5G關鍵技術與標準綜述

王慶揚，謝沛榮，熊尚坤，魏垚，劉昱，李文苡，吳錦蓮

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

5G關鍵技術與標準綜述

王慶揚，謝沛榮，熊尚坤，魏垚，劉昱，李文苡，吳錦蓮

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

在全球業(yè)界的大力推動下，5G技術快速發(fā)展，當前已進入標準制定與技術驗證的關鍵階段。基于此，主要介紹了5G關鍵技術及其最新標準化進展，包括大規(guī)模天線、新型無線網絡架構、超密集組網、邊緣計算、網絡切片、網絡按需定制、4G和5G互操作等以及行業(yè)組織和運營商動態(tài)，然后提出了一些思考和建議。

5G；大規(guī)模天線；無線網絡架構；超密集組網；邊緣計算；網絡切片；服務化架構

1 引言

2017年3月，3GPP RAN#75次會議通過了將部分5G標準提前完成的決定[1]，即在2017年12月首先完成面向增強移動寬帶場景（包括對低時延的支持）的NSA（non-standalone，非獨立組網）Option 3系列選項的Stage 3相關工作，而對于NSA的Option 7系列選項以及SA（standalone，獨立組網）的Option 2和Option 4等選項仍維持在2018年6月完成的計劃。提前完成Option 3系列選項的動力主要來自于日本、韓國等對5G最為激進的國家，但是該系列選項是一種短期過渡性的網絡部署方案，商用價值不高，真正具有商用價值的Option 2、Option 4、Option 5和Option 7等方案仍按原計劃制定標準，因此不會影響 5G的總體進展和我國對5G的戰(zhàn)略引領。本文主要介紹了5G關鍵技術及其最新標準化進展、行業(yè)組織和運營商動態(tài)，并提出了一些思考和建議。

2 關鍵技術研發(fā)進展

2.1 大規(guī)模天線

隨著 LTE系統(tǒng)對物理層關鍵技術的深度挖掘，系統(tǒng)容量已經逼近香農極限，5G頻譜效率和系統(tǒng)容量的突破需另辟蹊徑。大規(guī)模多入多出（massive MIMO）概念是在2010年由貝爾實驗室的 Marzetta首次提出的[2]，理論假設基站側通過部署大規(guī)模陣列天線，當天線數(shù)遠遠大于用戶終端數(shù)時，利用波束成形技術使天線能量集中在一個較窄的方向上傳播，多用戶傳輸信道趨于正交，從空間域的維度實現(xiàn)頻譜資源復用，能夠數(shù)倍提高小區(qū)容量和頻譜效率。大規(guī)模天線標準化進展如圖1所示。

MIMO技術在3GPP LTE早期版本即出現(xiàn)，隨著容量需求和技術的發(fā)展，天線數(shù)隨版本演進不斷增多，16天線可以認為是進入多天線“大規(guī)模”的門檻。為了實現(xiàn)全維發(fā)射，R12中首先完成了針對6 GHz以下頻段的3D化的信道及應用場景建模工作，通過球面體傳播模型替代傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞑ツＰ停怪本S度的波束能夠實現(xiàn)高樓覆蓋，擴展了多天線的應用場景；緊接著R13中，3GPP定義了能夠支持最多 16個端口的FD-MIMO方案；R14對6～100 GHz頻段的信道和應用場景進行了建模，同時提出了支持32個端口的 eFD-MIMO，支持非周期的 CSI-RS和上行DM-RS增強。2017年3月3GPP RAN #75次全會正式開啟了R15版本的5G標準制定，并在RAN1的物理層新空口立項中針對大規(guī)模天線技術細節(jié)開展工作，包括多天線方案、波束管理、CSI獲取、參考信號設計和QCI等。

大規(guī)模天線因具備提升系統(tǒng)容量、頻譜效率、用戶體驗速率、增強全維覆蓋和節(jié)約能耗等諸多優(yōu)點，而被認為是 5G最具潛力的無線網關鍵技術，甚至有商業(yè)案例將其引入4G系統(tǒng)，增強LTE系統(tǒng)能力和生命力。然而，大規(guī)模天線技術的發(fā)展和應用還需要解決諸多問題，如對于不具有上下行互易性的FDD系統(tǒng)，如何有效地實現(xiàn)信道估計是業(yè)界一大挑戰(zhàn)；在現(xiàn)網環(huán)境中大多突發(fā)業(yè)務是小分組業(yè)務，持續(xù)并發(fā)的數(shù)據(jù)流有限，多流配對和算法執(zhí)行效果不理想，小區(qū)容量增益提升將大打折扣，因此科學評估和客觀對待引入大規(guī)模天線對網絡帶來的實際效益，如何在網絡中發(fā)揮其獨特的技術優(yōu)勢尤為重要。

