5G商用，蓄勢待發

徐慧俊

[摘要] 分析了2017年5G標準進展、各國5G頻譜規劃以及主流運營商的5G商用時間表等，認為5G產業鏈正在加速成熟，5G商用越來越近。5G相關的關鍵技術已經得到充分驗證，如：大規模多輸入多輸出（Massive MIMO）在Pre5G中商用，基于網絡功能虛擬化（NFV）架構的云化網絡方案在4G網絡中商用，5G承載的軟件定義網絡（SDN）架構、靈活以太網（FlexE）/靈活光傳送網（FlexO）等趨于成熟，5G端到端（E2E）網絡切片、自動化運維、人工智能（AI）等關鍵技術也將助力5G網絡運營。分析了中國在5G產業進程中發揮的作用，并展望了5G未來的發展進程。

[關鍵詞] 5G；SDN/NFV；網絡切片；自動化運維；AI

[Abstract] The standardization progress， wireless spectrum planning and the updated timetable for 5G of some advanced countries are analyzed in this paper. The commercial 5G is regarded much closer to the market with an accelerating industrial chain. The 5G technologies have been fully verified in many fields， such as massive multiple input multiple output （Massive MIMO） application in Pre5G， network function virtualization （NFV）-based cloudification deployment in 4G network， software defined networking （SDN） architecture for 5G bearing， flexible Ethernet （FlexE）/flexible optical transport network （FlexO） application and 5G smart operation aided by end-to-end （E2E） network slicing， automatic operation and maintenance （O&M）， and artificial intelligence （AI）. The important role of China is also analyzed in the progress of 5G industry development， and finally the commercial 5G timetable is proposed with an aspiring expectation.

[Key words] 5G； SDN/NFV； network slicing； automatic O&M； AI

“4G改變生活，5G改變社會。”5G不僅僅是帶寬的提升，而且是一次顛覆性升級，是人與人通信向萬物互聯的轉變，是整個社會數字化轉型的基石。移動超高清視頻、增強現實（AR）/虛擬現實（VR）等大視頻應用推動網絡帶寬需求大幅提升；工業自動化、無人駕駛、網聯無人機、遠程醫療、智能交通、智能電網等行業應用逐步興起，也對網絡提出了超高可靠性、超低時延、海量連接等特殊場景需求。5G將開啟萬物互聯、無限遐想的新時代，整個社會對5G時代充滿期待。

1 5G產業環境趨于成熟

1.1 5G標準化進程不斷加速

自4G產業走向成熟時起，國際標準組織和主流運營商逐漸將產業發展重心聚焦到5G的標準制定上，第3代合作伙伴計劃（3GPP）、國際電信聯盟（ITU）、下一代移動通信網絡聯盟（NGMN）等標準組織分別在2015年先后啟動了5G相關的標準制定工作[1-3]。2017年12月21日，3GPP的5G新空口（NR）首發版本——R15非獨立組網（NSA）核心標準正式凍結。這是5G標準的重要里程碑，標志著不久的將來將進入5G網絡建設的規模驗證和預商用階段。

5G標準比前面的1G、2G、3G、4G標準都更為統一。業界吸取了移動通信技術發展的經驗教訓，合力推動形成統一的5G標準，避免了各種利益集團之間的紛爭。這是5G標準能夠不斷提速的重要原因，也使得未來5G在基站、終端、芯片等各方面都能夠更為統一，5G產業鏈將更加容易成熟。

1.2 各國政府陸續出臺5G頻譜規劃

各國政府均將5G網絡建設提升到信息化產業的戰略高度，從全球5G試驗進度來看，美國、韓國、日本、中國將成為首批部署5G網絡的國家，歐洲緊隨其后。中東地區部分國家也有快速部署5G網絡的需求，如阿聯酋將在2020年舉辦世博會，卡塔爾將在2022年舉辦世界杯，這些都將刺激5G網絡部署需求。非洲大多數國家4G普及率仍較低，5G部署計劃將相對滯后。

以中、美、日、韓、歐為代表的多個國家和地區分別發布了3.5 GHz、4.9 GHz附近的中頻段以及26 GHz、28 GHz附近的高頻段的5G頻譜規劃，搶占5G發展先機。中國在2017年11月確定將3.3～3.6 GHz和4.8～5 GHz中頻段作為5G頻段。

