相比于LTE，采用新型多址技术可获得86%以上的下行频谱效率提升和3倍上行用户连接能力提升；相比于传统的Turbo码，极化码在静止和移动场景下可获得0.3～0.6dB的性能提升，同时与高频段通信结合可实现大于20Gb/s的数据传输能力，极化码能够有效支持ITU定义的三大场景；高频段技术方案可行，利用高频通信技术可满足10～20Gb/s的ITU峰值速率指标要求；通过大幅度降低带外泄露，可有效支持相邻子带的异步传输，可满足5G系统在统一技术框架下支持不同场景差异化技术方案的需求。技术方案验证针对不同厂商的技术方案，统一频率、统一规范，开展单基站性能测试，以及无线接入网、核心网增强技术的功能、性能和流程测试，目前已在位于北京怀柔全球最大的5G试验外场完成30个站址建设并完成5G二阶段网络部分测试。在连续广域覆盖方面，测试所采用的天线端口(通道)数分别为64和128，天线阵子数分别为128、192和256，流数则分别为16、28和48，调制方式均采用256QAM，结果显示，单用户峰值速率超过1.6Gb/s，小区峰值速率超过10Gb/s，最高达到了28Gb/s；采用100MHz子载波带宽更符合5G新空口的要求；天线通道数和阵子数的增加能够带来性能增益。在低时延高可靠方面，测试采用的TTI长度多种多样，如0.125ms、0.2ms、0.25ms以及0.5ms等，子载波间隔也有所不同，包括30/60/75KHz，编码方式有Polar、LDPC以及Turbo等，且均采用了自包含帧结构，结果显示单向空口时延均小于0.64m，可靠性＞99.999%，满足ITU要求。在低功耗大连接方面，测试均采用免调度技术，采用不同的多址技术来进行测试，包括SCMA、MUSA、PDMA，结果显示，利用新型多址技术和免调度传输，可成倍提升系统的用户连接能力，同时降低成本及功耗。同时，各技术方案在热点高容量(低频)、热点高容量(高频)、高低频混合场景等情境下完成了测试，进行了射频测试技术分析、功能测试技术分析、无线网高层协议测试技术分析、核心网测试技术分析，均可满足ITU的指标要求。

图1 5G研究进度

目前，5G技术已经确定了8大关键能力指标：峰值速率达到20Gb/s、用户体验数据率达到100Mb/s、频谱效率比IMT-A提升3倍、移动性达500Km/小时、时延达到1毫秒、连接密度每平方千米达到106个、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米达到10Mb/s[3]。较 4G而言，5G在能力和效率上都将实现大幅跨越，如表1所示。

表1 4G和5G关键能力指标对比

和4G相比，5G的提升是全方位的，5G的速率、稳定性和安全性远高于4G，能耗和时延却显著低于4G，具备了低时延、高可靠、低功耗、高容量的特点[4]，将更好地满足移动互联网和物联网的业务需求。

2 5G业务体系与应用场景展望

2.1 5G业务体系归纳

在3G时代，3GPP定义了4种基本电信业务类型：会话类、流媒体、交互类和后台类。通信技术的发展，使得电信业务不断更新、扩展，后台类业务扩展成为传输类和消息类，同时涌现出大量物联网业务，包括采集类和控制类[5]，如图2所示。

超高清、全息影像、3D和浸入式显示方式的出现，推动了流类、会话类和交互类业务进一步发展，高清流媒体的播放将更加流畅，与用户的交互方式将更加多样化、更有趣味性。传输类业务开始大量采用云存储方式，为用户带来可比拟光纤的接入体验。在消息类业务中，OTT消息类业务将逐步成为主导性应用，短信和彩信的业务量将进一步下滑。5G技术高容量、低功耗的特点，推动了物联网采集类业务的发展，海量设备可通过5G网络实现高速、低耗、安全的连接，满足智能电网、智慧交通、环境监测等场景需求；5G技术低时延、高可靠的特点，推动了物联网控制类业务的发展，毫秒级的时延和接近100%的可靠性，满足了自动驾驶、工业控制、智能家居等场景需求。

2.2 5G业务场景展望

围绕着流媒体、物联网等典型5G业务，国内外运营商对5G应用场景进行了积极探索。ITU定义了5G将应用于增强型移动宽带、超高可靠与低延迟通信、大规模机器类通信三大类业务场景[6]，本文将围绕该三类业务场景，对国内外运营商的5G部署进行梳理。

