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  • 5g

    5G,第五代移動通信是指第五代移動電話行動通信標準,也稱第五代移動通信技術,外語縮寫:5G。也是4G之后的延伸。中國(華為)、韓國(三星電子)、日本、歐盟都在投入相當的資源研發5G網絡。2017年2月9日,國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。2017年12月21日,在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上,5G NR首發版本正式凍結并發布。2018年2月23日,沃達豐和華為完成首次5G通話測試。2018年8月3日,美國聯邦通訊委員會(FCC)周四發布高頻段頻譜的競拍規定,這些頻譜將用于開發下一代5G無線網絡。2018年12月1日,韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區推出5G服務,這也是新一代移動通信服務在全球首次實現商用。12月7日,工信部同意聯通集團自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz頻率。12月10日工信部正式對外公布,已向中國電信、中國移動、中國聯通發放了5G系統中低頻段試驗頻率使用許可。2018年12月20日,5G當選為2018年度科技類十大流行語。5G移動網絡技術將在2020年左右實現商用化。

    編輯摘要

    基本信息 編輯信息模塊

    中文名: 第五代移動通信技術 英文名: 5-Generation
    其他外文名: 5G
    國內研究: 華為科技、中國移動通信集團 國外研究: 英國薩里大學、三星電子
    可達網速: 5M/S - 6M/S 應用: 用智能終端分享3D電影
    性能目標: 高數據速率,減少延遲,節省能源 優勢: 更加方便快捷
    類型: 移動通信網絡
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    目錄

    基本概念/5g 編輯

    5G5G
    第五代移動電話行動通信標準,也稱第五代移動通信技術,外語縮寫:5G。也是4G之后的延伸,正在研究中,5G網絡的理論下行速度為10Gb/s(相當于下載速度1.25GB/s)[1] 。

    諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G網絡技術的測試。測試中使用了73GHz范圍內頻譜,數據傳輸速率為加拿大現有4G網絡的6倍。鑒于兩者的合作,外界分析加拿大很有可能將在5年內啟動5G網絡的全面部署。

    由于物聯網尤其是互聯網汽車等產業的快速發展,其對網絡速度有著更高的要求,這無疑成為推動5G網絡發展的重要因素。因此無論是加拿大政府還是全球各地,均在大力推進5G網絡,以迎接下一波科技浪潮。不過,從2016年的情況來看5G網絡離商用預計還需4到5年時間。[2]

    發展歷史 /5g 編輯

    2013年2月,歐盟宣布,將撥款5000萬歐元。加快5G移動技術的發展,計劃到2020年推出成熟的標準。

    2013年5月13日,韓國三星電子有限公司宣布,已成功開發第5代移動通信(5G)的核心技術,這一技術預計將于2020年開始推向商業化。該技術可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數據,且最長傳送距離可達2公里。相比之下,當前的第四代長期演進(4GLTE)服務的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業界普遍認為是一個技術難題,而三星電子則利用64個天線單元的自適應陣列傳輸技術破解了這一難題。與韓國4G技術的傳送速度相比,5G技術預計可提供比4G長期演進(LTE)快100倍的速度。利用這一技術,下載一部高畫質(HD)電影只需十秒鐘。

    早在2009年,華為就已經展開了相關技術的早期研究,并在之后的幾年里向外界展示了5G原型機基站。華為在2013年11月6日宣布將在2018年前投資6億美元對5G的技術進行研發與創新,并預言在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G移動網絡。 

    2014年5月8日,日本電信營運商NTT DoCoMo正式宣布將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作,開始測試凌駕現有4G網絡 1000 倍網絡承載能力的高速5G網絡,傳輸速度可望提升至 10Gbps。預計在2015年展開戶外測試,并期望于2020年開始運作。

    2015年3月1日,英國《每日郵報》報道,英國已成功研制5G網絡,并進行100米內的傳送數據測試,每秒數據傳輸高達125GB,是4G網絡的6.5萬倍,理論上1秒鐘可下載30部電影,并稱于2018年投入公眾測試,2020年正式投入商用。 

    諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G網絡技術的測試。測試中使用了73GHz范圍內頻譜,數據傳輸速率為加拿大現有4G網絡的6倍。鑒于兩者的合作,外界分析加拿大很有可能將在5年內啟動5G網絡的全面部署。

    由于物聯網尤其是互聯網汽車等產業的快速發展,其對網絡速度有著更高的要求,這無疑成為推動5G網絡發展的重要因素。因此無論是加拿大政府還是全球各地,均在大力推進5G網絡,以迎接下一波科技浪潮。

    2015年3月3日,歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格正式公布了歐盟的5G公司合作愿景,力求確保歐洲在下一代移動技術全球標準中的話語權。奧廷格表示,5G公私合作愿景不僅涉及光纖、無線甚至衛星通信網絡相互整合,還將利用軟件定義網絡(SDN )、網絡功能虛擬化(NFV)、移動邊緣計算(MEC)和霧計算(Fog Computing)等技術。在頻譜領域,歐盟的5G公私合作愿景還將劃定數百兆赫用于提升網絡性能,60 GHz及更高頻率的頻段也將被納入考慮。

    歐盟的5G網絡將在2020年~2025年之間投入運營。

    2015年9月7日,美國移動運營商Verizon無線公司宣布,將從2016年開始試用5G網絡,2017年在美國部分城市全面商用。   

    中國5G技術研發試驗將在2016-2018年進行,分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統驗證三個階段實施。  

