《探討5G發(fā)展?fàn)顩r——機(jī)遇與挑戰(zhàn)》的報(bào)告

摘要：報(bào)告指出，5G將改善用戶體驗(yàn)，帶來新的應(yīng)用以及新的商業(yè)模式，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)，5G的發(fā)展也面臨著許多不可避免的挑戰(zhàn)。

毫無疑問，5G是2019開年以來的最熱話題之一。

為了幫助ICT政策制定者、國家監(jiān)管機(jī)構(gòu)（NRA）、運(yùn)營商以及其它相關(guān)從業(yè)人員看清5G的發(fā)展前景，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了一份名為《探討5G發(fā)展?fàn)顩r——機(jī)遇與挑戰(zhàn)》的報(bào)告。

報(bào)告指出，5G將改善用戶體驗(yàn)，帶來新的應(yīng)用以及新的商業(yè)模式，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)，5G的發(fā)展也面臨著許多不可避免的挑戰(zhàn)。

以下是經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)智庫編譯的部分內(nèi)容：

5G概述

5G是ITU定義的下一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，2015年10月26日至30日，在瑞士日內(nèi)瓦召開的2015無線電通信全會(huì)上，國際電聯(lián)無線電通信部門(ITU-R)正式批準(zhǔn)了三項(xiàng)有利于推進(jìn)未來5G研究進(jìn)程的決議，并正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020，其可提供的增強(qiáng)能力超過IMT-2000（3G）和IMT-Advanced（4G）系統(tǒng)。

IMT-2020的設(shè)定具有如下標(biāo)準(zhǔn)：

?為世界各地正在出現(xiàn)的5G研究活動(dòng)奠定基礎(chǔ)

?確定5G標(biāo)準(zhǔn)化流程的框架和總體目標(biāo)

?制定路線圖，并指導(dǎo)該流程順利運(yùn)行至2020年（見圖1）。

圖1:ITU對(duì)于IMT-2020設(shè)定的詳細(xì)時(shí)間表和流程

從大的角度來講，5G將為決策者帶來增強(qiáng)公民和企業(yè)權(quán)能的機(jī)會(huì)。5G將在智慧城市建設(shè)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這也使得公民和組織能夠在數(shù)字經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重大作用。

圖2: 從先進(jìn)的綜合管理技術(shù)到第五代移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵能力的增強(qiáng)

5G可提供超過千兆的速度，并能顯著提高性能和可靠性，從而為用戶帶來更好的使用體驗(yàn)。當(dāng)然，5G的建立離不開2G、3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的成功，正是由于這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從而帶來了新的商業(yè)和服務(wù)的模式，改變了社會(huì)。

5G也將為電信運(yùn)營商帶來新的機(jī)會(huì)，使他們不只可以提供連接服務(wù)，也可以以較低的成本為消費(fèi)者和行業(yè)開發(fā)豐富的解決方案。同時(shí)，5G也將實(shí)現(xiàn)有線和無線網(wǎng)絡(luò)的融合，特別為集成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的最終確定，商業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將在2020年后開始部署。

圖3: 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

據(jù)GSMA預(yù)計(jì)，到2025年5G連接數(shù)將達(dá)到11億個(gè)，約占移動(dòng)連接總量的12%。同時(shí)，運(yùn)營商總收入將增長2.5%，達(dá)到1.3萬億美元。

另外，與3G和4G相比，5G也將大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速率、降低延遲。據(jù)悉，5G預(yù)計(jì)將顯著降低延遲至1ms以下，適合對(duì)時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)，它的高傳輸速度能力也意味著5G網(wǎng)絡(luò)可以提供一系列高速寬帶服務(wù)，并提供最后一英里接入的替代方案。

5G應(yīng)用案例

5G所帶來的高傳輸速度和低延遲能力將推動(dòng)社會(huì)進(jìn)入智能城市和物聯(lián)網(wǎng)的新時(shí)代。據(jù)了解，相關(guān)從業(yè)者已經(jīng)明確了5G網(wǎng)絡(luò)的一些潛在用例，ITU也定義了5G應(yīng)用的三個(gè)重要類別:

