看清5G移動(dòng)通信發(fā)展方向以及挑戰(zhàn)

　　移動(dòng)通信自誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的爆炸式發(fā)展，已經(jīng)成為連接人類社會(huì)的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用，5G移動(dòng)通信的研發(fā)工作已經(jīng)全面啟動(dòng)。

　　作為通信領(lǐng)域最權(quán)威的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織之一，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）從2012年開(kāi)始組織全球業(yè)界開(kāi)展5G標(biāo)準(zhǔn)化前期研究，持續(xù)推動(dòng)全球5G共識(shí)形成。截至2015年6月，ITU已確認(rèn)將我國(guó)主推的IMT-2020做為唯一的新一代IMT系統(tǒng)候選名稱上報(bào)至2015無(wú)線通信大會(huì)（RA-15）討論通過(guò)，并順利完結(jié)了IMT-2020愿景階段的研究工作。根據(jù)ITU提出的IMT-2020工作計(jì)劃，2016年初將啟動(dòng)5G技術(shù)性能需求和評(píng)估方法研究，2017年底啟動(dòng)5G候選提案征集，2018年底啟動(dòng)5G技術(shù)評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)化，并于2020年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定。本文主要介紹ITU在5G愿景和挑戰(zhàn)方面的主要研究成果。

　　一、ITU明確5G業(yè)務(wù)趨勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景和流量趨勢(shì)

　　在ITU的IMT-2020愿景研究中，全面研討了下一代IMT系統(tǒng)的業(yè)務(wù)趨勢(shì)、關(guān)鍵能力和系統(tǒng)特征，推動(dòng)了業(yè)界逐漸對(duì)IMT-2020系統(tǒng)的框架和核心能力達(dá)成共識(shí)。

　　在業(yè)務(wù)方面，5G將在大幅提升“以人為中心”的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的同時(shí)，全面支持“以物為中心”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物和物與物的智能互聯(lián)。在應(yīng)用場(chǎng)景方面，5G將支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類通信和超高可靠低時(shí)延通信三大類應(yīng)用場(chǎng)景，并在5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮不同場(chǎng)景和業(yè)務(wù)的差異化需求。在流量趨勢(shì)方面，視頻流量增長(zhǎng)、用戶設(shè)備增長(zhǎng)和新型應(yīng)用普及將成為未來(lái)移動(dòng)通信流量增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，2020至2030年全球移動(dòng)通信流量將增長(zhǎng)幾十至100倍，并體現(xiàn)兩大趨勢(shì)：一是大城市及熱點(diǎn)區(qū)域流量快速增長(zhǎng)，二是上下行業(yè)務(wù)不對(duì)稱性進(jìn)一步深化，尤其體現(xiàn)在不同區(qū)域和每日各時(shí)間段。

　　二、ITU提出5G系統(tǒng)8個(gè)關(guān)鍵能力指標(biāo)

　　除傳統(tǒng)的峰值速率、移動(dòng)性、時(shí)延和頻譜效率之外，ITU還提出了用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效四個(gè)新增關(guān)鍵能力指標(biāo)，以適應(yīng)多樣化的5G場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求。其中，5G用戶體驗(yàn)速率可達(dá)100Mbps至1Gbps，能夠支持移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)等極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)；5G峰值速率可達(dá)10至20Gbps，流量密度可達(dá)10Mbps/平方米，能夠支持未來(lái)千倍以上移動(dòng)業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)；5G連接數(shù)密度可達(dá)100萬(wàn)個(gè)/平方公里，能夠有效支持海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；5G傳輸時(shí)延可達(dá)毫秒量級(jí)，可滿足車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制的嚴(yán)苛要求；5G能夠支持500公里/小時(shí)的移動(dòng)速度，能夠在高鐵環(huán)境下實(shí)現(xiàn)良好的用戶體驗(yàn)。此外，為了保證對(duì)頻譜和能源的有效利用，5G的頻譜效率將比4G提高3～5倍，能效將比4G提升100倍。

　　由于增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類通信和超高可靠低時(shí)延通信等三大類未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)不同，將對(duì)5G系統(tǒng)帶來(lái)不同的挑戰(zhàn)。其中，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶主要面向以人為中心的傳統(tǒng)移動(dòng)通信場(chǎng)景及其新的需求，5G系統(tǒng)需全面提升用戶體驗(yàn)速率、流量密度、峰值速率、移動(dòng)性、能效和頻譜效率等指標(biāo)以提升用戶體驗(yàn)。對(duì)于海量機(jī)器類通信場(chǎng)景，大量機(jī)器類設(shè)備將連接到網(wǎng)絡(luò)并非連續(xù)的發(fā)送小數(shù)據(jù)包，對(duì)5G系統(tǒng)的主要要求在于所能支持的連接數(shù)密度和網(wǎng)絡(luò)的能量效率。對(duì)于超高可靠低時(shí)延通信場(chǎng)景，時(shí)延將是最重要的能力指標(biāo)。此外，為支持車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這一場(chǎng)景對(duì)移動(dòng)性也提出較高要求。

　　為了推動(dòng)5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究，ITU計(jì)劃于2016年初全面啟動(dòng)技術(shù)評(píng)估研究工作。此項(xiàng)研究將以5G愿景研究中提出的應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵能力為基礎(chǔ)，同步開(kāi)展5G系統(tǒng)性能需求、評(píng)估準(zhǔn)則和方法等方面的研究。系統(tǒng)性能需求研究包含技術(shù)需求定義和指標(biāo)取值確定，該工作將于2017年初完成。評(píng)估準(zhǔn)則和方法研究包括定義測(cè)試場(chǎng)景、明確評(píng)估方法和流程、以及構(gòu)建評(píng)估模型，該工作將于2017年中完成。5G技術(shù)評(píng)估需考慮新型應(yīng)用場(chǎng)景，以同時(shí)支持傳統(tǒng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)和新型物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并研究5G新增指標(biāo)的評(píng)估方法。

　　三、總結(jié)及展望

　　面向2020年及未來(lái)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，5G將以可持續(xù)發(fā)展的方式，滿足未來(lái)超千倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)需求，將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，并為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)百倍的能效提升。

　　目前，全球業(yè)界已基本達(dá)成共識(shí)，將在3GPP制定滿足ITU要求的全球統(tǒng)一5G標(biāo)準(zhǔn)，并將于2020年左右實(shí)現(xiàn)5G商用。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，3GPP已計(jì)劃在2016年初啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)研究，2018年完成包含部分功能的第一版5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并將于2019年底左右完成滿足ITU要求的5G完整標(biāo)準(zhǔn)。