    2016年3月,工信部副部長陳肇雄表示:5G是新一代移動通信技術發展的主要方向,是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比,不僅將進一步提升用戶的網絡體驗,同時還將滿足未來萬物互聯的應用需求。

    從用戶體驗看,5G具有更高的速率、更寬的帶寬,預計5G網速將比4G提高10倍左右,只需要幾秒即可下載一部高清電影,能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網絡體驗需求。

    從行業應用看,5G具有更高的可靠性,更低的時延,能夠滿足智能制造、自動駕駛等行業應用的特定需求,拓寬融合產業的發展空間,支撐經濟社會創新發展。

    從發展態勢看,5G處于技術標準的研究階段,今后幾年4G還將保持主導地位、實現持續高速發展。但5G有望2020 年正式商用。

    2016年,諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G網絡技術的測試。測試中使用了73GHz范圍內頻譜,數據傳輸速率為加拿大現有4G網絡的6倍。

    5G5G
    2017年2月9日,國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。[3]

    2017年11月15日,工信部發布《關于第五代移動通信系統使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關事宜的通知》,確定5G中頻頻譜,能夠兼顧系統覆蓋和大容量的基本需求。

    2017年11月下旬中國工信部發布通知,正式啟動5G技術研發試驗第三階段工作,并力爭于2018年年底前實現第三階段試驗基本目標。[4]

    2017年12月21日,在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上,5G NR首發版本正式凍結并發布。

    2017年12月,發改委發布《關于組織實施2018年新一代信息基礎設施建設工程的通知》,要求2018年將在不少于5個城市開展5G規模組網試點,每個城市5G基站數量不少50個、全網5G終端不少于500個。[5]

    2018年2月23日,在世界移動通信大會召開前夕,沃達豐和華為宣布,兩公司在西班牙合作采用非獨立的3GPP 5G新無線標準和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。

    2018年2月27日,華為在MWC2018大展上發布了首款3GPP標準5G商用芯片巴龍5G01和5G商用終端,支持全球主流5G頻段,包括Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻),理論上可實現最高2.3Gbps的數據下載速率。 

    2018年6月13日,3GPP 5G NR標準 SA(Standalone,獨立組網)方案在3GPP第80次TSG RAN全會正式完成并發布,這標志著首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。

    2018年6月14日,3GPP全會(TSG#80)批準了第五代移動通信技術標準(5G NR)獨立組網功能凍結。加之2017年12月完成的非獨立組網NR標準,5G已經完成第一階段全功能標準化工作,進入了產業全面沖刺新階段。[6]

    2018年6月28日,中國聯通公布了5G部署:將以SA為目標架構,前期聚焦eMBB,5G網絡計劃2020年正式商用。

    2018年8月2日,奧迪與愛立信宣布,計劃率先將5G技術用于汽車生產。在奧迪總部德國因戈爾施塔特,兩家公司就一系列活動達成一致,共同探討5G作為一種面向未來的通信技術,能夠滿足汽車生產高要求的潛力。奧迪和愛立信簽署了諒解備忘錄在未來幾個月內,兩家公司的專家們將在位于德國蓋梅爾斯海姆的“奧迪生產實驗室”的技術中心進行現場測試。

    2018年11月21日,重慶首個5G連續覆蓋試驗區,建設完成,5G遠程駕駛、5G無人機、虛擬現實等多項5G應用同時亮相。

    2018年12月1日,韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區推出5G服務,這也是新一代移動通信服務在全球首次實現商用。第一批應用5G服務的地區為首爾、首都圈和韓國六大廣域市的市中心,以后將陸續擴大范圍。按照計劃,韓國智能手機用戶2019年3月份左右可以使用5G服務,預計2020年下半年可以實現5G全覆蓋。

    2018年12月7日,工信部同意聯通集團自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz頻率,用于在全國開展第五代移動通信(5G)系統試驗。12月10日,工信部正式對外公布,已向中國電信、中國移動、中國聯通發放了5G系統中低頻段試驗頻率使用許可。這意味著各基礎電信運營企業開展5G系統試驗所必須使用的頻率資源得到保障,向產業界發出了明確信號,進一步推動我國5G產業鏈的成熟與發展 。

    2018年12月18日,AT&T宣布,將于12月21日在全美12個城市率先開放5G網絡服務。[7]

    2019年2月20日,韓國副總理兼企劃財政部部長洪南基提到,2019年3月末,韓國將在全球首次實現5G的商用。

    研發過程/5g 編輯

    超密集異構網絡

    5G5G
    未來5G網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發展。隨著各種智能終端的普及,面向2020年及以后,移動數據流量將呈現爆炸式增長。在未來5G網絡中, 減小小區半徑, 增加低功率節點數量,是保證未來5G網絡支持1000倍流量增長的核心技術之一。因此, 超密集異構網絡成為未來5G網絡提高數據流量的關鍵技術。

