全球5G标准、频谱规划与产业发展素描

杨骅

近年来，4G产业逐渐发展成熟，全球主要国家和地区及相关通信企业纷纷将产业发展重点投向第五代移动通信系统（以下简称5G）。

标准加速，5G技术研究全面开花

5G标准进程

国际电信联盟ITU于2012年设立了“2020及之后的国际移动通信（IMT）项目”，为全球IMT-2020研究和开发提供框架，并在2015年正式将“IMT-2020”确定为5G的法定名称。2016年12月，ITU发布5G网络标准草案，涵盖达到5G移动通信系统关键性能目标所需的网络创新体系、架构、技术等内容。2017年4月19日， ITU发布第一份5G相关的国际标准ITU-T Y.3071。

全球移动通信标准化组织3GPP于2015年启动5G标准的制定工作。3GPP已经在2016年开始5G标准预研，后续5G技术方案征集、标准化工作等也在紧锣密鼓地开展。R14主要开展5G系统框架和关键技术研究，已于2017年6月冻结。R15的标准化工作已于2017年正式展开，致力于推出第一套5G标准。截至2017年12月，5G R15 第一阶段NSA（Non Stand-Alone，非独立组网）标准已宣布正式冻结。2018年6月，3GPP将完成5G R15 第二阶段SA（Stand-Alone，独立组网）标准。满足ITU全部要求的5G标准完整版本R16计划在2019年底完成，并作为IMT-2020标准提交ITU，支持增强移动宽带、大规模物联网、低延迟高可靠等5G完整业务的应用场景。

标准内容方面，R15标准制定主要面向eMBB和uRLLC两类场景，主要包括构筑NR技术框架和网络架构，设计行业应用基础。R16标准将面向5G完整业务，在持续提升NR核心技术指标的同时加强行业数字化建设，R15、R16主要技术特性详见表1。

5G核心技术

大规模天线技术。 基于大规模天线阵列（Large Scale Antenna System，LSAS）或者Massive MIMO的通信技術主要是利用大规模天线阵列带来巨大的阵列增益和干扰抑制增益，从而成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量。大规模MIMO技术不必大面积更新用户的终端设备，通过对基站的改造，帮助运营商最大限度地利用已有站址和频谱资源，为高频段移动通信提供广阔的前景。此外，较大的阵列增益能够降低发射功率，降低基站能耗，有利于实现绿色通信。

新型多址接入技术。多址接入技术是移动通信代际划分的标志性技术。以TDMA为代表的是第二代移动通信，以CDMA为代表的是第三代移动通信，以OFDMA为代表的是第四代移动通信。因此，第五代移动通信也将会出现新型的多址接入技术。目前，全球超过6家企业在开发新型多址接入技术，包括稀疏码多址技术（SCMA）、图样分割的多址接入技术（PDMA）、非正交多址接入技术（NOMA）、多用户共享接入技术（MUSA）等。5G时代的多址技术的改革和创新，将会使未来移动通信的无线接入技术达到一个新的高度。

超密集组网技术。超密集组网技术是满足2020年以后移动数据流量需求的主要技术手段。超密集组网通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点地区实现百倍量级的系统容量提升。

超密集组网技术的研究从2013年开始，已陆续有超过10家企业发布相关成果，既有系统设备厂商，也有电信运营商，不同的企业已经提出多种技术解决方案。

全频谱接入技术。全频谱技术指的是，5G通信系统可以同时利用6GHz以下和6GHz以上高频段进行无线通信。全频谱接入技术，将使得未来5G移动通信系统可以采用低频和高频混合组网，充分挖掘低频和高频无线电资源，从而满足5G通信无缝覆盖、高速率、大容量等5G系统需求。

全频谱接入技术的难点在于高频通信接入技术上。高频通信技术已经在军事通信和无线局域网（WiFi）等领域获得应用，但是在蜂窝移动通信领域的研究还处于起步阶段——需要针对移动通信应用场景进行定向开发。

新型多载波技术。多载波技术已在第四代移动通信系统上广泛应用，在未来的5G通信中多载波技术还将进一步扩大使用。5G新型多载波技术类型包括F-OFDM技术、UFMC技术和FBMC技术等。目前，5G新型多载波技术吸引了爱立信、华为、上海诺基亚贝尔、中兴等全球领先厂商竞相加大研究投入。

