5G發展動態與運營商應對策略

李 睿 劉旭峰 高 敏 遲 建

中國聯通研究院 北京 100176

1 5G技術研究進展

5G，又稱IMT-2020，即第五代移動電話通信標準、第五代移動通信技術[1]，已全面進入研發測試與標準化階段。國際電信聯盟組織(ITU)已完成5G愿景研究，2017年11月啟動了5G技術方案征集，2020年將完成5G標準制定。3GPP(3rd Generation Partnership Project)標準化機構已于2016年初啟動5G標準研究，2017年12月完成非獨立組網5G新空口技術標準化、5G網絡架構標準化，2018年6月已形成5G標準統一版本，完成獨立組網5G新空口和核心網標準化，2019年底將完成滿足ITU要求的5G標準完整版本。目前，3GPP已確認的5G技術標準主要有：無線幀長度為10ms，子幀長度為1ms，子載波間隔為15KHz到480KHz；具有相同CP開銷的不同子載波在1ms內符號邊界處同步；支持slot聚合，數據傳輸可以擴展到1到多個時隙上。

在全球范圍內，各國組織積極參與5G技術的研發，力爭5G標準和產業發展主導權。日本成立5G移動通信推進論壇組織(5GMF)，于2017年正式啟動5G技術試驗工作，NTT docomo正在組織十余家主流企業驗證5G關鍵技術，進行關鍵技術及頻段篩選，計劃在2020年實現5G商用以支持東京奧運會；韓國2015年發布5G國家戰略，啟動GIGA Korea項目，陸續投入1.6萬億韓元(約14.3億美元)，于2018年2月平昌冬奧會上開展了5G預商用試驗，計劃2020年底實現5G全面商用；歐盟于2016年發布5G行動計劃并啟動頻率規劃，啟動5G PPP、METIS等5G研究項目，啟動5G技術試驗，力爭2020年實現5G技術的垂直行業應用；美國成立5G American組織，于2016年啟動了5G外場試驗并發布5G高頻頻段，投入約4億美元支持5G試驗及研發， 從2017年2月起已陸續開啟5G的部分預商用。

與此同時，我國也積極部署5G研究。我國已成立IMT-2020推進組，有效推動了5G試驗規劃的實施，目前已有56個成員，涵蓋了國內外移動通信的產學研用單位。我國已全面啟動5G技術研發試驗，完成了5G關鍵技術方案驗證，2018年1月啟動5G系統驗證，預計2019年進入產品研發試驗階段，2020年實現5G技術的商用，如圖1所示。

在技術研發試驗階段(2015～2018年)，由中國信息通信研究院牽頭組織，運營商、設備企業及科研機構共同參與。其中，關鍵技術驗證進行了單點關鍵技術樣機功能和性能測試，包括大規模天線、新型多址、新型多載波、高頻段通信、極化碼、超密集組網、全雙工和空間調制。結果顯示，相對于LTE-A，大規模天線可實現3～4倍的頻譜效率提升，結合多址、編碼等關鍵技術，可滿足ITU頻譜效率指標(3～5倍)提升需求[2]；相比于LTE，采用新型多址技術可獲得86%以上的下行頻譜效率提升和3倍上行用戶連接能力提升；相比于傳統的Turbo碼，極化碼在靜止和移動場景下可獲得0.3～0.6dB的性能提升，同時與高頻段通信結合可實現大于20Gb/s的數據傳輸能力，極化碼能夠有效支持ITU定義的三大場景；高頻段技術方案可行，利用高頻通信技術可滿足10～20Gb/s的ITU峰值速率指標要求；通過大幅度降低帶外泄露，可有效支持相鄰子帶的異步傳輸，可滿足5G系統在統一技術框架下支持不同場景差異化技術方案的需求。技術方案驗證針對不同廠商的技術方案，統一頻率、統一規范，開展單基站性能測試，以及無線接入網、核心網增強技術的功能、性能和流程測試，目前已在位于北京懷柔全球最大的5G試驗外場完成30個站址建設并完成5G二階段網絡部分測試。在連續廣域覆蓋方面，測試所采用的天線端口(通道)數分別為64和128，天線陣子數分別為128、192和256，流數則分別為16、28和48，調制方式均采用256QAM，結果顯示，單用戶峰值速率超過1.6Gb/s，小區峰值速率超過10Gb/s，最高達到了28Gb/s；采用100MHz子載波帶寬更符合5G新空口的要求；天線通道數和陣子數的增加能夠帶來性能增益。在低時延高可靠方面，測試采用的TTI長度多種多樣，如0.125ms、0.2ms、0.25ms以及0.5ms等，子載波間隔也有所不同，包括30/60/75KHz，編碼方式有Polar、LDPC以及Turbo等，且均采用了自包含幀結構，結果顯示單向空口時延均小于0.64m，可靠性＞99.999%，滿足ITU要求。在低功耗大連接方面，測試均采用免調度技術，采用不同的多址技術來進行測試，包括SCMA、MUSA、PDMA，結果顯示，利用新型多址技術和免調度傳輸，可成倍提升系統的用戶連接能力，同時降低成本及功耗。同時，各技術方案在熱點高容量(低頻)、熱點高容量(高頻)、高低頻混合場景等情境下完成了測試，進行了射頻測試技術分析、功能測試技術分析、無線網高層協議測試技術分析、核心網測試技術分析，均可滿足ITU的指標要求。