    未來無線網絡將部署超過現有站點10倍以上的各種無線節點,在宏站覆蓋區內,站點間距離將保持10m以內,并且支持在每1 km2范圍內為25000個用戶提供服務 。同時也可能出現活躍用戶數和站點數的比例達到1∶ 1的現象, 即用戶與服務節點一一對應。密集部署的網絡拉近了終端與節點間的距離,使得網絡的功率和頻譜效率大幅度提高,同時也擴大了網絡覆蓋范圍,擴展了系統容量,并且增強了業務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構網絡架構在 5G 中有很大的發展前景,但是節點間距離的減少,越發密集的網絡部署將使得網絡拓撲更加復雜, 從而容易出現與現有移動通信系統不兼容的問題。在 5G 移動通信網絡中,干擾是一個必須解決的問題。網絡中的干擾主要有:同頻干擾, 共享頻譜資源干擾, 不同覆蓋層次間的干擾等?,F有通信系統的干擾協調算法只能解決單個干擾源問題, 而在5G網絡中,相鄰節點的傳輸損耗一般差別不大,這將導致多個干擾源強度相近,進一步惡化網絡性能,使得現有協調算法難以應對。此外, 由于業務和用戶對QoS需求的差異性很大,5G網絡需要采用一些列措施來保障系統性能,主要有:不同業務在網絡中的實現,各種節點間的協調方案,網絡的選擇 , 以及節能配置方法等。

    準確有效地感知相鄰節點是實現大規模節點協作的前提條件。在超密集網絡中,密集地部署使得小區邊界數量劇增,加之形狀的不規則,導致頻繁復雜的切換。為了滿足移動性需求, 勢必出現新的切換算法;另外,網絡動態部署技術也是研究的重點。由于用戶部署的大量節點的開啟和關閉具有突發性和隨機性, 使得網絡拓撲和干擾具有大范圍動態變化特性;而各小站中較少的服務用戶數也容易導致業務的空間和時間分布出現劇烈的動態變化。

    自組織網絡

    傳統移動通信網絡中, 主要依靠人工方式完成網絡部署及運維,既耗費大量人力資源又增加運行成本,而且網絡優化也不理想。在未來5G網絡中,將面臨網絡的部署、運營及維護的挑戰, 這主要是由于網絡存在各種無線接入技術, 且網絡節點覆蓋能力各不相同,它們之間的關系錯綜復雜。因此,自組織網絡(self-organizing network, SON) 的智能化將成為 5G 網絡必不可少的一項關鍵技術。

    自組織網絡技術解決的關鍵問題主要有以下2點:①網絡部署階段的自規劃和自配;②網絡維護階段的自優化和自愈合。自配置即新增網絡節點的配置可實現即插即用,具有低成本、安裝簡易等優點。自優化的目的是減少業務工作量, 達到提升網絡質量及性能的效果, 其方法是通過UE和eNB測量,在本地eNB或網絡管理方面進行參數自優化。自愈合指系統能自動檢測問題、定位問題和排除故障,大大減少維護成本并避免對網絡質量和用戶體驗的影響。自規劃的目的是動態進行網絡規劃并執行,同時滿足系統的容量擴展、業務監測或優化結果等方面的需求。目前,主要有集中式、分布式以及混合式3種自組織網絡架構。其中, 基于網管系統實現的集中式架構具有控制范圍廣、沖突小等優點,但也存在著運行速度慢、 算法復雜度高等方面的不足;而分布式恰恰相反,主要通過SON分布在eNB上來實現, 效率和響應速度高, 網絡擴展性較好,對系統依懶性小, 缺點是協調困難;混合式結合集中式和分布式2種架構的優點,缺點是設計復雜。SON技術應用于移動通信網絡時, 其優勢體現在網絡效率和維護方面, 同時減少了運營商的資本性支出和運營成本投入。由于現有的SON技術都是從各自網絡的角度出發,自部署、自配置、自優化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性, 在多網絡之間缺乏協作。因此,研究支持異構網絡協作的SON技術具有深遠意義。

    內容分發網絡

    在未來5G中,面向大規模用戶的音頻、視頻、圖像等業務急劇增長,網絡流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問互聯網的服務質量。如何有效地分發大流量的業務內容, 降低用戶獲取信息的時延,成為網絡運營商和內容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加帶寬并不能解決問題, 它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、網站服務器的處理能力等因素的影響,這些問題的出現與用戶服務器之間的距離有密切關系。內容分發網絡 (content distribution network, CDN) 會對未來5G網絡的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。

    內容分發網絡是在傳統網絡中添加新的層次,即智能虛擬網絡。CDN系統綜合考慮各節點連接狀態、負載情況以及用戶距離等信息,通過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理服務器上, 實現用戶就近獲取所需的信息,使得網絡擁塞狀況得以緩解,降低響應時間,提高響應速度。CDN網絡架構在用戶側與源 server 之間構建多個CDN代理 server,可以降低延遲、提高QoS(quality of service)。當用戶對所需內容發送請求時, 如果源服務器之前接收到相同內容的請求, 則該請求被DNS重定向到離用戶最近的CDN代理服務器上, 由該代理服務器發送相應內容給用戶。因此, 源服務器只需要將內容發給各個代理服務器, 便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務器上獲取內容, 降低網絡時延并提高用戶體驗。隨著云計算、移動互聯網及動態網絡內容技術的推進, 內容分發技術逐步趨向于專業化、 定制化,在內容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面臨新的挑戰。

    在未來5G網絡中, 隨著智能移動終端的不斷普及和快速發展的應用服務, 用戶對移動數據業務需求量將不斷增長, 對業務服務質量的要求也不斷提升。CDN技術的優勢正是為用戶快速地提供信息服務,同時有助于解決網絡擁塞問題。因此,CDN技術成為5G必備的關鍵技術之一。

    D2D通信

    在未來5G網絡中,網絡容量、頻譜效率需要進一步提升,更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是5G的演進方向。設備到設備通信 ( device-to-device communication,D2D) 具有潛在的提升系統性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的前景。因此, D2D是未來5G網絡中的關鍵技術之一。