1．增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)-增強(qiáng)型室內(nèi)和室外寬帶、企業(yè)協(xié)作、AR和VR的實(shí)現(xiàn)等。

2．大規(guī)模機(jī)器型通信(MMtc)–物聯(lián)網(wǎng)、資產(chǎn)跟蹤、智能農(nóng)業(yè)、智能城市、能源監(jiān)控、智能家居、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

3．超可靠和低延遲通信(URLLC)——自動(dòng)駕駛、智能電網(wǎng)、遠(yuǎn)程患者監(jiān)控和遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等。

圖4：5G使用場(chǎng)景

電信運(yùn)營商表示，eMBB有望成為5G早期部署的主要用例。eMBB將為擁擠的地區(qū)帶來高速移動(dòng)寬帶，使消費(fèi)者能夠在室內(nèi)、屏幕和移動(dòng)設(shè)備上都具有享受高速流媒體的能力，并將促進(jìn)企業(yè)協(xié)作服務(wù)的發(fā)展。同時(shí)，一些運(yùn)營商也在考慮將eMBB作為缺乏光纖連接家庭的最后一英里解決方案。

5G還有望通過在城市和農(nóng)村地區(qū)部署大量低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)來推動(dòng)智能城市和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。5G內(nèi)置的安全性和穩(wěn)健性將使其適用于公共安全以及一些關(guān)鍵性任務(wù)，如智能電網(wǎng)、安全服務(wù)、公用事業(yè)以及醫(yī)療保健，其低延遲特性也使其適用于遠(yuǎn)程手術(shù)、工廠自動(dòng)化和實(shí)時(shí)過程控制等。

5G的低延遲和安全特性也將為智能交通系統(tǒng)的發(fā)展提供幫助，使智能車輛相互之間可以進(jìn)行溝通，為自動(dòng)駕駛汽車和卡車的連接創(chuàng)造機(jī)會(huì)。例如，通過基于云的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行操作的自動(dòng)駕駛車輛（AV）必須能夠在接收消息時(shí)及時(shí)停止、加速或轉(zhuǎn)彎，而信號(hào)覆蓋導(dǎo)致的任何網(wǎng)絡(luò)延遲或丟失都將阻止消息的傳遞，這可能會(huì)帶來災(zāi)難性后果。然而，運(yùn)營商認(rèn)為，盡管已經(jīng)有大量企業(yè)正在進(jìn)行試點(diǎn)和試驗(yàn)，但自動(dòng)駕駛的大規(guī)模商用仍然還有很長的路要走。

5G技術(shù)和頻譜要求

對(duì)于5G部署早期來講，特別是在增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶方面，核心網(wǎng)絡(luò)和無線接入網(wǎng)絡(luò)的無線電頻譜、回程、軟件化等至關(guān)重要。

無線接入網(wǎng)絡(luò)

大多數(shù)室外4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署目前都基于宏小區(qū)（在蜂窩式移動(dòng)電話的建網(wǎng)初期，采用蜂窩技術(shù)的小區(qū)被稱為“宏蜂窩”小區(qū)。宏小區(qū)是面積很大的區(qū)域，基站發(fā)射天線通常架設(shè)在周圍建筑物上方），然而，覆蓋大地理區(qū)域的宏小區(qū)將難以提供一些5G應(yīng)用所需的密集覆蓋，低延遲和高帶寬（如圖所示） 。

目前大多數(shù)室外4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的部署都是通過基站，然而，廣域覆蓋的基站將難以提供某些5G應(yīng)用所需的密集覆蓋、低延遲和高帶寬。

圖5:5G應(yīng)用程序的帶寬和延遲要求

為了提供5G所需的覆蓋密度和高容量網(wǎng)絡(luò)，電信運(yùn)營商正在通過部署微型基站構(gòu)建其4G無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）的密集化，特別是在一些人口稠密的城市地區(qū)。微型基站雖然服務(wù)的地理范圍比廣域基站小得多，但卻增加了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、容量和服務(wù)質(zhì)量。