圖1 5G研究進度

目前，5G技術已經確定了8大關鍵能力指標：峰值速率達到20Gb/s、用戶體驗數據率達到100Mb/s、頻譜效率比IMT-A提升3倍、移動性達500Km/小時、時延達到1毫秒、連接密度每平方千米達到106個、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米達到10Mb/s[3]。較 4G而言，5G在能力和效率上都將實現大幅跨越，如表1所示。

表1 4G和5G關鍵能力指標對比

和4G相比，5G的提升是全方位的，5G的速率、穩定性和安全性遠高于4G，能耗和時延卻顯著低于4G，具備了低時延、高可靠、低功耗、高容量的特點[4]，將更好地滿足移動互聯網和物聯網的業務需求。

2 5G業務體系與應用場景展望

2.1 5G業務體系歸納

在3G時代，3GPP定義了4種基本電信業務類型：會話類、流媒體、交互類和后臺類。通信技術的發展，使得電信業務不斷更新、擴展，后臺類業務擴展成為傳輸類和消息類，同時涌現出大量物聯網業務，包括采集類和控制類[5]，如圖2所示。

超高清、全息影像、3D和浸入式顯示方式的出現，推動了流類、會話類和交互類業務進一步發展，高清流媒體的播放將更加流暢，與用戶的交互方式將更加多樣化、更有趣味性。傳輸類業務開始大量采用云存儲方式，為用戶帶來可比擬光纖的接入體驗。在消息類業務中，OTT消息類業務將逐步成為主導性應用，短信和彩信的業務量將進一步下滑。5G技術高容量、低功耗的特點，推動了物聯網采集類業務的發展，海量設備可通過5G網絡實現高速、低耗、安全的連接，滿足智能電網、智慧交通、環境監測等場景需求；5G技術低時延、高可靠的特點，推動了物聯網控制類業務的發展，毫秒級的時延和接近100%的可靠性，滿足了自動駕駛、工業控制、智能家居等場景需求。

2.2 5G業務場景展望

圍繞著流媒體、物聯網等典型5G業務，國內外運營商對5G應用場景進行了積極探索。ITU定義了5G將應用于增強型移動寬帶、超高可靠與低延遲通信、大規模機器類通信三大類業務場景[6]，本文將圍繞該三類業務場景，對國內外運營商的5G部署進行梳理。

2.2.1 增強型移動寬帶業務場景

5G增強型移動寬帶服務將滿足用戶對高數據速率、高移動性的業務需求，可廣泛應用于互聯網視頻、現場直播、全息通話等場景。

2017年1 月，AT&T正式推出了5G Evolution(演進)計劃，利用DirecTV Now互聯網流媒體平臺進行5G視頻播放測試。AT&T攜手諾基亞，在39GHz系統上完成了5G固定無線流媒體測試，實驗室內已達到14Gb/s的速度，延遲時間不到3ms。2017年6月，AT&T攜手英特爾、愛立信進行第二次5G試驗，美國奧斯汀地區的住宅和商業用戶可在5G網絡上觀看DirecTV Now流媒體直播，并享受更快速的寬帶服務。本次試驗采用了英特爾5G移動試驗平臺和愛立信5G無線接入網絡，通過固定無線5G信號傳送DirecTV Now的實時電視內容，初步達到1Gb/s的體驗速率。