    D2D通信是一種基于蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。D2D會話的數據直接在終端之間進行傳輸, 不需要通過基站轉發, 而相關的控制信令,如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網絡負責。蜂窩網絡引入D2D通信,可以減輕基站負擔, 降低端到端的傳輸時延, 提升頻譜效率, 降低終端發射功率。當無線通信基礎設施損壞, 或者在無線網絡的覆蓋盲區,終端可借助D2D實現端到端通信甚至接入蜂窩網絡。在5G網絡中, 既可以在授權頻段部署D2D通信,也可在非授權頻段部署。

    M2M通信

    M2M(machine to machine, M2M)作為物聯網在現階段最常見的應用形式, 在智能電網、安全監測、城市信息化、環境監測等領域實現了商業化應用。3GPP已經針對 M2M 網絡制定了一些標準, 并已立項開始研究M2M關鍵技術。根據美國咨詢機構FORRESTER預測估計, 到2020年, 全球物與物之間的通信將是人與人之間通信的30倍。IDC預測,在未來的2020年,500億臺M2M 設備將活躍在全球移動網絡中。M2M市場蘊藏著巨大的商機。因此,研究M2M技術對5G網絡具有非比尋常的意義。

    M2M的定義主要有廣義和狹義2種。廣義的M2M主要是指機器對機器、人與機器間以及移動網絡和機器之間的通信, 它涵蓋了所有實現人、機器、系統之間通信的技術;從狹義上說, M2M僅僅指機器與機器之間的通信。智能化、交互式是M2M有別于其它應用的典型特征, 這一特征下的機器也被賦予了更多的“智慧”。

    信息中心網絡

    隨著實時音頻、 高清視頻等服務的日益激增,基于位置通信的傳統TCP /IP網絡無法滿足海量數據流量分發的要求。網絡呈現出以信息為中心的發展趨勢。信息中心網絡 ( information-centric network,ICN)的思想最早是1979年由Nelson提出來的,后來被Baccala強化。目前, 美國的CCN、 DONA和NDN等多個組織對ICN進行了深入研究。作為一種新型網絡體系結構,ICN的目標是取代現有的IP。

    ICN所指的信息包括實時媒體流、網頁服務、多媒體通信等,而信息中心網絡就是這些片段信息的總集合。因此,ICN的主要概念是信息的分發、查找和傳遞,不再是維護目標主機的可連通性。不同于傳統的以主機地址為中心的TCP /IP網絡體系結構,ICN采用的是以信息為中心的網絡通信模型, 忽略IP地址的作用, 甚至只是將其作為一種傳輸標識。全新的網絡協議棧能夠實現網絡層解析信息名稱、路由緩存信息數據、多播傳遞信息等功能, 從而較好地解決計算機網絡中存在的擴展性、實時性以及動態性等問題。ICN信息傳遞流程是一種基于發布訂閱方式的信息傳遞流程。首先,內容提供方向網絡發布自己所擁有的內容,網絡中的節點就明白當收到相關內容的請求時如何響應該請求。然后,當第一個訂閱方向網絡發送內容請求時,節點將請求轉發到內容發布方,內容發布方將相應內容發送給訂閱方, 帶有緩存的節點會將經過的內容緩存。其他訂閱方對相同內容發送請求時,鄰近帶緩存的節點直接將相應內容響應給訂閱方。因此,信息中心網絡的通信過程就是請求內容的匹配過程。傳統 IP 網絡中, 采用的是“推” 傳輸模式,即服務器在整個傳輸過程中占主導地位, 忽略了用戶的地位, 從而導致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN網絡正好相反, 采用“拉” 模式, 整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發, 網絡則通過信息緩存的方式,實現快速響應用戶。此外,信息安全只與信息自身相關,而與存儲容器無關。針對信息的這種特性,ICN網絡采用有別于傳統網絡安全機制的基于信息的安全機制。這種機制更加合理可信, 且能實現更細的安全策略粒度。和傳統的 IP 網絡相比,ICN具有高效性、 高安全性且支持客戶端移動等優勢。目前比較典型的ICN方案有CCN, DONA,NetInf,INS和TRIAD。

    移動云計算

    近年來,智能手機、 平板電腦等移動設備的軟硬件水平得到了極大地提高,支持大量的應用和服務,為用戶帶來了很大的方便 。在5G時代,全球將會出現500億連接的萬物互聯服務,人們對智能終端的計算能力以及服務質量的要求越來越高。移動云計算將成為5G網絡創新服務的關鍵技術之一。移動云計算是一種全新的IT資源或信息服務的交付與使用模式, 它是在移動互聯網中引入云計算的產物。移動網絡中的移動智能終端以按需、 易擴展的方式連接到遠端的服務提供商, 獲得所需資源,主要包含基礎設施、 平臺、 計算存儲能力和應用資源。SaaS軟件服務為用戶提供所需的軟件應用,終端用戶不需要將軟件安裝在本地的服務器中,只需要通過網絡向原始的服務提供者請求自己所需要的功能軟件。PaaS平臺的功能是為用戶提供創建、 測試和部署相關應用等服務。PaaS自身不僅擁有很好的市場應用場景, 而且能夠推進SaaS。而IaaS基礎設施提供基礎服務和應用平臺。