2.2.1 增强型移动宽带业务场景

5G增强型移动宽带服务将满足用户对高数据速率、高移动性的业务需求，可广泛应用于互联网视频、现场直播、全息通话等场景。

2017年1 月，AT&T正式推出了5G Evolution(演进)计划，利用DirecTV Now互联网流媒体平台进行5G视频播放测试。AT&T携手诺基亚，在39GHz系统上完成了5G固定无线流媒体测试，实验室内已达到14Gb/s的速度，延迟时间不到3ms。2017年6月，AT&T携手英特尔、爱立信进行第二次5G试验，美国奥斯汀地区的住宅和商业用户可在5G网络上观看DirecTV Now流媒体直播，并享受更快速的宽带服务。本次试验采用了英特尔5G移动试验平台和爱立信5G无线接入网络，通过固定无线5G信号传送DirecTV Now的实时电视内容，初步达到1Gb/s的体验速率。

图2 5G主要业务类型

2016年2 月，KT在韩国组委会面前展示了为2018年平昌冬奥会准备的5G技术，KT利用5G推出360度全景VR(360VR)、同步观赛(Sync View)、时间切片(Time Slice)等典型实感技术，让观众身临其境地观看奥运会。360VR可以让用户360度观看整个赛场，并可从播放画面上选一名运动员跟踪观看。Sync View通过在超高速相机内置的5G通信模块，使用户能够通过运动员视角来观看比赛。Time Slice采用数十台相机拍摄，能够提供立体影像，并捕捉精彩瞬间。实感技术能够在赛场和体验馆内实现全覆盖，场外用户在智能手机等设备上也可体验。KT已完成5G示范服务网络的部署，并于2018年2月在平昌奥运会上提供5G端到端的服务，计划于2019年开始5G商业运营，到2020年建设全国性的5G网络基础设施。

2017年4 月，Verizon和KT联合宣布，已通过5G网络接通了全球首个全息国际电话。此次测试中，两家电信运营商的5G试验网络均部署在28GHz频谱上，KT总部大楼的监视器上出现了新泽西Verizon员工的全息图，双方成功通过5G网络举行了会议。然而，本次试验中的传输图像并不是跳出机器进入空中的投影，而是局限于屏幕上的3D图像，参与通话的双方尚不能以Holoportation全息传送的方式坐在一起开会。

2.2.2 超高可靠与低延迟通信业务场景

5G技术能够支持超高可靠与低延迟的机器类通信，可广泛应用于智慧医疗、无人驾驶、车联网等场景。

2016年6 月，在伦敦举办的“5G World 2016”大会上，爱立信携手伦敦国王学院展示了远程医疗解决方案。该医疗用例利用5G技术提供清晰、可靠的触觉和视觉反馈，将机器人手指当作手术探针使用，传递给执刀医生做低创手术所需的手指感觉和图像信息，同时机器人手指能够实时同步执刀医生所做的远程操控行为，协助执刀医生实现远程手术。该演示通过5G网络切片技术来构建端到端的操控环境，从而让网络控制具有极高的可靠性和极低的延迟，确保了手术的安全性。

2016年9 月，宝马、爱立信等公司宣布成立开放性组织“5G汽车联盟(5GAA)”，该联盟将基于5G技术，开发和测试应用于自动驾驶等场景的通信解决方案。2017年2月，SKT、爱立信和宝马公司共同建立了28GHz 5G测试网络，在时速170千米的互联汽车间实现了峰值速率3.6Gb/s的数据传输，联网汽车能够接收周边的交通和障碍物信息，同时车内媒体具有播放4K UHD视频、虚拟现实现场表演和3D视频片段的能力。2017年3月，5G汽车联盟和欧洲汽车电信联盟(EATA)宣布签署车联网合作协议，促成电信运营商、汽车制造商和设备商就V2X的频谱策略、安全保障等问题进行协作。

2.2.3 大规模机器类通信业务场景

大规模机器类通信业务场景利用了5G低功耗、广覆盖的特点，面向采用大量小型传感器进行数据采集、分析和应用的场景。在5G的生态系统中，5G技术将能够适配其他技术标准[7]，如低功耗广域(LPWA)技术LTE Cat-M1、窄宽物联网(NB-IoT)等。国外运营商积极部署LTE Cat-M1、NB-IoT等网络，为5G大规模机器类通信打下基础。

2017年3月，Verizon宣布推出第一个大规模商用的LTE Cat-M1网络，主要用于物联网企业的无线接入解决方案。Verizon构建了基于Web的物联网平台ThingSpace，开放了Verizon的应用程序编程接口，便于开发人员自主研发、推广新型物联网业务，同时便于使用者端到端的管理其物联网环境，未来将重构制造业、医疗、能源及公共事业、农业科技、金融服务等八大行业。