3.5 GHz已經成為大多數運營商首選的5G建網頻段，未來可以應用于全球網絡漫游的5G頻段。5G網絡建設需要同時兼顧覆蓋和容量，3.5 GHz頻段借助大規模多輸入多輸出（Massive MIMO）等天線技術，覆蓋范圍可以媲美1 800 MHz，運營商可以復用現有站點來建設5G網絡。高頻段具有大量連續頻段，頻譜資源豐富，但網絡覆蓋存在挑戰。endprint

1.3 主流國家和運營商紛紛明確5G

商用時間表

5G已經成為全球運營商發展的焦點，全球51家運營商積極開展5G技術驗證和部署試驗，以中、日、韓為主的亞太地區最多，共有22家，歐洲16家，北美7家。其中有23家運營商已經發布5G網絡商用時間表，亞太10家，歐洲5家，北美4家。從發布時間表來看，美國、韓國將率先推出5G商用服務。

中國三大運營商2017年分別在北京、上海等10多個城市啟動5G試驗。中國移動2017年6月提出服務化架構（SBA）正式納入3GPP 5G核心網統一架構，2017年底制定切片分組網（SPN）企業標準，并與中興通訊等廠家完成SPN第1階段測試。中國電信2017年8月發布《中國電信5G創新示范網白皮書》。中國聯通于2017年6月完成首個5G在3.5 GHz和1.8 GHz的雙頻試驗，并聯合中興通訊在深圳開通5G NR外場測試。中國三大運營商的5G試驗網已經全面啟動，2018年將啟動面向商用的大規模組網試驗，2019年進入預商用階段，2020年進入規模商用階段。

美國規劃到2020年為1億家庭提供無線寬帶服務，兩大運營商在2016年初就啟動了在高頻段面向固定場景的5G測試工作。2017年，AT&T在印第安納波利斯的部分地區推出5G演進網絡；Verizon向亞特蘭大、達拉斯等11座城市的特定用戶提供高速5G網絡。兩個運營商均計劃在2018年面向全美推出固定5G通信服務。

韓國成立“5G Forum”，推動5G移動通信進展，計劃2020年推出全面的5G商用服務。SKT在2017年6月成功展示3.5 GHz頻段的5G通信，在2017年底前進行規模預商用5G網絡部署，計劃在2018年冬奧會期間開啟5G試驗網商用服務。

日本計劃在2020年東京奧運會前商用5G移動通信服務。Softbank在2016年9月宣布啟動5G項目，并于2017年6月與中興通訊開展了基于4.5 GHz的5G外場試驗，且成為全球首家將Massive MIMO技術正式投入商用的運營商。

德國發布了5G國家戰略，借助于5G建設，拉動電網、智慧城市等數字基礎設施建設。DT在2015年2月成立了5G創新實驗室，2017年在柏林成功部署了基于最新3GPP標準的5G NR網絡連接，并計劃在2018年試運行5G網絡，為廣泛商用部署做準備。

從目前開展5G測試的情況來看，各國運營商對5G應用場景的關注點存在明顯差別。中、日、韓運營商重點關注增強型移動寬帶（eMBB）場景，歐洲運營商關注5G在垂直行業的應用，美國運營商更關注固定無線接入場景應用。

綜合5G標準進展、各國5G頻譜規劃、主流運營商公布的5G商用時間表來看，2017年在5G標準、頻譜規劃、5G關鍵技術驗證等方面均取得了突破性進展，整個5G產業鏈正加速成熟，2018—2019年將成為5G預商用階段和小規模商用階段，2020年將逐步進入5G規模商用階段。5G正向我們走來。

2 5G關鍵技術已經開展

廣泛的實踐和驗證

5G網絡建設理念已經從傳統“業務適配網絡”向“網絡適配業務”轉變。5G網絡需要構建為面向eMBB、超可靠低時延通信（uRLLC）、大規模機器類通信（mMTC）等典型場景服務的綜合性網絡。除了通過天線陣列化、組網密集化、非正交等無線關鍵技術進一步提升無線網絡帶寬能力外，還需要覆蓋到核心網、前傳/回傳網絡、運維系統等，包括網絡云化（軟件定義網絡（SDN）/網絡功能虛擬化（NFV））、端到端（E2E）網絡切片、運維自動化等方面的關鍵技術，以便靈活適應更多垂直行業應用場景的差異化需求和商業模式。