    SDN/NFV

    隨著網絡通信技術和計算機技術的發展, 互聯網+ 、三網融合、云計算服務等新興產業對互聯網在可擴展性、安全性、可控可管等方面提出了越來越高的要求。SDN(software-defined networking, 軟件定義網絡) /NFV(network function virtualization,網絡功能虛擬化)作為一種新型的網絡架構與構建技術, 其倡導的控制與數據分離、軟件化、虛擬化思想,為突破現有網絡的困境帶來了希望。在歐盟公布的5G愿景中, 明確提出將利用SDN /NFV作為基礎技術支撐未來5G網絡發展。SDN架構的核心特點是開放性、 靈活性和可編程性。主要分為3層:基礎設施層位于網絡最底層,包括大量基礎網絡設備,該層根據控制層下發的規則處理和轉發數據;中間層為控制層,該層主要負責對數據轉發面的資源進行編排,控制網絡拓撲、收集全局狀態信息等;最上層為應用層,該層包括大量的應用服務,通過開放的北向 API 對網絡資源進行調用。

    SDN將網絡設備的控制平面從設備中分離出來, 放到具有網絡控制功能的控制器上進行集中控制??刂破髡莆账斜匦璧男畔?, 并通過開放的API被上層應用程序調用。這樣可以消除大量手動配置的過程,簡化管理員對全網的管理, 提高業務部署的效率。SDN不會讓網絡變得更快, 但他會讓整個基礎設施簡化,降低運營成本, 提升效率。未來5G網絡中需要將控制與轉發分離,進一步優化網絡的管理,以SDN驅動整個網絡生態系統。

    軟件定義無線網絡

    無線網絡面臨著一系列的挑戰。首先,無線網絡中存在大量的異構網絡, 如:LTE、Wimax、UMTS、WLAN等,異構無線網絡并存的現象將持續相當長的一段時間。目前, 異構無線網絡面臨的主要挑戰是難以互通,資源優化困難,無線資源浪費,這主要是由于現有移動網絡采用了垂直架構的設計模式。此外, 網絡中的一對多模型(即單一網絡特性對多種服務),無法針對不同服務的特點提供定制的網絡保障,降低了網絡服務質量和用戶體驗。因此,在無線網絡中引入SDN思想將打破現有無線網絡的封閉僵化現象,徹底改變無線網絡的困境。

    軟件定義無線網絡保留了SDN的核心思想, 即將控制平面從分布式網絡設備中解耦, 實現邏輯上的網絡集中控制,數據轉發規則由集中控制器統一下發。軟件定義無線網絡的架構分為3個層面。在軟件定義無線網絡中, 控制平面可以獲取、更新、預測全網信息,例如:用戶屬性、動態網絡需求以及實時網絡狀態。因此,控制平面能夠很好地優化和調整資源分配、轉發策略、流表管理等,簡化了網絡管理,加快了業務創新的步伐。

    情境感知技術

    隨著海量設備的增長, 未來的5G網絡不僅承載人與人之間的通信, 而且還要承載人與物之間以及物與物之間的通信,既可支撐大量終端,又使個性化、定制化的應用成為常態。情境感知技術能夠讓未來5G網絡主動、智能、及時地向用戶推送所需的信息。

    技術指標/5g 編輯

    5G5G
    標志性能力指標為“Gbps用戶體驗速率”,一組關鍵技術包括大規模天線陣列、超密集組

    網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構。大規模天線陣列是提升系統頻譜效率的最重要技術手段之一,對滿足5G系統容量和速率需求將起到重要的支撐作用;超密集組網通過增加基站部署密度,可實現百倍量級的容量提升,是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一;新型多址技術通過發送信號的疊加傳輸來提升系統的接入能力,可有效支撐5G網絡千億設備連接需求;全頻譜接入技術通過有效利用各類頻譜資源,可有效緩解5G網絡對頻譜資源的巨大需求;新型網絡架構基于SDN、NFV和云計算等先進技術可實現以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網絡。

    使用頻率/5g 編輯

    2018年8月3日,美國聯邦通訊委員會(FCC)周四發布高頻段頻譜的競拍規定,這些頻譜將用于開發下一代5G無線網絡。計劃2018年11月拍賣28GHz頻段,之后再拍賣24GHz頻段。

    2018年12月7日,公司控股股東移動集團接到工信部通知,同意母公司自通知日至2020年6月30日使用2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段用于5G系統實驗,其中2515MHz-2575MHz、2635MHz-2675MHz、4800MHz4900MHz頻段為新增頻段,2575MHz-2635MHz為重耕母公司現有的4G頻段。中國移動方面將配合母公司,繼續攜手產業各方,積極推進5G技術研發、網絡及業務應用試驗。

    2019年3月31日前逐步停止部分頻率的使用,中國聯通方面將在全國范圍內逐步停止使用2555MHz-2575MHz頻率,中國電信方面將逐步停止使用2635MHz-2655MHz頻率。

    存在障礙/5g 編輯

    首先就是監管和牌照。固網和移動網絡在監管和運營牌照上有著很長的不同歷史。舉個例子,在很多國家,固網運營商最早都是壟斷企業,有著類似的載波和定價限制。比如說批發給互聯網服務提供商的寬帶容量,都受國家監管。還有的運營商都依賴國家分配的頻譜資源。

    其次是組織機構。移動運營商在很多情況下,都受固網運營商的控制,或者是其子公司。固網和移動網絡整合,需要該國競爭主管機構重新審視。相比合并,競爭主管機構更傾向于分開運營。還有就是企業的戰略各不相同,比如說沃達豐完全以移動業務為主導。還有就是網絡運營商的股東們,一想到網絡合并后,因裁員跟工會糾纏,或者合并后的企業文化碰撞等等,就會對合并非常抵抗。