2.2 新型無線網絡架構

5G新型無線網絡架構重新劃分了 BBU和RRU功能，實現(xiàn)基帶資源的集中化處理，并設計新前傳接口實現(xiàn)網絡架構的靈活部署，從而進一步提高資源利用率、降低基站能耗以及網絡建設和運營成本。

圖1 大規(guī)模天線標準化進展

5G新型無線網絡架構由分布單元（distributed unit，DU）、集中單元（central unit，CU）以及連接兩者的新一代前傳接口組成。DU包含了原本RRU的射頻部分和原本BBU一部分的基帶處理功能；CU則包含了其余的基帶處理功能，實現(xiàn)基帶資源的部分集中或全部集中處理。這種新型架構一方面降低了原有架構對前傳接口的帶寬和時延要求；另一方面利用基帶資源的集中化，實現(xiàn)資源共享和多小區(qū)的靈活協(xié)作調度，便于平臺虛擬化，提高資源利用率，降低網絡建設及運營成本。當前3GPP中關于新型無線網絡架構的討論范圍主要集中在 CU/DU的功能劃分上，共給出了8種潛在的功能劃分選項，并在3GPP中進行討論[3]，如圖2所示。目前，業(yè)界傾向在無線架構中同時包含兩種功能劃分方案：網絡兼容性更好、傳輸要求更低的高層功能劃分方案和具有更好協(xié)助調度的低層功能劃分方案。其中，3GPP在2017年4月已確定將Option 2（在PDCP與RLC之間進行劃分）作為高層功能劃分方案并開展相關標準化工作；低層功能劃分由于業(yè)界無法達成共識，當前在3GPP只以研究項目（SI）做討論，業(yè)界傾向于將 Option 7（物理層內劃分）作為實際的低層功能劃分方案。

在5G新型無線網絡架構中，前傳接口除了需要有更高帶寬和更低時延，以滿足大規(guī)模 MIMO等5G新技術帶來的高帶寬及低時延需求外，還需支持數(shù)據(jù)分組化以實現(xiàn)針對不同業(yè)務場景的CU/DU靈活部署。早期對下一代的前傳接口研究工作以中國移動推動的NGFI為主，并在IEEE成立了相關工作組[4,5]；而原有的前傳接口規(guī)范制定者CPRI聯(lián)盟（包括愛立信、華為、NEC和諾基亞）則已在 2017年 8月發(fā)布其新一代的前傳接口——eCPRI。

通過 CU部分的虛擬化并配合高性能和開放性的前傳接口，5G無線網絡可以支持更為靈活的部署。運營商希望在此基礎上實現(xiàn)無線網絡的開放化和軟硬件分離，從而進一步降低網絡建設和運營成本，但是在現(xiàn)實中運營商將面對前傳接口異廠商互通難度大、特定場景對傳輸網絡帶寬時延要求高以及如何結合應用場景優(yōu)化資源部署CU/DU等挑戰(zhàn)。因此，運營商有必要更為深入地研究新型無線網絡架構對網絡建設和運營的影響，主動投入新架構和前傳接口的標準工作中，聯(lián)合業(yè)界推動創(chuàng)新產品的研發(fā)工作。

2.3 超密集組網

5G無線網主要從3個維度考慮更高數(shù)據(jù)速率的實現(xiàn)：更寬的頻譜，空口增強，網絡密集化[6]。超密集組網（ultra dense network，UDN）就是通過更加“密集化”的無線網絡部署，將站間距離縮短為幾十米甚至十幾米，使得站點密度大大增加，從而提高頻譜復用率、單位面積的網絡容量和用戶體驗速率。

目前IMT-2020、3GPP等組織對超密集組網的需求和組網場景進行了研究。3GPP雖暫無 UDN技術專題，但在TR38.913提出的室內場景、室外密集場景就是典型的UDN場景[7]，UDN理念實際上已糅合在整個5G無線網系統(tǒng)設計的過程之中。

超密集組網在提升容量的同時，也面臨同頻干擾、移動性管理、多層網絡協(xié)同、網絡回程等一系列影響用戶體驗或網絡部署的技術問題。目前IMT-2020成立了專門的UDN工作組，針對超密集組網可能面臨的問題提出了一些解決方案，典型的包括干擾管理、小區(qū)虛擬化、接入和回程設計。

