從理論研究走向戶外試驗(yàn)5G研發(fā)全線提速

本刊記者 | 舒文瓊

從理論研究走向戶外試驗(yàn)5G研發(fā)全線提速

本刊記者 | 舒文瓊

在眾多廠商和組織的協(xié)作下，5G研發(fā)呈現(xiàn)加速度推進(jìn)的態(tài)勢。不過，對于頻譜資源緊張等問題依舊沒有找到有效解決的方法。

當(dāng)4G正在全球如火如荼地發(fā)展之時(shí)，面向下一代的5G已經(jīng)引爆了人們新的關(guān)注。近日，IMT-2020（5G）推進(jìn)組召開了第二次IMT-2020（5G）峰會(huì)，400人左右的會(huì)場直到下午仍然座無虛席，5G的熱度由此可見一斑。更為重要的是，從工信部、研究院、中國移動(dòng)，以及以愛立信為代表的METIS組織的發(fā)言來看，全球5G研發(fā)已經(jīng)取得了階段性成果。

那么，5G的應(yīng)用場景何在？5G研發(fā)面臨的關(guān)鍵問題有哪些？從與會(huì)專家的演講中，我們可以找到一些答案。

并非空穴來風(fēng)

移動(dòng)通信演進(jìn)具有“10年預(yù)研一代、10年商用一代”的特點(diǎn)。例如，2000年左右3G在全球商用，到2010年左右4G投入商用，按照這一進(jìn)度，下一代5G的商用時(shí)間在2020年左右。而每一代技術(shù)從研究、論證、測試到商用都需要經(jīng)歷一個(gè)漫長的過程，因此現(xiàn)在動(dòng)手研究5G是恰逢其時(shí)。

從市場需求來看，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是5G發(fā)展的兩大主要驅(qū)動(dòng)力。中國移動(dòng)研究院副院長黃宇紅表示，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)顛覆了傳統(tǒng)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)模式，正在呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢，預(yù)計(jì)2020年將帶來超過1000倍的流量增長；物聯(lián)網(wǎng)則擴(kuò)展了移動(dòng)通信的服務(wù)范圍，面向2020年，各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更會(huì)爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。大容量需求推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，必將加重網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本和壓力，為了維持整個(gè)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，人們需要打造一個(gè)低成本、高效率的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

根據(jù)會(huì)上發(fā)布的白皮書，5G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)性等多場景的一致性。如果上述指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，那么由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的超千倍移動(dòng)數(shù)據(jù)流量、數(shù)百億甚至數(shù)千億的設(shè)備連接，都在5G的能力范圍之內(nèi)。

研發(fā)帷幕開啟

在認(rèn)識到5G的必要性之后，從2012年開始，全球各主要國家和地區(qū)都開啟了5G研發(fā)帷幕。例如，歐盟設(shè)立METIS和5GNOW課題組，研究解決5G各種問題；英國則游離于歐盟之外，建立了“5G創(chuàng)新中心”。在亞洲，韓國組建“5G論壇”，日本成立“2020 and Beyond AD Hoc”特別討論會(huì)，我國建立IMT-2020（5G）推進(jìn)組。此外，包括ITU、3GPP、NGMN在內(nèi)的全球主要通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織也開展了5G通信相關(guān)工作。

在上述各組織中，METIS起步較早，進(jìn)展較快。METIS成立于2012年，是歐盟推出的全球首個(gè)大規(guī)模國際性5G科研項(xiàng)目。METIS第一階段計(jì)劃運(yùn)行30個(gè)月，目標(biāo)是為建立5G移動(dòng)和無線通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為未來的移動(dòng)通信和無線技術(shù)在需求、特性和指標(biāo)上達(dá)成共識，取得在概念、雛形、關(guān)鍵技術(shù)組成上的統(tǒng)一意見。據(jù)悉，目前METIS第一階段工作已經(jīng)完成，現(xiàn)在已進(jìn)入第二階段的細(xì)化發(fā)展階段。

METIS由29個(gè)成員組成，包括主要設(shè)備商、運(yùn)營商、汽車廠商及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。其中，愛立信不僅負(fù)責(zé)METIS的總體項(xiàng)目管理，還承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)制定與發(fā)布、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能指標(biāo)這兩項(xiàng)核心任務(wù)。據(jù)悉，愛立信在此項(xiàng)目上研發(fā)投入巨大，METIS共分八項(xiàng)工作任務(wù)組，由七家設(shè)備商以及一家運(yùn)營商負(fù)責(zé)，愛立信就承擔(dān)了其中三項(xiàng)任務(wù)組的工作。為了加快進(jìn)度，愛立信還攜手紐約大學(xué)無線中心，開展5G技術(shù)的研發(fā)。

