浅谈全球5G发展现状

5th generation mobile networks简称5G,指的是移动通讯技术第五代,是4G之后的延伸,目前各国正在积极研发中,由于5G技术将可能使用的频谱是28GHz及60GHz,属极高频(EHF),比一般电讯业现行使用的频谱(如2.6GHz)高出许多。虽然5G能提供极快的传输速度,能达到4G网络的40倍,而且时延很低,但讯号的衍射能力(即绕过障碍物的能力)十分有限,且传送距离很短,这便需要增建更多基站以增加覆盖。

早在2009年,华为就已经展开了相关技术的早期研究,并在之后的几年里向外界展示了5G原型机基站。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新,并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。2014年5月8日,日本电信营运商NTT DoCoMo正式宣布将与Ericsson、Nokia、三星等六间厂商共同合作,开始测试凌驾现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络,传输速度可望提升至 10Gbps。预计在2015年展开户外测试,并期望于2020年开始运作。

2013年5月13日,韩国三星电子宣布,已成功开发第5代移动通信(5G)的核心芯片实作,这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该芯片技术可在28GHz超高频段以每秒1Gb以上的速度传送数据,且最长传送距离可达2公里。与韩国目前4G技术的传送速度相比,5G技术要快数百倍。通过这一技术,下载一部1GB的高清(HD)电影只需十秒钟。2015年诺基亚与加拿大某运营商成功测试5G。预计在2018年冬季奥运期间,韩国将推出5G试验网络,并于2020年实行大规模商用。2016年8月3日,澳大利亚电信宣布将于2018年在黄金海岸进行5G试验。

中国相关厂商在极化码概念提出后加强研究相关领域意图用于手机数据传输上,并累积大量专利,华为2016宣布4月份率先完成中国IMT-2020(5G)推进组第一阶段的空口关键技术验证测试,在5G信道编码领域全部使用极化码,2016年11月17日国际无线标准化机构3GPP第87次会议在美国拉斯维加斯召开,中国华为主推PolarCode(极化码)方案,美国高通主推LDPC方案,法国主推Turbo2.0方案,最终短码方案由极化码胜出,之前长码由LDPC胜出,底层规格确立。

欧洲的5G发展现状:

欧洲传统上一直是移动通信技术研究的引领者,这主要得益于其连贯性的、世界上规模最大的官方综合性科研与开发计划之一的欧盟FP(Framework Programme for Research,科技框架计划)。在最新的FP7中,欧盟设置了多个面向5G的研究课题——而且相关研究主要面向未来5G移动通信的物理层技术,重点研究包括新型的多载波调制技术,诸如FBMC/GFMC/BFMC/UFMC的非正交、非同步传输、多址方式等,相关项目预计2015年2月结束。据国外媒体报道,欧盟委员会副主席Andrus Ansip在2月28日巴塞罗那世界移动通信大会上发表演讲时指出,下一代无线通信(5G)将“推动数字化革命”。他强调,网络速度加快、数据量增加和容量提升将改变“人们的生活、工作、娱乐和沟通方式”,以及从汽车到医疗等许多行业的现状。但这种新一代技术的发展需要数十亿欧元的投资,以及跨电信运营商、行业、成员国和第三方国家之间的共同努力。各地区应就标准达成一致,欧盟各国政府必须以协调的方式释放急需的频谱,而私营部门应携起手来,共同致力于5G技术的最终应用。Ansip要求业界“更积极地参与”这一过程,以便加快欧洲发布这些应用的速度。他要求各成员国协调频谱使用的经济条件,包括牌照的签发和有效期。他警告说:“另一种选择将使我们面临被快速连接时代遗弃的风险。”他呼吁各国和各地区共同努力,确立正确的标准。欧盟委员会发布了欧洲5G的行动计划。计划中明确提出将在2018年开始预商用测试,到2020年在每个成员国家至少选择一个主要城市完成5G部署,并在2025年之前完成主要公路和铁路的5G部署。在美国,T&T和Verizon Communications高调地展示了他们的最新5G测试成果,他们所使用的设备由诺基亚和爱立信制造。AT&T在实验室的测试结果达到了每秒传送14GB,其决定在今年晚些时候试运行。Verizon的5G网络正在与大量的合作伙伴合作,包括思科、爱立信、Intel、LG、诺基亚、高通和三星。表示,将在年中前向11个美国市场的消费者试提供5G家庭“商用前”运行,其中包括亚特兰大、达拉斯、丹佛、迈阿密、休斯敦、西雅图、华盛顿特区、圣克拉门托等城市。 而在今年2月初的一次活动中,AT&T宣布在接下来的几个月中,将会在奥斯汀和印第安纳波利斯两座城市率先启动“5G Evolution Markets”,并有望在今年年底之前在部分地区达到1Gbps。