微型基站無需額外的頻譜就能提高網(wǎng)絡(luò)容量，因此對(duì)低頻譜容量或頻譜稀缺的運(yùn)營商具有很大的吸引力。此外，行業(yè)觀點(diǎn)認(rèn)為，在密集的城市區(qū)域部署微型基站可以提高現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并能支持5G網(wǎng)絡(luò)和早期eMBB服務(wù)的預(yù)期高容量需求。

圖6:廣域基站網(wǎng)絡(luò)與微型基站網(wǎng)絡(luò)

由于微型基站所需要的覆蓋范圍十分密集，因此需要將其安裝在如公交站臺(tái)、路燈、交通信號(hào)燈等公共設(shè)施上，而這一般也會(huì)伴隨有一個(gè)街道柜，以容納操作員的無線電設(shè)備、電源和現(xiàn)場(chǎng)連接。

圖7：小型蜂窩天線系統(tǒng)和街道機(jī)柜的示例

大規(guī)模MIMO（多輸入，多輸出）可擴(kuò)展至數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)天線，支持波束成形以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，這對(duì)于高效的電力傳輸至關(guān)重要。大規(guī)模MIMO提高了頻譜效率，并與密集的微型基站部署相結(jié)合，將幫助運(yùn)營商滿足5G的挑戰(zhàn)性容量需求。

核心網(wǎng)絡(luò)

端到端的靈活性將是5G網(wǎng)絡(luò)的定義特征之一，這種靈活性在很大程度上源于網(wǎng)絡(luò)軟件化的引入，其中核心網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件功能是分開的。網(wǎng)絡(luò)軟件化是指通過網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)切片和Cloud-RAN（C-RAN）等技術(shù)，提高創(chuàng)新和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度。

?NFV——替換專用設(shè)備（如路由器，負(fù)載平衡器和防火墻）上的網(wǎng)絡(luò)功能，虛擬化實(shí)例在商用現(xiàn)成硬件上運(yùn)行，從而降低網(wǎng)絡(luò)更改和升級(jí)的成本。

?SDN——允許實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)重新配置網(wǎng)絡(luò)元素，使5G網(wǎng)絡(luò)能夠通過軟件而非硬件進(jìn)行控制，從而提高網(wǎng)絡(luò)彈性，性能和服務(wù)質(zhì)量。

?網(wǎng)絡(luò)切片——允許將物理網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)（邏輯段），這些網(wǎng)絡(luò)可以支持不同的RAN或某些客戶群的多種類型的服務(wù)，從而通過更有效地使用通信信道大大降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

?C-RAN——一種關(guān)鍵的顛覆性技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。它是一種使用虛擬化技術(shù)與集中處理單元相結(jié)合的基于云的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可取代移動(dòng)基站的分布式信號(hào)處理單元、降低部署基于微型基站的密集移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的成本。

此外，邊緣計(jì)算對(duì)于實(shí)時(shí)和對(duì)延遲敏感的應(yīng)用程序而言越來越重要。邊緣計(jì)算使數(shù)據(jù)更接近最終用戶設(shè)備，為要求苛刻的應(yīng)用提供極低延遲的計(jì)算能力，加快了可操作數(shù)據(jù)的傳遞、降低運(yùn)輸成本。

5G頻譜

5G網(wǎng)絡(luò)（而不是4G）的高容量部署能力需要更多的頻譜帶寬，從而增加了對(duì)頻譜的需求。目前，行業(yè)正在共同努力為5G頻譜謀發(fā)展，例如，國際電信聯(lián)盟正在協(xié)調(diào)5G移動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)附加頻譜的國際協(xié)調(diào)(方框5)。國際電聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T)在制定5G系統(tǒng)有線元件的技術(shù)和架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