    其他的障礙還包括標準。技術互操作性的開放標準,對電信行業來說非常重要。標準化方面也需要廣泛的努力與合作,現在移動和固網領域分別存在著各種不同的標準組織。 3GPP和ETSI在移動標準化方面非常成功,ITU-R在頻譜分配方面很有權威, ITU-R已經開始投入到IMT-2020(5G)技術的網絡標準化要求工作中了。

    應用領域/5g 編輯

    5G圖書

    《大話5G》5G通俗讀物《大話5G》5G通俗讀物

    《大話5G》,鄔賀銓院士、李易、項立剛作序力薦。

    5G技術專利大佬主筆,作為5G的早期圖書,首先從5G的需求和場景出發,重點介紹了5G的業務場景和技術指標;其次闡述了全球5G的最新研發進展,讓讀者能夠對5G的研究形成全貌的認識;再次從無線物理層、接入網架構和核心網架構等方面重點闡述了候選的5G空口關鍵技術和網絡關鍵技術。

    外科手術

    2019年1月19日,中國一名外科醫生利用5G技術實施了全球首例遠程外科手術。這名醫生在福建省利用5G網絡,操控30英里(約合48公里)以外一個偏遠地區的機械臂進行手術。

    在進行的手術中,由于延時只有0.1秒,外科醫生用5G網絡切除了一只實驗動物的肝臟。5G技術的其他好處還包括大幅減少了下載時間,下載速度從每秒約20兆字節上升到每秒50千兆字節——相當于在1秒鐘內下載超過10部高清影片。5G技術最直接的應用很可能是改善視頻通話和游戲體驗,但機器人手術很有可能給專業外科醫生為世界各地有需要的人實施手術帶來很大希望。

    5G技術將開辟許多新的應用領域,以前的移動數據傳輸標準對這些領域來說還不夠快。5G網絡的速度和較低的延時性首次滿足了遠程呈現、甚至遠程手術的要求。

    合作協議/5g 編輯

    2016年9月21日,上海市政府與中國移動通信集團公司在滬簽署共同推進“互聯網+”戰略合作框架協議?!笆濉逼陂g,中國移動計劃在滬投入260億元,著力構建新一代網絡與信息基礎設施。

    根據協議,上海移動將建設新一代網絡與信息基礎設施,建成全國領先的4G+精品網絡,并計劃2018年在國內率先開展5G試點。光纖接入覆蓋900萬戶家庭和8300幢重點商業樓宇。在上海臨港率先建成中國移動國際海光纜登陸局,助力上海確立國際通信樞紐地位。建成具備5億規?!拔铩边B接能力的、覆蓋上海市的新型物聯專網,在臨港地區推進20萬平方米綠色云數據中心建設。

    此外,上海市政府與中國移動還將圍繞城市管理、產業升級、文化創意、民生服務、創新創業、網絡安全六大領域,共同打造“互聯網+”發展新優勢。 

    最新進展/5g 編輯

    根據各國研究,5G技術相比4G技術,其峰值速率將增長數十倍,從4G的100Mb/s提高到幾十Gb/s。也就是說,1秒鐘可以下載10余部高清電影,可支持的用戶連接數增長到100萬用戶/平方公里,可以更好地滿足物聯網這樣的海量接入場景。同時,端到端延時將從4G的十幾毫秒減少到5G的幾毫秒。

    正因為有了強大的通訊和帶寬能力,5G網絡一旦應用,仍停留在構想階段的車聯網、物聯網、智慧城市、無人機網絡等概念將變為現實。此外,5G還將進一步應用到工業、醫療、安全等領域,能夠極大地促進這些領域的生產效率,以及創新出新的生產方式。

    中國工程院院士、中國互聯網協會理事長鄔賀銓介紹,隨著5G網絡的應用,各類物聯網將迅速普及。他介紹,汽車與汽車之間還沒有通訊。有了5G網絡,就能讓汽車和汽車、汽車和數據中心、汽車和其他智能設備進行通訊。這樣一來不但可以實現更高級別的汽車自動駕駛,還能利用各類交通數據,為汽車規劃最合理的行進路線。一旦有大量汽車進入這一網絡,就能順利實現智能交通。

    歐盟研究認為,遠程醫療也是5G重要的應用領域之一。實施跨越國界的遠程手術需要租用價格昂貴的大容量線路,但有時對手術設備發出的指令仍會出現延遲,這對手術而言意味著巨大的風險。但5G技術將可以使手術所需的“指令-響應”時間接近為0,這將大大提高醫生操作的精確性。在不久的將來,病人如果需要緊急手術或特定手術,就可以通過遠程醫療進行快速手術。

    5G網絡同樣能讓普通用戶受益匪淺。除了多樣化、不卡頓的各類多媒體娛樂外,智能家庭設備也會接入5G網絡,為用戶提供更為便捷的服務。

    除上述應用外,眾多物聯網應用也將成為5G大顯身手的領域。盡管物聯網尚未大規模應用,但業界普遍認為,物聯網中接入的設備預計會超過千億個,對設備數量、數據規模、傳輸速率等提出很高的要求。由于當前的3G、4G技術不能提供有效支撐,所以物聯網的真正發展離不開5G技術的成熟,同時也將成為推動5G技術發展的動力之一。