圖2 5G主要業務類型

2016年2 月，KT在韓國組委會面前展示了為2018年平昌冬奧會準備的5G技術，KT利用5G推出360度全景VR(360VR)、同步觀賽(Sync View)、時間切片(Time Slice)等典型實感技術，讓觀眾身臨其境地觀看奧運會。360VR可以讓用戶360度觀看整個賽場，并可從播放畫面上選一名運動員跟蹤觀看。Sync View通過在超高速相機內置的5G通信模塊，使用戶能夠通過運動員視角來觀看比賽。Time Slice采用數十臺相機拍攝，能夠提供立體影像，并捕捉精彩瞬間。實感技術能夠在賽場和體驗館內實現全覆蓋，場外用戶在智能手機等設備上也可體驗。KT已完成5G示范服務網絡的部署，并于2018年2月在平昌奧運會上提供5G端到端的服務，計劃于2019年開始5G商業運營，到2020年建設全國性的5G網絡基礎設施。

2017年4 月，Verizon和KT聯合宣布，已通過5G網絡接通了全球首個全息國際電話。此次測試中，兩家電信運營商的5G試驗網絡均部署在28GHz頻譜上，KT總部大樓的監視器上出現了新澤西Verizon員工的全息圖，雙方成功通過5G網絡舉行了會議。然而，本次試驗中的傳輸圖像并不是跳出機器進入空中的投影，而是局限于屏幕上的3D圖像，參與通話的雙方尚不能以Holoportation全息傳送的方式坐在一起開會。

2.2.2 超高可靠與低延遲通信業務場景

5G技術能夠支持超高可靠與低延遲的機器類通信，可廣泛應用于智慧醫療、無人駕駛、車聯網等場景。

2016年6 月，在倫敦舉辦的“5G World 2016”大會上，愛立信攜手倫敦國王學院展示了遠程醫療解決方案。該醫療用例利用5G技術提供清晰、可靠的觸覺和視覺反饋，將機器人手指當作手術探針使用，傳遞給執刀醫生做低創手術所需的手指感覺和圖像信息，同時機器人手指能夠實時同步執刀醫生所做的遠程操控行為，協助執刀醫生實現遠程手術。該演示通過5G網絡切片技術來構建端到端的操控環境，從而讓網絡控制具有極高的可靠性和極低的延遲，確保了手術的安全性。

2016年9 月，寶馬、愛立信等公司宣布成立開放性組織“5G汽車聯盟(5GAA)”，該聯盟將基于5G技術，開發和測試應用于自動駕駛等場景的通信解決方案。2017年2月，SKT、愛立信和寶馬公司共同建立了28GHz 5G測試網絡，在時速170千米的互聯汽車間實現了峰值速率3.6Gb/s的數據傳輸，聯網汽車能夠接收周邊的交通和障礙物信息，同時車內媒體具有播放4K UHD視頻、虛擬現實現場表演和3D視頻片段的能力。2017年3月，5G汽車聯盟和歐洲汽車電信聯盟(EATA)宣布簽署車聯網合作協議，促成電信運營商、汽車制造商和設備商就V2X的頻譜策略、安全保障等問題進行協作。

2.2.3 大規模機器類通信業務場景

大規模機器類通信業務場景利用了5G低功耗、廣覆蓋的特點，面向采用大量小型傳感器進行數據采集、分析和應用的場景。在5G的生態系統中，5G技術將能夠適配其他技術標準[7]，如低功耗廣域(LPWA)技術LTE Cat-M1、窄寬物聯網(NB-IoT)等。國外運營商積極部署LTE Cat-M1、NB-IoT等網絡，為5G大規模機器類通信打下基礎。

2017年3月，Verizon宣布推出第一個大規模商用的LTE Cat-M1網絡，主要用于物聯網企業的無線接入解決方案。Verizon構建了基于Web的物聯網平臺ThingSpace，開放了Verizon的應用程序編程接口，便于開發人員自主研發、推廣新型物聯網業務，同時便于使用者端到端的管理其物聯網環境，未來將重構制造業、醫療、能源及公共事業、農業科技、金融服務等八大行業。

2017年，Vodafone開始大規模部署NB-IoT，預計2020年將覆蓋Vodafone全球網絡。Vodafone約85%的4G基站通過簡單的軟件升級即可支持NB-IoT。進行商用測試的NB-IoT網路使用頻段為800MHz，與Vodafone在當地提供的4G網路頻段一致，Vodafone無須重新架設專用基站，數小時內即可完成4G基站的更新和NBIoT的部署，極大降低了NB-IoT部署成本。NB-IoT的高效部署為Vodafone的物聯網業務發展打下了良好的基礎。目前，Vodafone已涉及的物聯網業務有智慧電網、公共環境和能源監測、智慧城市和資產追蹤等。

由韓國政府牽頭推出了“Clean City”和“Safe City”計劃，利用NB-IoT網絡在韓國境內部署智能空氣檢測器和智能路燈。LG U+和KT在2016年11月共同發布了NB-IoT戰略，雙方已在2017年完成NB-IoT網絡的全國覆蓋。韓國運營商將在智慧城市、智能交通等方面，展開NB-IoT網絡和5G技術應用的積極探索。