圖2 3GPP中CU與DU的潛在功能劃分方案選項[3]

干擾管理是通過基于網絡側或終端側的手段降低小區(qū)間同頻干擾，提升網絡性能。網絡側可以通過頻域、時域、碼域、功率域和空域等角度進行干擾規(guī)避，或者通過多小區(qū)協(xié)同將干擾信號變?yōu)橛杏眯盘枺枚鄠€小區(qū)為同一個用戶提供服務。在終端側，目前研究較多的是干擾對齊（interference alignment）技術，利用干擾信道信息設計編碼與譯碼矩陣，在接收機側把多個干擾信號抑制到較低干擾空間[8]。

小區(qū)虛擬化是指以用戶為中心，將多個實體小區(qū)虛擬為一個邏輯小區(qū)，通過傳輸節(jié)點間協(xié)作為用戶提供一致、連續(xù)的服務[8]，并通過控制層與數(shù)據(jù)層分離，避免用戶頻繁切換。虛擬化可以在一定程度上改善移動性能，降低小區(qū)間控制信道干擾，平滑用戶體驗。

接入與回程聯(lián)合設計主要是為了解決超密集網絡部署過程中可能面臨有線回程資源不足的問題，一個建議的方案是使用自回程技術，即回程鏈路和接入鏈路使用相同的無線傳輸技術，通過時分/頻分復用同一頻帶資源。無線回程可大大提高節(jié)點部署的靈活性，但需要在鏈路容量提升、靈活的資源分配、路徑優(yōu)化等方面進行增強，具體方案還在討論中。

2.4 邊緣計算

ETSI最早研究移動邊緣計算（mobile edge computing，MEC）技術，隨后3GPP擴大了該技術的適用范圍不局限于移動網絡，為邊緣計算（edge computing，EC），ETSI也在規(guī)范制定過程中將其改為多接入邊緣計算（multi-access edge computing）。邊緣計算技術就是指在網絡邊緣位置部署通用服務器，提供IT業(yè)務環(huán)境和云計算能力，其目的是降低業(yè)務時延、節(jié)省網絡帶寬、提高業(yè)務傳輸效率，從而為用戶帶來高質量的業(yè)務體驗[9]。

為此，國際標準組織ETSI于2014年9月成立了MEC工作組，于2015年9月發(fā)布了第一版MEC白皮書——《Mobile edge computing a key technology towards 5G》[9]，完成了需求和框架的標準工作，正式發(fā)布需求、架構等三冊規(guī)范[10-12]。ETSI定義的MEC系統(tǒng)框架基于虛擬化平臺，具備很好的開放性以及自動生命周期管理能力，同時 MEC平臺支持本地應用導入、本地分流策略執(zhí)行等MEC的關鍵能力，具備MEC近距離部署、低時延、位置感知以及無線網絡上下文信息感知等特點。多接入 EC系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 多接入EC系統(tǒng)框架[12]

MEC系統(tǒng)獨立部署，可以部署在無線接入側，或者傳輸匯聚點，或者移動網絡的核心網邊緣（如分布式 DC的網關側）。MEC的應用場景可以是增強現(xiàn)實、智能視頻加速、車聯(lián)網、位置相關業(yè)務等。

ETSI的主要工作集中在MEC系統(tǒng)本身，對于MEC系統(tǒng)在移動網絡中的具體應用則由3GPP來完成。3GPP在技術規(guī)范中規(guī)定，邊緣計算作為5G的高層特征之一，遵循5G的整體架構，并滿足如下功能：本地路由、話務分流、會話和業(yè)務連續(xù)性、用戶面選擇和重選、網絡能力開放、QoS和計費[13]。5G核心網基于用戶簽約數(shù)據(jù)、位置、業(yè)務規(guī)則、運營商策略等為邊緣計算業(yè)務選擇靠近UE的、合適的用戶面功能（user plane function，UPF）模塊，然后UPF將用戶數(shù)據(jù)轉發(fā)到本地數(shù)據(jù)網絡中的服務器。多接入EC系統(tǒng)在3GPP網絡架構中的位置如圖4所示。