5G用例可能通過各種頻譜頻率來滿足。例如，低頻和短距離應(yīng)用（適用于密集的城市區(qū)域）可能適用于mmWave頻率（24 GHz以上）。遠(yuǎn)程，低帶寬應(yīng)用（更適合農(nóng)村地區(qū)）可能適用于低于1 GHz的頻率。雖然較低頻率具有更好的傳播特性可以獲得更好的覆蓋，但較高的頻率可以支持較高的帶寬，這是由于mmWave頻帶具有較大的頻譜可用性。例如，華為提出了一種多層頻譜方案，該方案最好地總結(jié)了這套理論。

圖8：WRC-19研究中的新頻段

雖然歐盟已指出700 MHz頻譜對(duì)于實(shí)現(xiàn)5G業(yè)務(wù)的廣域和室內(nèi)覆蓋至關(guān)重要，但在非洲部分地區(qū)可以使用不同的頻率來增強(qiáng)4G覆蓋范圍。預(yù)計(jì)到2020年，只有35％的撒哈拉以南人口將被4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，許多農(nóng)村地區(qū)很少或根本沒有4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，相比之下，全球平均水平為78％.8。因此，撒哈拉以南非洲的政策制定者可能會(huì)考慮將700MHz頻譜作為提高農(nóng)村4G覆蓋率的理想方式，而不是將其用于5G。

GSMA期望3.3-3.8 GHz頻譜能夠成為許多最初5G業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，特別是提供增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶。這是因?yàn)?.4-3.6 GHz幾乎覆蓋全球，因此能夠很好地推動(dòng)低成本設(shè)備所需的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

推出5G的主要挑戰(zhàn)

1.微型基站部署挑戰(zhàn)

在一些國家，有關(guān)部門和地方當(dāng)局政策對(duì)運(yùn)營商要求過高的行政和財(cái)務(wù)義務(wù)阻礙了投資，減緩了微型基站的發(fā)展。另外，部署微型基站的制約因素還包括許可程序延長、采購活動(dòng)冗長，費(fèi)用過高以及阻止訪問的過時(shí)條例。

此外，許多地方的當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)禁止在城市中心等5G需求量極大的區(qū)域快速、經(jīng)濟(jì)地推廣微型基站，這也使得提供簡化和靈活監(jiān)管流程的決策者能夠從5G帶來的創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長中獲得最大收益。

另外，盡管日本和韓國的運(yùn)營商使用廣域基站C-RAN建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)十分密集，但微型基站還未在亞洲大規(guī)模部署。由于光纖回程的廣泛可用性，盡管在日本和韓國可以部署C-RAN，但在其他市場(chǎng)可能并非如此。

2.光纖回程

由于許多城市光纖網(wǎng)絡(luò)可用性差，為微型基站部署光纖回程網(wǎng)絡(luò)(以支持高數(shù)據(jù)速率和低延遲)將是運(yùn)營商面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

例如，英國是歐洲光纖滲透率最低的國家之一，滲透率為2％。相比之下，歐洲的平均水平約為9％。為了激勵(lì)對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的投資，英國政府推出了一項(xiàng)為期五年的新光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)稅率減免措施。

如果部署光纖回程成本效益極低，運(yùn)營商應(yīng)考慮無線回程技術(shù)。在這種情況下，除光纖外，還應(yīng)考慮包括PMP、mmWave和衛(wèi)星在內(nèi)的無線技術(shù)組合。

3．頻譜

在一系列頻率上分配和識(shí)別全球統(tǒng)一頻譜需要國際組織、區(qū)域電信組織和國家監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)，這是成功部署5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)NRA面臨的最大挑戰(zhàn)之一。協(xié)調(diào)分配具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗畲笙薅鹊販p少了邊界的無線電干擾、便于國際漫游并降低了設(shè)備成本。這種總體協(xié)調(diào)是ITU-R在世界無線電通信大會(huì)（WRC）進(jìn)程中的主要目標(biāo)。

對(duì)WRC-19來講，這一進(jìn)程目前正處于對(duì)24GHz 以上可獲得大帶寬的世界協(xié)調(diào)無線電頻譜的大型毗連區(qū)塊的IMT分配和識(shí)別達(dá)成共識(shí)的階段，這些區(qū)塊有大帶寬可用。WRC-19關(guān)于這一主題的決定將基于ITU對(duì)移動(dòng)服務(wù)和現(xiàn)有服務(wù)在這些頻帶和相鄰頻帶中的廣泛共享和兼容性的研究。