2017年，Vodafone开始大规模部署NB-IoT，预计2020年将覆盖Vodafone全球网络。Vodafone约85%的4G基站通过简单的软件升级即可支持NB-IoT。进行商用测试的NB-IoT网路使用频段为800MHz，与Vodafone在当地提供的4G网路频段一致，Vodafone无须重新架设专用基站，数小时内即可完成4G基站的更新和NBIoT的部署，极大降低了NB-IoT部署成本。NB-IoT的高效部署为Vodafone的物联网业务发展打下了良好的基础。目前，Vodafone已涉及的物联网业务有智慧电网、公共环境和能源监测、智慧城市和资产追踪等。

由韩国政府牵头推出了“Clean City”和“Safe City”计划，利用NB-IoT网络在韩国境内部署智能空气检测器和智能路灯。LG U+和KT在2016年11月共同发布了NB-IoT战略，双方已在2017年完成NB-IoT网络的全国覆盖。韩国运营商将在智慧城市、智能交通等方面，展开NB-IoT网络和5G技术应用的积极探索。

3 5G市场推广展望与市场空间预测

3.1 5G市场推广展望

在2017年举办的5G World大会上，电信业达成一致意见——将分阶段推出5G技术，第一阶段将提供增强型移动宽带服务，在此阶段更加关注5G下载速度和容量的提升；第二阶段将为5G网络加载更多创新型功能，特别是物联网业务，在此阶段更加关注5G低延时性和无错误传输。

第一阶段的5G网络将于2020年推出，预计2021～2022年前后，加载5G芯片组的智能机开始普及，5G用户数开始激增。该阶段的5G标准3GPP R15将提供更快的数据下载速度，预计可达5Gb/s左右，同时将使用新授权的频谱，带来容量的显著提升。5G将催生更大数据流量的套餐，进一步促进视频业务的发展，并推动虚拟现实和增强现实业务的发展。类似于4G网络的推广，预计大部分运营商将首先在城市增建5G网络，在热点区域部署高频率5G网络以保证传输速率，在人流密集的地方提供更高容量的覆盖以保证网络的稳定性。增强型移动宽带服务给运营商带来的收益，很大程度上取决于2020年的宏观经济形势，经济环境直接影响了居民消费水平，这将成为运营商为增强型移动宽带服务定价的关键因素。

在5G推广的第二阶段将实施3GPP的R16标准，预计将在2022年左右进入市场，R16 5G用户数将在2023～2024年左右开始涌现。R16 5G的重要特点是低时延和无错误传输，将进一步推动物联网业务的发展，如自动驾驶、智慧城市、远程医疗等。在此阶段，运营商将有更多空间来发挥其5G网络的差异化优势，一方面可以与友商开展区域差异化竞争，如在体育场和购物中心等不同城市热点地区加强网络建设、将服务拓展至不同的乡镇，另一方面可以与友商开展业务差异化竞争，如探索有竞争优势的物联网增值业务、开放网络以与其它行业的参与者合作探索新领域。在此阶段，差异化的竞争优势将成为运营商吸引和留住高价值用户的基础。

3.2 5G市场空间预测

在数字化浪潮下，信息产业蓬勃发展，5G业务预计可达万亿级市场规模。

据Ovum预测，到2021年底，将有来自45个国家的超过120家运营商提供5G服务，全球5G移动宽带用户将达1.11亿，到2022年底可达3.89亿。

高通发布的《5G经济》报告指出，到2035年，5G将在全球创造12.3万亿美元经济产出，同时创造2200万个工作岗位，平均每年将投入2000亿美元，用于5G网络和基础设施建设[8]。5G技术将成为和电力、互联网等发明一样的通用技术，成为社会经济发展的主要驱动力之一，成为转型变革的重要催化剂。

中国信通院日前发布的《5G经济社会影响白皮书》指出，到2020年网络和终端设备投入可能高达4500亿元，到2030年5G有望在国内直接创造3万亿、间接拉动3.6万亿的经济增加值[9]。5G技术不仅能大幅提升移动互联网用户的高带宽业务体验，更能契合物联网大连接、广覆盖的业务需求，是未来移动通信市场的重要增长点，也将成为业务创新的重要驱动力。

4 电信运营商的5G运营建议

4.1 运营商在5G时代面临的机遇与挑战

5G时代的到来，给电信运营商带来了巨大商机，也带来了巨大挑战。基于5G技术的创新应用主要包括移动宽带和物联网业务。前者是4G时代的延续和升级，后者是新兴市场。对于电信运营商而言，物联网业务既是5G技术带来的机会，也是风险。

随着移动用户饱和与流量资费不断下降，仅靠移动宽带难以维持运营商收入的高速增长。因此，5G主要带给电信运营商的机会，不是增强移动宽带应用场景，而是大规模物联网和低时延高可靠通信物联网这两类应用场景。物联网为电信运营商面向智能交通、智慧城市、工业制造、远程医疗、智慧农业等垂直领域扩展提供了新的市场机会，将成为运营商收入增长的重要来源。