圖4 多接入EC系統(tǒng)在3GPP網絡架構中的位置

通過 EC可以實現(xiàn)一種新的生態(tài)系統(tǒng)和價值鏈。運營商除了為移動用戶就近提供業(yè)務計算和數(shù)據(jù)緩存能力，還可以對可信的第三方開放自己的無線接入網絡邊緣，靈活快速地部署業(yè)務，實現(xiàn)網絡從接入管道向信息化使能平臺的關鍵跨越，是運營商未來有效部署業(yè)務的新技術之一。隨著技術的逐漸成熟和業(yè)務需求的逐漸明確，EC應用會越來越廣泛，但是目前 EC才剛剛起步，標準還不完善，與第三方及行業(yè)客戶合作的商業(yè)模式也需時間和經驗來摸索，因此推動 EC的標準化工作，研究對 EC設備的監(jiān)管、安全及計費問題，考慮 EC與無線網、核心網整體端到端協(xié)調等，是今后EC方面的工作重點。

2.5 網絡切片

業(yè)界對于5G提出了需求各異的應用場景，如高帶寬、廣覆蓋的 eMMB；低功耗、大連接的mIoT；低時延、高可靠的uRLLC。這些場景的需求差異極大，已經很難用一張統(tǒng)一的網絡來滿足所有的業(yè)務需求，因此引入了網絡切片（network slice）技術。

網絡切片就是一個按需求靈活構建的、提供一種或多種網絡服務的端到端獨立邏輯網絡。用戶使用何種業(yè)務，就接入提供相應業(yè)務的網絡切片。網絡切片還是NFV（網絡功能虛擬化）應用于5G的關鍵特征，雖然網絡切片在理論上并非必然要使用虛擬化技術，但只有基于虛擬化，網絡切片技術才具有商用可行性與商業(yè)效益。網絡切片示意如圖5所示。

圖5 網絡切片示意[14]

為了實現(xiàn)網絡切片，在傳統(tǒng)網絡基礎上新增了切片管理器與切片選擇功能兩個網絡功能，介紹如下。

· 切片管理器包含商務設計、實例編排和運

行管理這3個依次工作的環(huán)節(jié)。首先在商務設計環(huán)節(jié)，由網絡切片需求方輸入切片的相關參數(shù)；然后在實例編排環(huán)節(jié)，切片管理器將切片描述文件輸出到MANO，實現(xiàn)網絡切片的實例化；最后在運行管理環(huán)節(jié)，切片管理器監(jiān)控并動態(tài)管理各網絡切片。切片管理器主要在3GPP SA5組進行研究，目前切片編排研究報告（TR28.801）已經完成，即將開始相關標準的制定。· 切片選擇功能：在網絡切片運行過程中，根據(jù)用戶需求與用戶簽約信息，為用戶選擇接入的網絡切片。

根據(jù)網絡切片控制面功能的共享情況，網絡切片可以有3種不同的組網架構[15]，且這3種架構在實際組網時可以混合使用。

· 完全不共享：每個切片完全獨立，分別擁有各自完整的控制面與用戶面功能實體。此架構的切片隔離性最好，但用戶在同一時間只能接入一個網絡切片。

· 控制面功能部分共享：部分控制面功能（如移動性管理、鑒權功能）在切片間共享，其余的控制面功能（如會話管理）與用戶面功能則是各切片專用的。此架構支持用戶在同一時間接入控制面功能部分共享的多個網絡切片。

近年來在中小學班主任專業(yè)化發(fā)展的過程中，逐漸地出現(xiàn)了女性多于男性的現(xiàn)象，這對于中小學生特別是男生的發(fā)展帶來了負面的影響，表現(xiàn)在男生的男子漢氣概不足，過分柔性。同時在班主任隊伍中，年齡偏高，中老年班主任的比例比較高，年輕班主任比較少，這些班主任在班級管理過程中具有豐富的經驗，但是在工作的過程中缺少熱情和發(fā)展的意識，表現(xiàn)在對于新的理念和管理方法接受能力不強，難以及時地跟隨時代的發(fā)展需要，難以滿足中小學生的心理需求。

· 控制面功能完全共享：各切片的控制面功能完全共享，只有用戶面功能是各切片專用。此架構的隔離性最差，只在用戶面實現(xiàn)了隔離，此架構也支持用戶在同一時間接入控制面功能完全共享的多個網絡切片。