3 5G市場推廣展望與市場空間預測

3.1 5G市場推廣展望

在2017年舉辦的5G World大會上，電信業達成一致意見——將分階段推出5G技術，第一階段將提供增強型移動寬帶服務，在此階段更加關注5G下載速度和容量的提升；第二階段將為5G網絡加載更多創新型功能，特別是物聯網業務，在此階段更加關注5G低延時性和無錯誤傳輸。

第一階段的5G網絡將于2020年推出，預計2021～2022年前后，加載5G芯片組的智能機開始普及，5G用戶數開始激增。該階段的5G標準3GPP R15將提供更快的數據下載速度，預計可達5Gb/s左右，同時將使用新授權的頻譜，帶來容量的顯著提升。5G將催生更大數據流量的套餐，進一步促進視頻業務的發展，并推動虛擬現實和增強現實業務的發展。類似于4G網絡的推廣，預計大部分運營商將首先在城市增建5G網絡，在熱點區域部署高頻率5G網絡以保證傳輸速率，在人流密集的地方提供更高容量的覆蓋以保證網絡的穩定性。增強型移動寬帶服務給運營商帶來的收益，很大程度上取決于2020年的宏觀經濟形勢，經濟環境直接影響了居民消費水平，這將成為運營商為增強型移動寬帶服務定價的關鍵因素。

在5G推廣的第二階段將實施3GPP的R16標準，預計將在2022年左右進入市場，R16 5G用戶數將在2023～2024年左右開始涌現。R16 5G的重要特點是低時延和無錯誤傳輸，將進一步推動物聯網業務的發展，如自動駕駛、智慧城市、遠程醫療等。在此階段，運營商將有更多空間來發揮其5G網絡的差異化優勢，一方面可以與友商開展區域差異化競爭，如在體育場和購物中心等不同城市熱點地區加強網絡建設、將服務拓展至不同的鄉鎮，另一方面可以與友商開展業務差異化競爭，如探索有競爭優勢的物聯網增值業務、開放網絡以與其它行業的參與者合作探索新領域。在此階段，差異化的競爭優勢將成為運營商吸引和留住高價值用戶的基礎。

3.2 5G市場空間預測

在數字化浪潮下，信息產業蓬勃發展，5G業務預計可達萬億級市場規模。

據Ovum預測，到2021年底，將有來自45個國家的超過120家運營商提供5G服務，全球5G移動寬帶用戶將達1.11億，到2022年底可達3.89億。

高通發布的《5G經濟》報告指出，到2035年，5G將在全球創造12.3萬億美元經濟產出，同時創造2200萬個工作崗位，平均每年將投入2000億美元，用于5G網絡和基礎設施建設[8]。5G技術將成為和電力、互聯網等發明一樣的通用技術，成為社會經濟發展的主要驅動力之一，成為轉型變革的重要催化劑。

中國信通院日前發布的《5G經濟社會影響白皮書》指出，到2020年網絡和終端設備投入可能高達4500億元，到2030年5G有望在國內直接創造3萬億、間接拉動3.6萬億的經濟增加值[9]。5G技術不僅能大幅提升移動互聯網用戶的高帶寬業務體驗，更能契合物聯網大連接、廣覆蓋的業務需求，是未來移動通信市場的重要增長點，也將成為業務創新的重要驅動力。

4 電信運營商的5G運營建議

4.1 運營商在5G時代面臨的機遇與挑戰

5G時代的到來，給電信運營商帶來了巨大商機，也帶來了巨大挑戰?；?G技術的創新應用主要包括移動寬帶和物聯網業務。前者是4G時代的延續和升級，后者是新興市場。對于電信運營商而言，物聯網業務既是5G技術帶來的機會，也是風險。

隨著移動用戶飽和與流量資費不斷下降，僅靠移動寬帶難以維持運營商收入的高速增長。因此，5G主要帶給電信運營商的機會，不是增強移動寬帶應用場景，而是大規模物聯網和低時延高可靠通信物聯網這兩類應用場景。物聯網為電信運營商面向智能交通、智慧城市、工業制造、遠程醫療、智慧農業等垂直領域擴展提供了新的市場機會，將成為運營商收入增長的重要來源。