有机会就有风险，机会越大风险就越大。一方面，无论对电信运营商还是设备商而言，物联网业务的运营都没有先例可循，并且这一次不是市场驱动技术，而是技术使能市场，需要运营商、设备商联合垂直领域的行业翘楚，合作建立基于5G技术的物联网产业生态圈。另一方面，要真正落地低时延、全覆盖的物联网应用，需要电信运营商在网络建设方面进行大量投资。面对不断下滑的利润和大规模的网络建设投资，5G对电信运营商来说，既是机会，也是挑战。

4.2 运营商的5G运营策略

面对5G带来的机会和挑战，电信运营商需要尽早做好准备，积极部署5G运营策略。

4.2.1 加强5G生态产业圈合作

在互联网浪潮下，无论是电信运营商、互联网公司，还是终端制造商，均已从既有基础业务向新兴领域扩张，行业边界越来越模糊，行业形态从产业链条逐步演变为生态产业圈。5G生态产业圈汇集了众多行业，5G的技术研发、业务运营、市场推广等环节都需要产业圈各方通力合作。电信运营商作为网络服务的主要提供者和5G生态圈的重要参与者，应整合和利用优势资源，积极促成5G生态圈的良好运作，以实现合作共赢。

另一方面，5G基础设施建设需要大量的资金和人力投入，电信运营商需要合作伙伴带来大量的资金流和各领域的专家人才，在共享5G红利的同时，共同承担5G的投资风险。电信运营商应该和合作伙伴形成利益共同体，以联盟的模式展开合作更有助于5G应用在结盟伙伴的垂直市场中先发落地，形成市场示范效应，增强其他垂直领域对5G的信心，从而推动5G产业圈不断壮大。这种风险分担、利益共享的联盟模式，对于5G时代电信运营商探索新兴领域、发展新的商业模式，具有重要意义。

4.2.2 尽早开展5G部署

纵观国际运营商的5G动态，各国运营商均在积极参与5G技术的试验与研发，积极推动5G的商用计划，力争获得5G标准和产业发展的主导权。5G技术能够全面支撑医疗仪器、工业制造、交通运输等多个垂直领域，应用场景丰富、未来市场空间巨大，必将成为电信运营商收入增长的重要驱动力。电信运营商应该大力推动5G技术的研发与标准的落地，积极为5G的网络建设和业务运营做好准备，尽早成为5G市场的领路人。尽早开展5G部署，有助于电信运营商抢夺市场先机、获得市场的主导权，对于电信运营商的持续向上发展具有重要价值。

4.2.3 灵活部署5G，实现4G到5G的平稳过渡

尽管5G是一项新技术，但它由4G演化而来，部分5G的典型应用场景可以通过4G加强版实现。对于电信运营商而言，在5G技术正式商用前，应充分利用现有的4G网络，为5G网络的基础设施改造打好基础，灵活部署5G，积极试水典型的5G应用场景，从而实现4G到5G的平稳过渡。NB-IoT和LTE-M是两个被3GPP标准化的物联网技术，电信运营商可先行利用NB-IoT和LTE-M技术开展物联网业务，为5G时代的物联网发展打下基础。通过4G技术在物联网领域处于市场领先位置的运营商，拥有了良好的用户基础和运营经验，往往能够更好的利用5G技术实现物联网业务的快速发展。

4.2.4 有的放矢的部署5G，关注重点区域和高价值业务

在5G正式商用前，电信运营商应首先评估下，在哪些区域率先铺设网络、在哪些市场领域率先开展5G业务更有助于5G的成功运营。具体来讲，5G部署可借鉴4G部署的成功经验，电信运营商可考虑在城市发达地区、人流密集地区率先部署5G，一方面发达地区的消费水平更高，有利于通信产品ARPU值的提升；另一方面，人流密集区域对于网络的容量与速率要求更高，也更能带来规模效益。同时，电信运营商可大力发展高价值的增值业务，如智慧家庭、智能交通、工业控制等，在流量的ARPU值持续下滑的情况下，高价值的增值业务有助于电信运营商尽快回流5G投资，实现可持续发展。

5 结语

以“万物互联”为愿景，为适应海量移动数据的爆炸式增长，5G网络应运而生。5G网络有着4G不可比拟的优越性，其传输速率高，时延和能耗低，将带给用户更好的使用体验。本文归纳了5G技术的发展动态，展望了5G业务的发展方向和市场空间，并据此提出了电信运营商的5G运营策略，对于推动5G产业的发展有一定借鉴价值，未来还需在实践中进一步验证。5G产业的发展有助于推动社会信息化发展、推动GDP的快速增长，具有重大的经济价值，将成为新时代下的必然选择。