網絡切片技術目前正處于標準制定階段，其中3GPP SA2負責切片的總體架構與技術方案，技術點主要包括切片選擇、切片的漫游支持、切片的共存等方面。而SA3則負責研究切片的安全、隔離方案，此外SA5負責切片的編排與管理的標準化網絡切片除了帶來技術上的重大突破，使得用戶可以按需接入最合適的網絡外，同時也將為運營商的商用模式、運維模式帶來革命性變革，移動網絡由原來的用戶/業(yè)務適配網絡轉變?yōu)榫W絡適配用戶/業(yè)務，原來的單一網絡運營方式也逐漸轉變?yōu)槎嘀鼐W絡的動態(tài)管理。因此運營商還需要從部署策略、運維模式等方面著力，加強網絡切片的劃分、切片與用戶/業(yè)務的對應策略、切片的上下線流程等關鍵問題的研究。

2.6 網絡按需定制

網絡按需定制，是指網絡針對不同應用場景的服務需求引入不同的功能設計，終端接入時按需選擇合適的網絡功能實體。

網絡按需定制在具體實現(xiàn)上，會把整個移動網絡分為很多功能相對獨立的功能實體，如移動性管理、會話管理、鑒權授權等，每種功能實體依據(jù)業(yè)務需求的不同又可以分為不同的小組件，如移動性管理功能按照對移動性要求的不同，可以分為低移動性組件與高移動性組件，其中，低移動性組件可應用于對位置不敏感的海量物聯(lián)網終端，而高移動性組件則用于普通5G智能終端。

網絡按需定制已經成為3GPP制定5G核心網標準的核心理念之一，雖然3GPP的5G網絡架構標準并沒有把網絡按需定制作為一個專題進行獨立研究，但其思想已經充分體現(xiàn)在5G總體架構、移動性管理、會話管理等多個5G技術專題研究中。

按需定制的移動網絡架構示意如圖6所示。

在該架構中，要實現(xiàn)網絡按需定制，需要具備以下4個關鍵特性[14]。

· 網絡功能注冊管理：實現(xiàn)網絡功能實體的發(fā)現(xiàn)、注冊、維護、分配等管理功能。在3GPP的5G系統(tǒng)架構標準[13]中定義了NRF（NF repository function，NF注冊功能）來負責該項功能。

· 融合數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫需為各功能實體提供用戶簽約數(shù)據(jù)、用戶上下文等實時數(shù)據(jù)共享服務。為實現(xiàn)網絡功能的靈活定制，5G功能實體一般采用無狀態(tài)的設計，因此各功能實體間需要通過數(shù)據(jù)庫進行用戶數(shù)據(jù)的實時交互。為此，3GPP定義了 UDM

（unified data management，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）用以存儲用戶簽約數(shù)據(jù)，同時還定義了UDSF（unstructured data storage function，非結構化數(shù)據(jù)存儲功能）用于存儲用戶上下文等實時數(shù)據(jù)。

· 控制面交互功能：主要負責核心網控制信令的對外收發(fā)。目前3GPP主要使用AMF與SMF（session management function，會話管理功能）來完成該功能。

· 服務化的架構（service based architecture，SBA）與中立接口：功能實體通過統(tǒng)一的、服務化的中立接口對外提供服務。在傳統(tǒng)的移動網絡間，任意兩個需要通信的網元間的接口都是定制的。而在5G架構中，由于劃分了較多的功能實體，如果仍沿用原來的接口方式，將引入很多定制接口，大大增加了網絡的復雜度。為此根據(jù)IT中微服務的理念，提出了服務化的架構與中立接口的概念，即每個功能實體對外只提供一個統(tǒng)一的接口，通過該統(tǒng)一接口對外提供服務。

網絡按需定制與前述的網絡切片均充分體現(xiàn)了網絡適配用戶的思想，其中，網絡切片是為用戶選擇合適的網絡，而網絡按需定制則是為用戶選擇合適的功能實體。網絡按需定制中的功能實體劃分、網絡功能注冊管理、服務化架構與接口等關鍵技術都是 3GPP標準制定的研究熱點，3GPP 5G核心網第一版的Stage 2標準（即架構及總體流程部分）根據(jù)計劃會在2017年內制定完成。

2.7 4G與5G互操作

4G與5G網絡的互操作研究主要在3GPP的5G項目中進行，在RAN組和SA組的前期研究中匯總了8種5G網絡的部署選項，根據(jù)大部分主流運營商和設備商的探討，現(xiàn)在主要聚焦4種選項的規(guī)范制定[16]，分別介紹如下。

2.7.1 Option 2選項

Option 2是NR獨立組網的典型部署選項，即端到端純5G網絡，如圖7所示。這種部署選項可用于兩種具體場景：4G網絡和5G網絡并存，各自獨立，可以視業(yè)務需求通過5GC（5G core，5G核心網）與 EPC互連實現(xiàn)兩網的互操作；4G已經退網，只有5G網絡單獨存在并承載所有業(yè)務。