2.1 無線網絡向天線陣列化、

非正交、組網密集化發展

無線頻譜資源始終是有限的、稀缺的，提升頻譜效率始終是一代代移動網絡升級中的關鍵。多天線空分技術是唯一可成倍提升頻譜效率的技術，Massive MIMO作為最重要的空分技術，支持更為精準的波束控制和更高的并發流數，已經成為5G最核心的關鍵技術。Massive MIMO技術已經被提前應用來解決4G網絡容量問題。在全球很多市場，頻譜資源非常有限，而流量增速很快，產生了4G網絡與流量需求之間的矛盾，將Massive MIMO技術應用到4G網絡，小區吞吐量提升了4～6倍，成功解決了市場的痛點問題。中興通訊創新地提出Pre5G，將Massive MIMO技術提前應用于4G網絡，獲得全球移動通信系統協會（GSMA）頒發的“突破性創新獎”和“CTO選擇獎”兩項殊榮，并成功將其推向商用。Pre5G Massive MIMO的成功商用，大幅度加速了5G Massive MIMO的商用進程。

非正交技術是5G很有前途的一個技術方向。從1G到4G均基于正交通信技術，具有簡單高效的特點，然而對于超大數量連接、小帶寬需求，正交技術帶來較大的開銷，且不能有效應對遠近效應。5G提出非正交通信技術，可以針對遠近效應進行優化，部分非正交技術可以實現完全的免調度，例如：中興提出的多用戶共享接入（MUSA）技術，可大幅度提升小數據包的性能和效率，并使連接數量提升6倍以上。

超密集組網（UDN）可以進一步提升5G網絡單位面積的網絡容量和用戶體驗速率，但UDN提升容量的同時，也面臨著同頻干擾、移動性管理、多層網絡協同等技術問題。國際移動通信（IMT）-2020專門成立了UDN工作組，針對UDN可能面臨的問題提出了一系列解決方案，包括干擾管理、小區虛擬化等方案。干擾管理通過網絡側多天線技術形成的空域自由度，從頻域、時域、碼域、功率域和空域等角度進行干擾規避；通過終端側干擾對齊技術，利用干擾信道信息設計編碼和譯碼矩陣，把多個干擾信號抑制到較低的干擾空間。小區虛擬化以用戶為中心，將多個實體小區虛擬為一個邏輯小區，通過傳輸節點間協作，為用戶提供一致、連續的服務，并通過控制層與數據層分離，避免了用戶頻繁切換，降低小區間控制信道干擾，改善了移動性和用戶體驗。endprint

2.2 網絡功能云化

為了適應業務的靈活快速發展，云化部署和分層解耦已經成為5G網絡建設的基本需求。中國移動牽頭的SBA架構已經成為3GPP的5G核心網統一架構。遵循互聯網軟件架構發展歷程和NFV架構，電信網絡功能從軟硬件解耦、云化部署/多層解耦，進一步向云原生架構發展。5G核心網和5G 集中單元（CU）將遵循NFV技術架構，采用云原生技術構建，并基于虛擬化/容器化的基礎設施靈活部署。

NFV技術架構已經在4G網絡的虛擬演進分組核心網（vEPC）、虛擬IP多媒體子系統（vIMS）等建設中得到了規模商用驗證。中國移動、中國電信、VDF、AT&T等主流運營商均已經在云化基礎設施、核心網虛擬化、三層解耦等方面進行了充分的驗證，積累了豐富的經驗。中興通訊已經為VEON提供了架構領先、面向5G演進的SDN/NFV云化網絡解決方案，可實現端到端網絡切片和軟硬件解耦，2G/3G/4G同時接入，總體擁有成本（TCO）降低達30.4%。