高频渐热，5G频谱规划 相继出台

为在全球5G发展中占得先机，以中国、美国、欧洲、日本、韩国为首的多个国家和地区已发布明确的5G频谱规划，其中高频段在5G频谱规划中渐成重点。

如表2所示，美国于2016年7月公布的5G频谱规划主要以高频段频谱为主。欧洲测试频率由1GHz以下、1～6GHz和6GHz以上频段共同组成。韩国于2018年平昌冬奥会期间在26.5～29.5GHz频段部署5G试验网络。日本重点考虑规划3.6～4.2GHz、4.4～4.9GHz、27.5～29.5GHz等频段。中国先后就3.3～3.6GHz、4.8～5GHz中段频谱以及24.75～27.5GHz、37～42.5GHz高段频谱公开征求意见，并于2017年11月明确将3.3～3.4GHz（原则上限室内使用）、3.4～3.6GHz和4.8-5GHz的中段频段划分为5G系统的工作频段。

研用并举，5G产业发展竞争加剧

5G以其独特的技术特征，为万物互联的实现打下了坚实基础，具有重大的经济和社会价值。为此，中欧美日韩等重点国家和地区都开始积极布局5G，力争在新一轮的国际竞争中抢占优势地位。截至2018年3月，全球已有62个国家和地区的136个运营商开始测试或试运行5G网络。

国内5G发展情况

我国移动通信技术起步虽晚，但5G标准研发工作已经取得较好成绩。一方面，我国相关政府、企业、科研机构等各方高度重视前沿布局，力争在全球5G标准制定上做出贡献，例如，发布“5G发展规划”，成立 “IMT-2020（5G）推进组”等。另一方面，积极开展5G技术研发试验，并取得良好进展，已于2017年底正式启动第三阶段测试。2018～2020年，中国计划推出5G产品研发试验，并于2019年展开5G试商用，2020年实现5G规模商用。

应用方面，运营商已经开启规模试验。2018年，中国移动、中国联通、中国电信将各自在5～7个城市开设5G试点（共计12个城市），进行5G规模组网试验。 预商用产品方面，目前中国移动已经实现了全球最大规模的基站、终端芯片和测试仪表端到端互通，并首次发布了5G核心网预商用产品样机测试成果。产业推进方面，中国电信成立5G开放实验室，立足推进5G产业合作，TD产业联盟组建5G测试技术工作组，为5G测试产业发展保驾护航。

国外5G最新进展

欧盟5G进展。2013年，欧盟先后启动METIS以及5G PPP项目，专注5G研究。除此之外，欧盟还支持5G-Transformer、5GEx等5G项目，参与企业涵盖欧盟主流的运营商、设备厂商以及科研单位，持续推进5G标准化和试验工作。2016年11月，欧盟发布了欧洲5G频谱战略。并在2017年底就5G技术路线图达成一致，计划2018年开始预商用测试。2020年各个成员国将至少选择一个城市提供5G服务。到2025年，各个成员国将在城区和主要公路、铁路沿线提供5G服务。

Vodafone计划从2019年下半年正式开始推出商用的5G移动通信服务。2017年7月，Vodafone在英国部署大规模MIMO，同年10月，Vodafone携手华为在米兰完成意大利首个5G新空口连接测试。德国电信于2015年2月成立5G创新实验室，推动5G技术的发展和标准化。2017年8月，德国电信与华为合作在柏林商用网络中成功部署基于最新3GPP标准的5G新空口网络连接，同时采用5G新空口与4G LTE非独立组网架构。2018年2月，德国电信与华为成功完成全球首次5G高阶毫米波73GHz（E-band）多小区网络验证，并表示将在2018年试运行5G网络。

应用方面，欧洲5G产业推进主要是基于各垂直行业典型场景的示范应用。针对交通场景，欧洲电信运营商Telia 、爱立信、英特尔联合塔林客豪华游轮公司，将5G技术应用于游轮无线接入，为消费者提供超高速千兆无线服务。针对工业控制场景，在欧盟数字峰会及美国拉斯维加斯CES展览中进行5G业务演示，通过增强现实远程控制系统来遥控工业挖掘机，突显5G对恶劣或危险的工业环境创造的无限功能和机会。

美国5G进展。研发方面，2012年，美国纽约设立无线研究中心，专注5G研究。英特尔、博通公司以及贝尔实验室以及AT&T;、Verizon、T-Mobile等运营商也积极开展5G研发，掌握了多项5G核心技术。2016年，AT&T;以及Verizon领先开展了5G商用试验。