圖6 按需定制的移動網絡架構示意[14]

圖7 Option 2選項

2.7.2 Option 3系列選項

Option 3系列選項是一系列的NR非獨立組網部署選項，核心網采用EPC、UE和網絡之間的控制信令錨定在 LTE空口和 S1-MME接口上傳輸，用戶面具有NR和LTE雙連接能力。Option 3的用戶面有3種方式接入EPC，所以Option 3系列有3種具體選項：第1種選項稱為Option 3，eNode B和NR節(jié)點的用戶面在eNode B匯聚后再接入EPC，NR節(jié)點不需支持S1-U接口；第2種選項稱為Option 3a，eNode B和NR節(jié)點的用戶面各自接入 EPC；第 3種選項稱為 Option 3x，eNode B和NR節(jié)點的用戶面在NR節(jié)點匯聚后再接入EPC。Option 3系列選項如圖8所示。

Option 3系列選項可用于5G網絡部署早期，即在5G標準和5GC設備尚未成熟前，為了快速支持eMBB業(yè)務和對4G的容量補充，只引入5G新空口、暫不引入5GC，而且NR節(jié)點只起到分擔用戶面流量的作用，所有的消息和控制權都在EPC。

2.7.3 Option 4系列選項

Option 4系列選項是一系列的NR獨立組網特殊部署選項，是在 5G網絡架構下將 eNode B升級成為演進型eNode B，借助其用戶面實現(xiàn)NR和LTE雙連接能力。根據(jù)用戶面的不同接入方式，Option 4系列有2種具體選項：第1種選項稱為Option 4，即演進型eNode B和NR節(jié)點的用戶面在 NR節(jié)點匯聚后再接入5GC；第2種選項稱為Option 4a，即演進型eNode B和NR節(jié)點的用戶面各自接入5GC。Option 4系列選項如圖9所示。

Option 4系列選項主要用于 5G網絡部署后期，此時5G網絡已建設完成并在特定區(qū)域內提供連續(xù)覆蓋，4G網絡仍然具有廣覆蓋和一定的容量能力，因此可利用4G網絡分擔一部分業(yè)務流量，所有的消息和控制權都在5GC。

2.7.4 Option 7系列選項

Option 7系列選項是將Option 3系列選項的核心網由EPC改為5GC，5G業(yè)務由5GC控制，eNode B也必須升級為支持5G網絡接口的演進型eNode B。Option 7系列選項如圖10所示。

圖8 Option 3系列選項

圖9 Option 4系列選項

這種部署方式可用于5G網絡部署初期、引入5G核心網之后。由于部署初期5G網絡的覆蓋有限，為發(fā)揮4G網絡的覆蓋優(yōu)勢，該系列選項升級UE和eNode B接入5GC，UE和網絡之間的控制信令錨定在LTE空口和N2接口上傳輸，所有的消息和控制權在5GC，NR節(jié)點的目的仍然是快速支持eMBB業(yè)務和對4G的容量補充，具有分擔用戶面流量的作用。

探討4G與5G的互操作，首先需要明確的是，5G網絡對4G網絡不是顛覆和替代的關系，而是4G網絡如何向5G網絡演進以及兩網如何融合發(fā)展的過程。根據(jù)3GPP的路標，LTE還有很長的生命周期，LTE的網絡能力還能滿足相當多的應用場景和基本的容量需求。同時，5G在發(fā)展過程中出現(xiàn)了“5G技術4G化”的現(xiàn)象，如大規(guī)模MIMO在4G網絡中的應用等。因此，應結合業(yè)務需求和網絡演進的需求，擺脫單純的4G網絡或者5G網絡的框架束縛，從技術本身的特性和現(xiàn)實網絡的客觀存在出發(fā)，兼收并蓄，兼顧4G的持續(xù)發(fā)展和5G新技術的引入，從全網發(fā)展的角度考慮移動網絡的演進路徑和互操作關鍵技術的研究。

3 行業(yè)組織和運營商動態(tài)

每一代移動通信技術的誕生和推廣，都意味著一個重新分配產業(yè)利益的重大機遇。雖然 5G標準化工作尚未完成，4G商用取得成功的美國、日本、韓國等領先運營商出于國家戰(zhàn)略、市場競爭或自身技術創(chuàng)新的需求，紛紛發(fā)布激進的 5G商用計劃，希望在新一輪全球競賽中繼續(xù)取得先機，呈現(xiàn)出“你追我趕”的態(tài)勢，總體聚焦在eMBB場景。