發(fā)達(dá)國家的一些NRA正在考慮將700 MHz、3.4 GHz和24 GHz頻段用于5G的初始部署，以滿足5G的覆蓋范圍和容量要求。

此外，業(yè)內(nèi)還應(yīng)考慮共享頻譜，以便更有效地利用現(xiàn)有資源。傳統(tǒng)上，NRA只向移動(dòng)運(yùn)營商分配頻譜。但是，由于需求的增長，共享可以作為一種提高現(xiàn)有頻譜的有效利用率的手段。

另外，NRA還需要進(jìn)一步考慮特別是24 GHz以上5G頻譜的許可和使用模式。傳統(tǒng)上，分成小帶寬（例如5MHz、10MHz、20MHz）的移動(dòng)頻譜很少，因此可以在拍賣中吸引高價(jià)。而24 GHz以上的頻譜相對(duì)更容易獲得，因此不具備很強(qiáng)的稀缺性，而這也將影響商業(yè)模式和頻譜拍賣。其實(shí)，ITU已公布了頻譜共用方法的國家實(shí)例：例如ITU關(guān)于WTDC-14的報(bào)告，第9號(hào)決議。

4．其他因素

設(shè)備可用性–兼容性對(duì)用戶在5G標(biāo)準(zhǔn)和頻譜的使用方面至關(guān)重要。制造商目前正在開發(fā)將5G、4G、3G和2G嵌入單個(gè)芯片的技術(shù)，預(yù)計(jì)從2019年開始，到2020年以后，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)推出。

垂直行業(yè)的協(xié)調(diào)——電信業(yè)是一個(gè)由設(shè)備和芯片制造商、設(shè)備供應(yīng)商以及零售和批發(fā)運(yùn)營商組成的完整生態(tài)系統(tǒng)。因此，在開發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)時(shí)，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)作相對(duì)簡單。

網(wǎng)絡(luò)中立——?dú)W洲電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)BEREC發(fā)布了關(guān)于如何加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中立的最終指導(dǎo)方針，要求互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商平等對(duì)待所有網(wǎng)絡(luò)流量，不偏袒某些服務(wù)。然而，包括德國電信、諾基亞、奧蘭治、沃達(dá)豐和英國電信在內(nèi)的17家移動(dòng)運(yùn)營商大力游說BEREC方面對(duì)這些規(guī)則采取更寬松的解釋，稱這些“在5G投資回報(bào)方面造成了巨大的不確定性”。此外，他們表示，除非BEREC對(duì)網(wǎng)絡(luò)中立采取更溫和的方法，否則他們不會(huì)引入高速5G網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)論

在5G發(fā)展用例發(fā)展成熟之前行業(yè)和決策者應(yīng)該謹(jǐn)慎對(duì)待5G相關(guān)的投資，同時(shí)提高現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的可用性和質(zhì)量。

5G預(yù)計(jì)將在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長、增強(qiáng)公民生活體驗(yàn)和創(chuàng)造新的商業(yè)機(jī)會(huì)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

盡管有這些好處，但在確立商業(yè)案例時(shí)，以及5G是否是經(jīng)濟(jì)的真正優(yōu)先事項(xiàng)時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎。5G投資決策必須有可靠的投資案例支持。

由于投資金額高，運(yùn)營商對(duì)投資回報(bào)持懷疑態(tài)度。他們目前正在大城市投資5G測(cè)試臺(tái)和試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，這些城市擁有先進(jìn)的4G部署和更適合網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的支持性基礎(chǔ)設(shè)施。

這種“城市主導(dǎo)”的戰(zhàn)略可能會(huì)對(duì)數(shù)字鴻溝產(chǎn)生不利影響，因?yàn)?G在農(nóng)村地區(qū)的情況不太令人信服。地方當(dāng)局和監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這一風(fēng)險(xiǎn)，并予以應(yīng)對(duì)。