2.3 承載網絡彈性化

5G建設，承載先行，5G承載網的技術和標準變得越來越重要。面對5G 無線接入網絡（RAN）側靈活切分、核心網云化等架構轉變，承載網可以采用分組傳送網（PTN）、無線接入網IP化（IPRAN）、光傳送網（OTN）、波分復用點對點無源光網絡（WDM-PON）、微波等靈活構建前傳、中傳和回傳網絡，并引入SDN架構、靈活以太網（FlexE）、靈活光傳送網（FlexO）、分段路由（SR）、超高精度時間同步等關鍵技術，來構建統一彈性承載網絡，滿足5G網絡超大帶寬、超低時延、靈活連接等關鍵需求。例如：FlexE技術實現媒體接入控制（MAC）層與物理（PHY）層解耦，可以通過多個物理鏈路捆綁來擴展網絡容量，滿足5G的大帶寬和靈活組網需求；中興FlexE Tunnel技術進一步將FlexE從接口級技術擴展到網絡級技術，更好地滿足5G網絡前傳/中傳/回傳的虛擬切片和低時延傳送需求。

在5G外場測試和組網驗證中，5G承載技術已得到充分的試驗和驗證。2017年底中國移動發布了5G承載SPN企業標準，并完成了SPN第1階段驗證工作。2017年世界移動大會（上海）期間，中興通訊進行了FlexE Tunnel現場測試，支持端到端連通性檢測、時延測量等操作管理維護（OAM）功能，故障倒換時間小于1 ms，單節點轉發時延最低小于0.5 us。

2.4 E2E網絡切片化

5G E2E網絡切片化是5G網絡支撐行業數字化轉型的關鍵。相對傳統無線網絡主要面向公眾用戶提供接入服務，5G網絡需要面對接入速率、連接數量、傳輸時延等業務服務等級（SLA）指標迥異的不同垂直行業場景的差異化需求，不同商業模式在統一的5G網絡架構下共存。5G網絡建設需要貫穿5G RAN、核心網和承載網絡，構建E2E切片網絡，面向行業客戶提供快速定制交付、自動化閉環保障、安全隔離的虛擬專網。

基于CU/分布單元（DU）分離的無線接入網、云化的核心網、彈性的承載網的分布式部署、網絡可編程的能力，可以面向eMBB、uRLLC、mMTC等SLA迥異的行業應用場景，快速定制具備獨立關鍵業績指標（KPI）、安全隔離的E2E 5G網絡切片，交付給各個垂直行業數字化轉型所需的虛擬專網。3G/4G網絡實現從語音經營向流量經營轉變，在5G時代，網絡切片將成為電信運營商面向垂直行業可運營的產品，使5G網絡能更靈活地支撐各個垂直行業的數字化轉型。

2.5 AI賦能5G網絡

5G時代依靠人工進行參數配置和通過專家經驗形成策略的方式越來越難以滿足業務的動態變化要求，在5G網絡中引入智能引擎，通過人工智能（AI）技術提升網絡智能化水平，實現智能的策略生成和參數自動配置已經成為趨勢。

AI賦能5G網絡的典型場景有基于AI的5G波束賦形/移動負荷均衡、承載網流量預測和路徑優化、虛擬化資源的智能動態分配、智能運維等。例如：基于AI的5G 移動負載均衡（MLB）是利用射頻指紋庫，通過機器學習（ML）/深度學習（DL）算法對負荷提前預測，精選切換用戶和目標小區，使得負荷快速降低并達到均衡狀態，平均用戶吞吐量提升10%以上。

AI技術的引入，將大幅提升5G網絡的智能化水平，有效降低運維人力需求，提升5G系統的整體性能和綜合效率。

2.6 運維自動化

5G網絡中，連接類型的泛化、業務的多樣性使得網絡向著更加復雜多樣的異構化方向發展，網絡的參數配置越來越多，各類網絡策略也愈加復雜，運維自動化已經成為5G網絡建設和運營的關鍵。以編排為核心，借鑒DevOps理念提升電信網絡運營效率，以控制、編排、管理、策略、分析（COMPA）為關鍵技術要素，構建自動化閉環運維系統；并實現E2E切片的快速定制開通、自動化閉環保障等全生命周期管理，通過能力開放向行業客戶提供E2E網絡切片的自服務、自運營門戶。結合大數據/AI技術，將進一步增強運維系統的自動化能力，包括故障自愈、網絡自優化、智能策略生成、網絡規劃預測等能力。