為在5G產業(yè)上取得先機，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）在全球率先頒布5G頻率，均為24 GHz以上，共11 GHz帶寬，包括授權頻段3.85 GHz帶寬（包括28 GHz、37 GHz、39 GHz）和非授權頻段7 GHz帶寬（包括64 GHz和71 GHz）。美國第一大移動運營商Verizon更是“虛張聲勢”，2016年7月發(fā)布了其企業(yè)的5G規(guī)范，更豪言2017年開始商用部署。由于Verzion的5G計劃遠早于最早可用的3GPP 5G版本發(fā)布時間（2018年6月），引起業(yè)界擔心Verizon的5G將與3GPP的5G在標準和產業(yè)上出現(xiàn)分裂，使得5G技術碎片化。然而，Verizon的5G只是一個增強的固定無線接入系統(tǒng)，在用戶側依靠 Wi-Fi解決室內覆蓋，無法與3GPP的5G標準相提并論。出于美國國內市場競爭需要，AT&T和T-Moblie也相繼宣布了他們的5G計劃，不過兩者更為務實，將基于3GPP標準來與業(yè)界同步推進。AT&T雖然宣布2016年開始測試5G用于家用寬帶服務，但表示2018年才開始部署。T-Mobile展示了豐富的5G業(yè)務愿景，表示如此豐富的移動應用需要等到2020年。

日本、韓國作為歷代移動通信技術發(fā)展的急先鋒，在 5G發(fā)展上也不例外。韓國兩大運營商SK Telecom（SK電訊）和KT急于在2018年2月冬奧會期間展示其5G移動通信服務，已在28 GHz高頻段開展試驗，近期SK電訊還發(fā)布了5G商用設備的招標。日本則計劃在2020年東京奧運會前實現(xiàn)5G商用，目前DoCoMo正在組織驗證5G關鍵技術以推動實現(xiàn)初期的5G商用目標，之后計劃推動“5G+”來支持更為豐富的業(yè)務場景。

圖10 Option 7系列選項

歐洲是3G/4G標準化的領導者，但是4G的發(fā)展偏慢，在5G的發(fā)展上也趨于穩(wěn)健，目前更多的是希望能繼續(xù)在5G時代主導推進標準。受美國5G激進計劃的影響，歐盟在2017年9月公布了5G行動計劃，給出了比較完整的5G工作時間表：在2017年3月公布具體的測試計劃并開始測試，2017年底制定完整的5G部署路線圖，2018年開始預商用測試，2020年各個成員國至少選擇一個城市提供5G服務，2025年各個成員國在城區(qū)和主要公路、鐵路沿線提供5G服務。同時，歐盟也在推動在2017年底之前確定6 GHz以下和6 GHz以上的頻率劃分，以支持高低頻融合的5G網絡部署。

中國政府也已明確積極推進5G于2020年商用，工業(yè)和信息化部從2015年9月至2018年底主導5G關鍵技術試驗，三階段試驗包含關鍵技術驗證、技術方案驗證和系統(tǒng)驗證。3個運營商在近期都公布了自己的實驗室、外場和部署計劃，逐步推動產業(yè)成熟，實現(xiàn)2020年商用或試商用。不過受國內高頻器件產業(yè)弱勢的限制，中國更重視6 GHz以下頻率的5G應用，首發(fā)的5G應用頻段很可能為3.5 GHz和4.8 GHz頻段。

全球而言，國際電信聯(lián)盟（ITU）早在2015年就發(fā)布了5G愿景和需求定義，并于2016年正式將下一代移動蜂窩通信系統(tǒng)命名為“IMT-2020”，2018年底啟動5G技術評估及標準化，旨在2020年第一季度完成技術評估并最終決定技術方案。另一方面，5G的商用將與3GPP的5G標準發(fā)展對應，在2020年左右首先啟動eMBB業(yè)務場景的商用，而后再逐步支持更為豐富的業(yè)務場景[17-19]。