在本次會(huì)議上，愛立信5G項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Janne Peisa受邀代表METIS發(fā)表演講，介紹了METIS研究進(jìn)展和5G關(guān)鍵技術(shù)。

主要應(yīng)用場景

經(jīng)過近兩年推進(jìn)，全球5G研發(fā)進(jìn)展順利。工信部科技司巡視員代曉慧表示，目前IMT-2020（5G）推進(jìn)組已經(jīng)在需求愿景、關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了積極進(jìn)展，在國外，ITU也確定了5G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表。不過盡管如此，對于“5G究竟是什么”整個(gè)行業(yè)還在探索之中。

對于這一問題，起步較早的歐盟METIS的研究結(jié)果具有參考意義。METIS項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、愛立信大師級研究員Afif Osseiran博士認(rèn)為，5G的未來可以用“快、密、全、佳、實(shí)”五個(gè)字來形象概括；快，即“前所未有的高速率”；密，即“支持人口密集地區(qū)的優(yōu)質(zhì)通信”；全，即“支持各類聯(lián)網(wǎng)設(shè)備”；佳，即“最佳體驗(yàn)如影隨形”；實(shí)，即“超實(shí)時(shí)、超可靠”。

為了達(dá)到“快、密、全、佳、實(shí)”的應(yīng)用場景，METIS還為5G提出了具體的數(shù)字化目標(biāo)：第一，在人口密集的城市環(huán)境中，5G將提供10Gbit/s至1000Gbit/s的速率，是目前的10~100倍；第二，單位面積或單用戶移動(dòng)數(shù)據(jù)將增加1000倍，即超過100Gbit/s/km2或500GB/用戶/月；第三，互聯(lián)終端設(shè)備數(shù)量將增加10到100倍；第四，低功耗大型通信設(shè)備的電池使用壽命將延長10倍，傳感器或傳呼機(jī)等終端設(shè)備的電池使用壽命將達(dá)到10年；第五，支持超快速響應(yīng)應(yīng)用，如“觸覺互聯(lián)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)低于5微秒內(nèi)端到端時(shí)延，并具有很高的可靠性；第六，在滿足上述要求的前提下，單位面積成本和能耗不高于當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)。

邁出試驗(yàn)步伐

在眾多廠商和組織的協(xié)作下，5G研發(fā)呈現(xiàn)加速度推進(jìn)的態(tài)勢。就在近日，5G從理論研發(fā)走向試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)——愛立信攜手NTT docomo在日本橫須賀開展了5G網(wǎng)絡(luò)的戶外試驗(yàn)。雙方基于15GHz頻段進(jìn)行的5G試驗(yàn)，獲得了高達(dá)10Gbit/s的超高數(shù)據(jù)傳輸速率。

在本次5G會(huì)議上，多位專家一致認(rèn)為，單站10Gbit/s是5G的關(guān)鍵通信能力之一。愛立信聯(lián)手NTT docomo，在復(fù)雜的戶外場景下，達(dá)到了5G的通信能力要求，標(biāo)志著其取得了突破性進(jìn)展。

面向未來，5G研發(fā)還面臨許多障礙，要走的路還很長。其中，頻譜資源緊張的問題最為棘手。隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的增長，全球移動(dòng)頻譜資源也是捉襟見肘，多個(gè)國際組織預(yù)測，到2020年我國的頻譜資源缺口在1GHz左右。而低頻段的優(yōu)質(zhì)資源已基本被占用完畢，現(xiàn)在可用的大多集中在6GHz以上，這些資源頻段高，存在多種干擾，給未來5G的商用帶來諸多不便。

中國工程院院士鄔賀銓認(rèn)為，面對低頻段資源稀缺的現(xiàn)實(shí)，我們需要制定新的頻譜使用規(guī)則，用好6GHz以上的高頻段資源；同時(shí)，通過重耕等方式靈活利用現(xiàn)有頻譜資源，達(dá)到實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有資源的重新利用；并積極挖掘新的頻譜，爭取將可能清退出的資源用作5G。總之，惟有多管齊下，才能破解頻率資源緊張的難題。