2017年底，開放網絡自動化平臺（ONAP）開源社區發布了針對云化網絡建設的自動化運維第1個開源版本——Amsterdam。歐洲電信標準化協會（ETSI）專門設立了零接觸網絡和服務管理行業規范組（ZSM ISG），致力于面向5G網絡與服務，實現靈活、高效地管理、服務、運營自動化系統的標準化工作，實現5G網絡全生命周期的所有操作流程和任務（包括交付、部署、配置、保障、優化）的自動執行，包括E2E網絡切片的管理和運營。中興通訊在2017年底協助中國移動在廣州部署OSS4.0系統，實現vEPC、家寬業務、窄帶物聯網（NB-IoT）等多場景網絡下的統一自動化閉環運維管理。

3 中國正在領跑全球5G

發展

中國在全球標準制定中經歷了“2G跟隨，3G突破，4G同步，到5G引領”的過程，在5G標準制定中充分彰顯了中國元素。3GPP定義5G物理層的工作組中，華人專家占到60%，其中服務于中國通信企業的達到70%；中國通信企業貢獻到3GPP關于5G的提案，占全部提案的40%。如中興通訊在3GPP針對5G的標準提案有3 500多篇，承擔了3個核心規范編輯人的角色，同時也參與了ITU、電氣與電子工程師協會（IEEE）、IMT 2020、NGMN、ETSI等40多個主流標準組織、聯盟和行業論壇。endprint

中國在5G產業成熟方面功不可沒。截至2017年底，中國已經完成5G技術試驗的兩階段測試，并全面啟動第3階段測試，驗證5G關鍵技術，推進商用前的互聯互通工作。中國已經建成全球最大的5G外場試驗環境，在北京懷柔外場完成30個站址規劃，可滿足多廠家的外場組網性能測試需求；2018年將進一步擴大5G外場測試規模。

中國將成為5G率先規模商用的國家之一，快速發展的垂直行業數字化轉型和巨大的用戶規模都將推動中國5G產業快速健康地發展。中國三大運營商和設備商已在5G產業合作和垂直行業場景驗證方面開展了很多工作。中興通訊已開展了與多個垂直行業標桿企業的深入合作，在VR/AR、車聯網、工業無線、遠程控制、智能電網、遠程醫療六大領域的云VR直播、無人駕駛、工業機器人、遠程挖掘機、無人機電網巡檢、遠程手術等典型場景，不斷探索未來5G的創新應用，優化5G基礎網絡產品。

4 未來5G發展展望

2017年，在整個5G產業的共同努力下，5G標準、關鍵技術、產業環境都取得了突破性的進展，預計2018年將進入規模的外場測試和預商用階段。但運營商面臨著營收增長的壓力，在垂直行業應用未出現明顯增長的情況下，運營商對5G投資將相對謹慎。這也將導致5G的建設周期拉長，未來5G發展將經歷3個階段。

2018—2019年，5G外場測試和預商用階段：標準和技術將進一步完善，大規模外場測試持續進行，早期的5G小規模商用將在中、美、日、韓、歐等國家和地區不斷涌現。同時，Massive MIMO等5G相關的核心技術應用到4G網絡中，Pre5G將成為現階段移動網絡建設的主旋律。

2020—2021年，5G規模商用初期階段：這個階段5G網絡建設的主要目標是分流4G網絡的壓力，進一步提升無線網絡帶寬，eMBB是核心場景。中國將率先大規模部署5G網絡，成為全球最大的5G市場。

2022年以后，5G商用持續深入和拓展：這個階段的主旋律是通信業與垂直行業的跨界融合。5G作為未來數字經濟時代的關鍵使能技術和基礎設施，uRLLC和mMTC場景將快速發展，支撐垂直行業的數字化轉型，如智慧城市、環境檢測、工業自動化、無人駕駛、智能機器人等，新的場景應用將層出不窮。

5G商用，蓄勢待發！

參考文獻

[1] ITU-R. IMT愿景：5G架構和總體目標：ITU-R M.2083[S]. ITU， 2015

[2] Study on Architecture for Next Generation System： TR23.799[S]. 3GPP， 2016

[3] NGMN 5G White Paper V1.0[R]. Frankfurt： NGMN Alliance， 2015endprint