    搶占通信技術革命先機

    盡管5G技術前景廣闊,但離正式商用仍有一段時間,5G標準也尚未正式確定。但毫無疑問,在5G標準制定中掌握話語權,將會在新一代移動通信技術革命中占據先機。

    根據國際慣例,總部位于瑞士日內瓦、主管信息通信技術事務的聯合國專門機構——國際電信聯盟將是5G標準的最終決定機構。該機構負責分配和管理全球無線電頻譜、制定全球電信標準,在全球信息通信領域發揮重要作用。

    國際電信聯盟已經啟動5G標準研究工作,并明確了“IMT(國際移動通信系統)-2020及展望”項目的工作計劃,其中2016年將開展5G技術性能需求和評估方法研究,2017年底啟動5G候選方案征集,2020年底完成標準制定。在這個過程中,包括歐盟在內的各方均可向國際電信聯盟遞交申請。

    歐盟已旗幟鮮明地強調,希望能確立全球統一的5G技術標準,而不再是多種標準并存,以實現全球互通性和規模經濟。事實上,由于5G技術與未來的物聯網產業息息相關,蘊含著巨大的經濟和戰略利益,歐美日韓等國都希望能在技術標準上占據主導權,因此也都早早進行了相應的技術研發和布局。

    早在2012年11月,歐盟就已啟動總投資達2700萬歐元的大型科研項目METIS,研發5G技術。該項目組研發陣容強大,現階段29個成員中包括阿爾卡特朗訊、愛立信、華為、諾基亞西門子等五家設備廠商,德國電信、DoCoMo、法國電信、意大利電信、西班牙電信五家運營商,以及歐洲眾多的學術機構和寶馬集團,還有大約80名專家全職參與該項目。

    除了歐盟外,美國、韓國、日本也聯合國內運營商和電信設備制造商,開展了相應的技術研究和產業布局。各國在5G標準領域的爭奪戰正日益激烈。5月31日,在北京召開的首屆全球5G大會,各國的5G標準制定機構均透露了各自研發的最新進展。

    日本5GMF秘書長佐騰效平介紹,經過一年半的工作,日本近期推出了《5GMF白皮書》,其目標之一是到2020年,在東京奧運會期間使用5G服務。他認為,5G標準化工作還在開始階段,日本運營商DoCoMo已經進行了一些網絡試驗,在提出5G標準時,日本將具有一定的優勢。

    韓國在5G發展上態度積極,韓國5G論壇執行委員會主席Youngnam Han表示,韓國的5G商用進程將以服務2018年平昌冬奧會為關鍵時間節點,未來兩年5G論壇將著重研究第二階段的測試工作,同時包括VR、AR以及系統開發等方面的工作。外界認為,如果韓國能夠在2018年率先應用5G網絡,將在5G標準制定方面占據主動。

    美國5G Americas主席Chrispearson介紹,該組織成員已經進行了很多測試工作,運營商AT&T會在2016年下半年進行測試。

    除了各國系統性的展開技術研發外,行業主流公司也已在5G領域發力。近期,手機芯片制造商高通就表示,正在加快5G芯片的研發,高通已經完成了各類技術測試,預計到2018年將根據最終的5G國際標準,正式推出量產的5G手機芯片。此外,華為、中興、諾基亞、愛立信等電信設備制造商也透露,正在加快5G關鍵技術的研發,并已和電信運營商展開相關合作。

    中國加速布局5G網絡

    在5G這個沒有硝煙的戰場上,我國當然也不甘落后。工信部總工程師張峰此前就表示,我國將在2020年實現5G網絡商用。

    近期,張峰再度透露了下一階段我國5G發展的相關工作:加快研發創新,加大5G技術、標準與產品研發的力度,構建國際化5G試驗平臺;強化頻率統籌,依托國際電信聯盟加強溝通和協調,力爭形成更多5G統一頻段;深化務實合作,建立廣泛和深入的交流合作機制,在國際框架下積極推進形成全球統一的5G標準;促進融合發展,加強5G與垂直行業的融合創新研究,以工業互聯網、車聯網等重點行業應用為突破口,構建支撐行業發展的5G網絡。

    事實上,早在2013年2月,工信部、發改委、科技部就聯合成立IMT-2020(5G)推進組,對我國5G愿景與需求、5G頻譜問題、5G關鍵技術、5G標準化等問題展開研究和布局。這一推進組的組織架構基于原IMT-Advanced(4G)推進組,下設多個工作組,包括需求工作組、頻譜工作組、無線技術工作組、網絡技術工作組、若干標準工作組以及知識產權工作組。

    IMT-2020(5G)組長單位國家無線電監測中心介紹,2013年開始,在IMT-2020(5G)推進組的部署下,中心深入開展了一系列5G研發工作,主要承擔了頻譜需求、候選頻段、電磁兼容分析、頻譜使用效率評估等研究任務,包括牽頭承擔“IMT-2020候選頻段分析與評估”,重點參與“后IMT-Advanced移動通信技術及發展策略研究”等國家科技重大專項,以及“第五代移動通信(5G)系統前期研究開發”。

    在候選頻段方面,國家無線電監測中心頻譜管理研究處處長趙栓來介紹,2014年9月,中心與GS協會聯合召開未來移動通信頻譜國際研討會,就我國450MHz-5GHz無線電頻譜監測分析、下一代移動通信與頻譜等內容發布了合作研究報告。報告對下一代移動網絡(NGMN)將要使用的450MHz-5GHz頻譜資源提出了優化方案,并對我國NGMN可能使用的6GHz以上頻譜資源進行了研究,提出我國NGMN頻譜布局的建議。