有機會就有風險，機會越大風險就越大。一方面，無論對電信運營商還是設備商而言，物聯網業務的運營都沒有先例可循，并且這一次不是市場驅動技術，而是技術使能市場，需要運營商、設備商聯合垂直領域的行業翹楚，合作建立基于5G技術的物聯網產業生態圈。另一方面，要真正落地低時延、全覆蓋的物聯網應用，需要電信運營商在網絡建設方面進行大量投資。面對不斷下滑的利潤和大規模的網絡建設投資，5G對電信運營商來說，既是機會，也是挑戰。

4.2 運營商的5G運營策略

面對5G帶來的機會和挑戰，電信運營商需要盡早做好準備，積極部署5G運營策略。

4.2.1 加強5G生態產業圈合作

在互聯網浪潮下，無論是電信運營商、互聯網公司，還是終端制造商，均已從既有基礎業務向新興領域擴張，行業邊界越來越模糊，行業形態從產業鏈條逐步演變為生態產業圈。5G生態產業圈匯集了眾多行業，5G的技術研發、業務運營、市場推廣等環節都需要產業圈各方通力合作。電信運營商作為網絡服務的主要提供者和5G生態圈的重要參與者，應整合和利用優勢資源，積極促成5G生態圈的良好運作，以實現合作共贏。

另一方面，5G基礎設施建設需要大量的資金和人力投入，電信運營商需要合作伙伴帶來大量的資金流和各領域的專家人才，在共享5G紅利的同時，共同承擔5G的投資風險。電信運營商應該和合作伙伴形成利益共同體，以聯盟的模式展開合作更有助于5G應用在結盟伙伴的垂直市場中先發落地，形成市場示范效應，增強其他垂直領域對5G的信心，從而推動5G產業圈不斷壯大。這種風險分擔、利益共享的聯盟模式，對于5G時代電信運營商探索新興領域、發展新的商業模式，具有重要意義。

4.2.2 盡早開展5G部署

縱觀國際運營商的5G動態，各國運營商均在積極參與5G技術的試驗與研發，積極推動5G的商用計劃，力爭獲得5G標準和產業發展的主導權。5G技術能夠全面支撐醫療儀器、工業制造、交通運輸等多個垂直領域，應用場景豐富、未來市場空間巨大，必將成為電信運營商收入增長的重要驅動力。電信運營商應該大力推動5G技術的研發與標準的落地，積極為5G的網絡建設和業務運營做好準備，盡早成為5G市場的領路人。盡早開展5G部署，有助于電信運營商搶奪市場先機、獲得市場的主導權，對于電信運營商的持續向上發展具有重要價值。

4.2.3 靈活部署5G，實現4G到5G的平穩過渡

盡管5G是一項新技術，但它由4G演化而來，部分5G的典型應用場景可以通過4G加強版實現。對于電信運營商而言，在5G技術正式商用前，應充分利用現有的4G網絡，為5G網絡的基礎設施改造打好基礎，靈活部署5G，積極試水典型的5G應用場景，從而實現4G到5G的平穩過渡。NB-IoT和LTE-M是兩個被3GPP標準化的物聯網技術，電信運營商可先行利用NB-IoT和LTE-M技術開展物聯網業務，為5G時代的物聯網發展打下基礎。通過4G技術在物聯網領域處于市場領先位置的運營商，擁有了良好的用戶基礎和運營經驗，往往能夠更好的利用5G技術實現物聯網業務的快速發展。

4.2.4 有的放矢的部署5G，關注重點區域和高價值業務

在5G正式商用前，電信運營商應首先評估下，在哪些區域率先鋪設網絡、在哪些市場領域率先開展5G業務更有助于5G的成功運營。具體來講，5G部署可借鑒4G部署的成功經驗，電信運營商可考慮在城市發達地區、人流密集地區率先部署5G，一方面發達地區的消費水平更高，有利于通信產品ARPU值的提升；另一方面，人流密集區域對于網絡的容量與速率要求更高，也更能帶來規模效益。同時，電信運營商可大力發展高價值的增值業務，如智慧家庭、智能交通、工業控制等，在流量的ARPU值持續下滑的情況下，高價值的增值業務有助于電信運營商盡快回流5G投資，實現可持續發展。

5 結語

以“萬物互聯”為愿景，為適應海量移動數據的爆炸式增長，5G網絡應運而生。5G網絡有著4G不可比擬的優越性，其傳輸速率高，時延和能耗低，將帶給用戶更好的使用體驗。本文歸納了5G技術的發展動態，展望了5G業務的發展方向和市場空間，并據此提出了電信運營商的5G運營策略，對于推動5G產業的發展有一定借鑒價值，未來還需在實踐中進一步驗證。5G產業的發展有助于推動社會信息化發展、推動GDP的快速增長，具有重大的經濟價值，將成為新時代下的必然選擇。