运营商方面， AT&T;正与12家以上的全球型技术公司合作，为5G网络的部署作充分准备。AT&T;于2016年初进行第一次固定无线5G蜂窝网络测试，2017年在四个地区地区推出5G演进网络，2018年3月宣布将采用白盒设备部署6万个5G宏站及5G小基站，并计划2018年年底前在美国十几个城市内推出5G通信服务。Verizon已经在2016年年初开始了5G现场测试，同年 7月完成5G无线规范。2017年开始向美国包括亚特兰大、达拉斯、丹佛、休斯顿、迈阿密、西雅图和华盛顿等11座城市的特定用户提供高速无线5G网络，计划在2018年之前提供固定5G无线服务，2020年开始提供移动服务。T-Mobile计划利用600MHz频段在2019年开始推出真正的全国性5G服务，到2020年全面推出5G服务。美国Sprint公司将于2019年上半年利用其所持有的2.5GHz频谱在全美范围内商用5G移动通信网络。

应用方面，美国目前主要将5G技术应用于固定无线接入场景，即使用28GHz高频段5G技术向固网很难覆盖或光纤很难部署的地区提供宽带接入服务。与此同时，在FCC的频谱支持以及运营商的积极推进下，美国28GHz高频产业链得以快速发展，网络设备、芯片终端、测试仪表和关键元器件等产业环节均已积极布局。特别是在终端芯片环节，以高通为代表的领先企业已宣布将在2018年底推出支持Sub 6GHz及毫米波的5G调制解调器芯片。

韩国5G进展。韩国是全球最早開展5G研究的国家之一，2013年6月，韩国以SKT牵头，启动了5GForum，5GForum汇聚韩国内外知名企业，致力于打造韩国主导的5G产业生态。2014年4月，韩国宣布由KAIST主导进行为期5年的5G技术研究。韩国监管机构KCC针对5G提出了应用模型，其应用涵盖了5G网络为基础的全息影像应用、云端即时数据连接等。韩国政府为5G发展制定了很高的战略目标：韩国成为引领世界的5G通信强国，到2020年使韩国成为世界终端市场第一、国际标准专利竞争力第一，使韩国在全球设备市场份额升至20%（目前份额是4.4%）。

2017年底韩国开始提供5G核心服务的模拟服务，在2018年平昌冬奥会上提供5G试商用服务。2017年5月，韩国电信KT正式进入到了新型预标准5G试验网络的最后阶段。2017年9月，韩国电信KT开始正式部署5G网络（28GHz），部署完成后，KT对其进行了3到4个月的稳定性测试，并于2018年2月起正式提供5G服务。韩国电信KT计划在2019年下半年开始全国商用部署5G网络，并推出具备5G毫米波工作频段的智能手机。

SK Telecom于2015年10月在韩国设立5G移动网络研究中心5G Playground，在2017年6月成功展示了使用3.5GHz频段的5G通信。SK Telecom计划在2018年6月参与5G频谱拍卖，12月底开始建设非独立组网（NSA）的5G商用网络，2019年正式商用第一批5G网络与终端设备，2020年扩大5G商用范围，保证网络稳定运行。

目前，LG U+与三星、华为等合作开发5G技术。2017年9月，LG U+携手华为在首尔成功完成了5G密集城区外场第一阶段测试，涵盖了毫米波28GHz的覆盖和容量测试。2017年10月，LG U+联合华为使用全球首款基于芯片组架构的5G毫米波CPE，成功完成了全球首次IPTV over 5G 的预商用验证，加快了LG U+ 5G商用进程，并计划于2020年完成5G技术研发。

日本5G进展。2013年9月，日本设立了“2020and-BeyondAdHoc”项目，支持5G技术在未来十年的发展。2016年1月，日本总务省成立5G研究组，讨论5G最新的相关政策。为配合2020年东京奥运会的举行，日本三大无线通信运营商NTT DoCoMo、Softbank以及KDDI计划届时在东京都中心城区等区域率先提供5G服务，并用3年时间逐步推广到全国。