4 結束語

移動通信系統(tǒng)不斷向統(tǒng)一的制式演進，在4G時代已經統(tǒng)一到3GPP制定的FDD和TDD兩種LTE制式，4G終端普遍同時支持盡可能多的主流頻段，4G核心網更是遵從統(tǒng)一的一套3GPP標準，而5G的技術標準由3GPP統(tǒng)一制定，5G將延續(xù)4G的這種模式得到發(fā)展。隨著業(yè)務不斷從2G、3G向4G遷移，將來承載移動通信業(yè)務的主流制式將是4G和5G，產業(yè)鏈將比3G和4G時代更加聚焦和同質化。但是因為4G網絡的巨大成功，在發(fā)展5G時除了需要考慮拓展垂直應用的需求，還要充分考慮現(xiàn)有移動網絡的演進需求。4G現(xiàn)網工作頻率低、覆蓋能力強、用戶體驗速率較低，而5G工作頻率高、覆蓋能力弱、用戶體驗速率較高，因此如何將兩者融合起來以實現(xiàn)優(yōu)勢互補、為用戶提供更好的體驗，是無線組網方面需要重點研究的課題，具體涉及空口采用單連接還是雙連接、各種業(yè)務的承載策略以及終端實現(xiàn)上的技術和成本問題。5G核心網在理論上具備網絡切片、按需定制等能力，目標是實現(xiàn)網絡對業(yè)務的適配，但是目前業(yè)界對于網絡切片的內涵、切分及應用場景存在不同的理解和需求，服務化架構的具體實現(xiàn)存在挑戰(zhàn)，這些都是需要業(yè)界共同努力去研究解決的課題。

在討論5G時還需要考慮5G和Wi-Fi的關系，兩者相近的方面包括工作頻率都包括6 GHz以下和6 GHz以上相關頻段，都支持MU-MIMO等關鍵技術，在室內5G和Wi-Fi的能力相近，應用場景將發(fā)生較多重疊，兩者差異化的方面包括Wi-Fi具有成本低、終端支持度高、后向經營商業(yè)模式較為成熟等優(yōu)勢，而5G具有服務保證、網絡安全等優(yōu)勢，將來5G應該采取何種商業(yè)模式、5G如何與 Wi-Fi形成優(yōu)勢互補，都是需要盡早開展研究的課題。

5G首次在移動寬帶以外對其他場景提出了相應的技術方案，功能更為豐富，性能大幅提升，拓展了對各種垂直應用的支持，因此5G網絡不再像前幾代移動網絡那樣單純和僵硬，同時隨著NFV成為網絡部署的主流方式以及移動網絡的商業(yè)模式面臨變革，5G網絡的運營體系也需要及時做出相應的調整。在這樣的大背景下，電信運營商的理念必須及時由“業(yè)務適配網絡”向“網絡適配業(yè)務”轉變，面向以 eMBB、URLLC以及mMTC 3種典型場景為頂點構成的綜合場景，考慮移動寬帶和各種垂直應用對網絡的需求，充分利用4G現(xiàn)有網絡和各級云計算基礎資源，綜合運用5G和NFV的各種關鍵技術，實事求是、因地制宜地制定5G網絡部署方案。

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Key technology and standardization progress for 5G

WANG Qingyang, XIE Peirong, XIONG Shangkun, WEI Yao, LIU Yu, LI Wenyi, WU Jinlian
Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China

Under the impetus of the global industry, the 5G technology developes rapidly and has entered the critical stage of standard setting and technical verification. Based on this, the key technologies of 5G and its latest standardization progress was introduced mainly, including massive MIMO, new radio network architecture, ultra dense network, edge computing, network slicing, networking on-demand , 4G and 5G interworking, as well as industry organization and operator dynamics, and ended with some thoughts and suggestions.

5G, massive MIMO, radio network architecture, ultra dense network, edge computation, network slice,service based architecture

s: The National Science and Technology Major Project of China (No.2016ZX03001009, No.2017ZX03001001)

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017312

2017?08?07；

2017?11?08

國家科技重大專項基金資助項目（No.2016ZX03001009，No.2017ZX03001001）

王慶揚（1973?），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院移動通信研究所所長、高級通信工程師，主要研究方向為移動通信系統(tǒng)的關鍵技術及應用、移動網絡規(guī)劃和優(yōu)化。

謝沛榮（1977?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，長期從事移動通信核心網絡標準與技術研究工作。

熊尚坤（1977?），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，長期從事移動通信新技術標準研究和試驗工作，現(xiàn)專注于5G演進的標準、技術方案研究和試驗工作。

魏垚（1984?），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要研究方向為LTE、5G無線通信系統(tǒng)關鍵技術。

劉昱（1984?），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要研究方向為無線網絡架構及新技術。

李文苡（1972?），女，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向為各種制式的移動核心網技術和組網。

吳錦蓮（1977?），女，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向為移動通信系統(tǒng)新技術。