    國家無線電監測中心博士王坦介紹,在移動通信的演進歷程中,我國不斷轉變角色,依次經歷了“2G跟蹤,3G突破,4G同步”的各個階段。在5G時代,我國率先在亞太地區成立IMT-2020(5G)推進組,整合產、學、研、用精銳力量,積極向國際電信聯盟等國際組織輸出觀點。

    “我國正在穩步推進5G研發工作,并已適當地領先于國際電信聯盟工作時間表。相信中國在5G標準化過程中發揮的作用將比4G時期進一步提高,將為全球5G產業發展做出不可替代的貢獻?!眹覠o線電監測中心副總工程師黃標這樣表示。

    除了國家層面的研究外,包括中移動、華為、中興在內的中國企業都已積極展開5G技術的研發和布局。2014年2月,中國移動就公開表示,中國移動將全力支持5G項目發展,并希望通過努力引導產業界5G技術研發和技術標準的制定,在移動通信標準領域繼續發揮引領性作用。而在今年的多個世界級移動通信展會上,中國移動還與日本DoCoMo、韓國KT共同發布5G合作聯合聲明,宣布三家運營商將共同針對亞洲市場研究和豐富5G的需求,探索5G的新業務、新垂直市場,開展5G關鍵技術及系統驗證,并與全球標準化組織合作,以實現全球協調一致的頻譜規劃和統一的5G標準。

    國內三大運營商還透露,均已制定了2020年啟動5G網絡商用的計劃,最快將于明年展開試驗網絡的建設和相關測試。如果前期工作進展順利,三大運營商將有可能在2018年開始投入5G網絡建設,到2020年正式啟動商用。

    也有業內人士表示,在5G戰略制高點的爭奪中,我國企業任重道遠。北京鼎宏元正知識產權代理事務所高級合伙人李波對5G技術進行專利檢索發現,截至2015年4月1日,相關申請人在中國提交的關于5G技術的專利申請為211件,在美國提交的專利申請為179件。世界主要申請人中,提交5G專利申請數量最多的是日本電報電話公司(NTT),申請量為61件;三星排在第二位,提交的專利申請量為53件;美國阿爾卡特朗訊公司作為傳統的通信業領導者,也提交了41件專利申請。

    “我國華為在5G技術方面提交的相關專利申請為30件,東南大學、中興通訊(000063,股吧)、電信科學技術研究院等對5G技術也有一定的專利積累。從專利數量分布看,相較于日、韓、歐、美等國家和地區而言,我國的研發力量不夠集中,研發水平有待進一步提升?!崩畈ㄌ寡?,相比我國在2G時代技術全面落后的局面,以華為、中興通訊和大唐電信(600198,股吧)等為代表的中國企業在5G時代正迅速縮小與世界先進水平的差距。

    2018年2月23日, 在世界移動通信大會(MWC)召開前夕,沃達豐和華為宣布,兩公司在西班牙合作采用非獨立的3GPP 5G新無線標準和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。

    沃達豐稱,這次測試使用了測試網絡和測試設備執行4G至5G雙重連接的實時數據呼叫。這一連接開始于4G,之后在5G網絡上建立了數據連接。沃達豐方面還稱,工程師同時使用相同的方法成功測試了實時高清視頻通話。

    華為方面表示,這次測試結果表明基于3GPP標準的5G技術已經成熟。[8]

    2018年4月23日,重慶首張5G試驗網正式開通,將推動5G產品的走向成熟,標志著重慶5G網絡商用化之路的正式起步。5G是第五代移動通信技術的簡稱。重慶是國家發改委批復的全國首批承建5G規模組網建設及應用示范工程項目的城市之一。[9]

    社會評價/5g 編輯

    貝爾實驗室無線研究部副總裁西奧多·賽澤表示,5G并不會完全替代4G、WiFi,而是將4G、WiFi等網絡融入其中,為用戶帶來更為豐富的體驗。通過將4G、WiFi等整合進5G里面,用戶不用關心自己所處的網絡,不用再通過手動連接到WiFi網絡等,系統會自動根據現場網絡質量情況連接到體驗最佳的網絡之中,真正實現無縫切換。

    歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格表示,5G必須是靈活的,能夠滿足人口稠密地區、人口稀疏地區以及主要的交通線等各種場景的需要。

    對信息通信業而言,2016年全國“兩會”透露的信息著實令人振奮。不僅李克強總理在政府工作報告中指出我國已建成全球最大的4G網絡,為4G點贊,而且“十三五”規劃綱要(草案)中明確提出,將積極推進第五代移動通信(5G)和超寬帶關鍵技術研究,啟動5G商用。[10]

    工信部關鍵詞/5g 編輯

    2018年12月27日至28日,全國工業和信息化工作會議召開。會議對2019年重點工作進行了部署,其中5G成為關鍵詞。2019年將加快5G商用部署,扎實做好標準、研發、試驗和安全配套工作,加速產業鏈成熟,加快應用創新。[11]

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    參考資料
    [1]^引用日期:2019-04-14
    [2]^引用日期:2019-04-14
    [3]^引用日期:2019-04-14
    [4]^引用日期:2019-04-14
    [5]^引用日期:2019-04-14
    [6]^引用日期:2019-04-14
    [7]^引用日期:2019-04-15
    [8]^引用日期:2019-04-15
    [9]^引用日期:2019-04-14
    [10]^引用日期:2019-04-14
    [11]^引用日期:2019-04-14

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