NTT DoCoMo目前正与多个网络设备商合作5G实验网设计，通过各频段的测试合作（如与华为合作的频段为4.6GHz，与三星合作的频段为28GHz）掌握网络部署要点。NTT DoCoMo已经在台场临海、横滨港等地进行5G网络实验，可向下相容LTE网络。NTT DoCoMo将从2020年开始提供5G服务。KDDI联合诺基亚、三星、爱立信等厂商合作进行5G试验，进展良好。2017年9月， KDDI与爱立信达成合作，将在日本若干城市进行预标准5G测试，测试将涉及4.5GHz和28GHz频段的大量5G应用场景测试，包括5G和LTE之间的互通。Softbank在2016年9月宣布正式启动5G Project，成为全球首家将Massive MIMO技术正式投入商用的运营商。2017年6月，Softbank与中兴开展了基于4.5GHz低频谱的5G外场测试。

国外5G发展经验

日韩移动互联网普及率高，市场需求较为旺盛，急于推进5G商用来满足日益增长的移动互联网需求。欧洲尚处于4G发展中，为避开移动互联网的发展劣势，欧洲将5G市场更多地定位于物联网的拓展。美国政府也在加速发展5G，通过发放5G新频谱来促进宽带移动通信的发展，以28GHz高频技术促进5G产业链的完善。

综合分析，国外的5G发展经验如下。一是规划5G研发项目或推进平台。欧美日韩政府都已通过布局国家科研项目、构建推进平台等方式来加速推动5G发展；二是以跨界合作为抓手，从行业应用切入5G网络需求，从而形成整体网络部署局面。欧洲新技术推进流程缓慢，在5G时期，为汲取3G、4G发展处于被动状态的经验，积极促进5G跨界创新应用的发展，开展了一系列基于各垂直行业典型场景的示范应用，以行业需求激发5G技术快速发展；三是结合自身优势，找准用户5G需求，以市场需求带动产业链发展。美国拥有强大的5G生态圈，于是抓住28GHz高频发展机遇，采用28GHz非独立组网模式快速实现5G商用，并且采用无线宽带接入的方式解决光纤不足的用户需求问题，以真实的市场需求带动了5G产业链的快速发展，占据了5G领先地位。

萬物互联 5G发展趋势日渐清晰

中国计划大规模商用5G网络

从5G技术使用标准来看，中国是依照R16部署5G网络，而其他国家纷纷参照的是R15，或者介于R15、R16之间；另一方面，中国在5G发展初期就会建立一个全覆盖网络，加上深厚的4G用户和产业链基础，在未来全球大规模部署5G商用网络的背景下，预计中国将从2019年开始5G网络试商用服务，或率先成为大规模商用的国家。预计到2025年，5G网络将覆盖全球近三分之一的人口，5G用户将呈现规模增长，或将达到25亿，并集中在中国、美国、日本以及韩国。其中，中国5G用户或将超过4.5亿，成为全球最大的5G市场。

跨界融合将成为5G产业发展主旋律

目前，中国三大运营商已经累计在12个城市开展试商用，基于产业发展基础及对5G推广的需求，相当一部分的试商用将用于探索行业应用需求，以满足新经济时代背景下的传统行业创新发展目标。因此，在5G时代，通信行业和垂直行业的跨界融合将成为产业发展的主旋律。

5G是新经济时代的关键使能技术和基础设施，将为各个行业的变革和转型提供关键重要支撑。5G将不断加速“移动互联网+”的发展，“移动互联网+”也将为5G网络带来海量数据连接以及更丰富的应用场景。以增强移动宽带、大连接物联网、超可靠低延时通信为典型应用场景的5G技术，将为万物互联的广阔前景提供无限可能。

5G终端和网络设备将实现 多元化发展

在5G网络发展初期，智能手机仍是移动通信网络的主要终端。预计2019年，5G手机出货量将达到200万部，到2025年，全球在用的5G商用手机预计达到30.44亿部。随着5G网络大规模部署和技术不断成熟，海量物联网通信（mMTC）、低时延、高可靠通信（uRLLC）将得到更广泛的体现。5G网络将为医疗仪器、家用电器等智能终端提供接入服务，支持智慧城市、环境监测、智能农业、智能工厂等多种应用场景，满足智能无人驾驶、工业自动化等垂直行业发展需求。除此之外，5G是一个万物互联的时代，多样化的行业需求意味着5G网络设备也将会多元化发展。

在中国经济转型发展的新时代，为满足行业转型升级要求、公众消费需求，5G技术的高产业带动性、高度跨界特性势必引领中国社会经济快速发展，应用前景广泛，发展空间十分巨大。我国政府，企业及相关从业者都应该齐心协力，紧抓产业发展机遇，摆脱“大而不强”局面，实现5G时期的“中国梦”。