英国的5G发展现状:

英国国政府在科研推进方面一直游离于欧盟之外,有其相对独立的5G研发规划。2012年年末,英国政府资助3500万英镑,由萨里大学牵头,联合多家企业,包括沃达丰、英国电信、华为、富士通、三星等, 创立5G创新中心,致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证。研发规划分三阶段推进,最终阶段将联合沃达丰在萨里大学校园内建设完成一个小型试验网络验证其重点关注的诸如小蜂窝、毫米波通信、非正交多址等技术。据外媒报道,上周,英国电信监管机构Ofcom发布了一份关于分配5G服务频谱的最新进展报告,并表示它支持26 GHz频段作为全球统一的“优先频段”。Ofcom表示它与欧洲其他监管机构一直在进行紧密合作,确定了在欧洲部署5G服务的三个初始频段:700 MHz、3.4 GHz-3.8 GHz和26 GHz频段。Ofcom说:“我们已经制定了将700 MHz用于包括5G在内的移动服务的计划。”Ofcom表示,它已经开始起草在英国分配26 GHz频段频谱用于移动服务的建议,并计划在今年上半年进行一次商讨。Ofcom表示它需要考虑目前该频段(26 GHz)的用户,也即:用于移动回传和电视广播的点对点无线链路;用于地球探测卫星系统(EESS)——收集卫星影像和气候数据等数据的地球站;以及用于中继转发由地球轨道卫星收集的环境、天气和灾害监测数据的数据中继卫星系统。

北美的5G发展现状:

目前,美国及加拿大在5G移动通信研究方面目前都还没有一个国家政府层面的统一推进计划,但很多重要的行业企业、高等院校(如Verizon、高通、伯克利等)都已经积极投入5G移动通信研究,参与各种国际化行业组织,贡献其研究成果。美国运营商积极推进5G试验及商用进程,Verizon联合多个厂商成立“Verizon5G技术论坛”,并联合日韩运营商成立5G开放试验规范联盟。此外,北美移动通信行业组织4GAmericas也将工作重心转向5G,并更名为5GAmericas。北美以Verizon、AT&T为首的超级运营商,也在拉拢日韩等流量高地结盟,并获政府背书,势要抢占以高频应用为特色的5G阵地。欧美5G路线之争主要是在高频应用和组网模式上,其中,高通的做法值得国内企业研究。近日的一次公开场合,高通高级研发总监及中国研发中心负责人侯纪磊博士说,高通的5G愿景是具有统一连接架构、统一设计的平台。统一性主要表现在几个重要的方面:一是表现在跨频段和跨频谱类型的统一性,从频段上,会利用到从1GHz 以下到毫米波;二是多元化的服务和部署,体现在宏基站、小基站、终端和终端之间的直连、多波和广播等各种模式;三是针对多样化的服务,我们列举出三种重要的服务范围:增强型移动宽带、关键业务型服务和海量物联网。这也印证了高通对5G技术的判断,“不存在单一的5G技术组件,也没有5G黑马。”

亚太的5G发展现状:

中国政府从3G移动通信开始就一直非常重视电信标准的自主研发工作,主要在863计划和重大科技专项框架下进行了持续性的国家科研资金资助,并由此诞生了TD-SCDMA以及TD-LTE标准。从2013年开始,又对5G移动通信研究进行了首期总计近1.7亿人民币的资助,资助对象包括国内主要的企业、科研院校。二期资助计划也完成了项目评审。另一方面,中国工信部、发改委和科技部于2013年5月共同推动成立“IMT-2020推进组”,旨在推动国内自主研发的5G移动通信技术成为国际标准,并首次提出了我国要在5G移动通信标准制定中起到引领作用的宏伟目标。5G方面,我国政府、企业、科研机构等各方高度重视前沿布局,力争在全球5G标准制定上掌握话语权。中国5G标准化研究提案在2016世界电信标准化全会(WTSA16)第6次全会上已经获得批准,这说明我国5G技术研发已走在全球前列。政府层面,顶层前沿布局已逐步展开,明确了5G技术突破方向。一是我国从国家宏观层面明确了未来5G的发展目标和方向。二是依托国家重大专项等方式,积极组织推动5G核心技术的突破。2017年国家科技重大专项中将有三项与5G相关的研发项目。根据计划时间,2017年—2018年将会全面推进中国第二阶段、第三阶段的5G技术研发试验。企业层面,国内领军企业已赢得先发优势。华为、中兴、大唐等国内领军通信设备企业高度重视对5G技术的研发布局,在标准制定和产业应用等方面已获得业界认可。此外,中国移动等电信运营商也积极布局未来5G产业,华为已经在5G新空口技术、组网架构、虚拟化接入技术和新射频技术等方面取得重大突破。日前,华为polar码方案成为5G国际标准码方案,虽然只是5G标准的初级阶段,但极大地提振了我国5G标准研发的信心。今年2月22日,中国移动、中兴通讯、高通三家公司宣布合作协同,将于2017年下半年在中国开展基于5G新空口(5G NR)规范的互操作性测试和 OTA外场试验,该试验旨在推动无线生态系统实现5G新空口技术的大规模快速验证和商用。同时,中国移动计划在2017年完成5G技术及产品测试,力争2018年启动商用测试,2020年实现商用。事实上去年12月,中国移动研究院就已与爱立信在北京签署5G谅解备忘录,携手启动5G联合研发项目,在未来五年内围绕5G展开全面合作。今年2月10日,中国联通集团携手华为在上海完成了业界首个FDD制式Massive MIMO技术的外场验证,在20MHz频谱上,使用现有的两天线接收终端,实现网络峰值速率697.3Mbit/s,是传统LTE FDD的4.8倍。2月18日,中国电信在南京江北新区产业技术研创园已成功建成4个5G基站,总投资3亿多元,而未来这个区域的5G基站数目将达到600多个。此外中国电信也明确,到2018年实施6GHz以下频段的5G规模技术试验和试商用试验。

2014年1月,中国台湾召开“5G发展产业策略会议”,会议宣布,台湾将成立专责单位,长期投入发展第5代移动通信系统(5G),投资4G及5G发展基金150亿新台币。其中,每年至少有20亿投入5G研发。并在2014年5月推出“2020年TW-5G战略方案”。台湾经济事务部代表表示,5G以移动通信用户体验导向为发展核心,除了技术突破,重点是发展全新的应用服务。

2013年5月,由韩国科技部、ICT和未来计划部(MSIP)共同推动成立了韩国“5G Forum”,旨在推动其国内的5G移动通信进展。具体的行动规划包括发展及提出5G国家战略规划、中长期的技术研究规划、服务概念及需求、培育工业化基石、促进国内外移动通信生态系统的建立。其成员包括Samsung、LG+、ETRI、KAIST等。韩国作为全球网速最快的国家早已开始部署千兆网络。当全球将5G商用时间定在2020年之时,韩国就宣布将提前在2018年实现商用韩国平昌冬季奥运会上首次使用5G移动通信技术。2016年7月,韩国电信(KT)与美国运营商Verizon就5G网络建立全球标准和开发技术达成了一致,将就加快预计于2020年商用的5G技术的商业化与标准问题进行合作。 2016年10月,韩国最大移动通讯运营商SK Telecom宣布,他们将在韩国设立5G移动网络研究中心——5G Playground。在建立这个中心时,SKT与三星电子、诺基亚、Intel、爱立信、Rhode & Schwartz在内的诸多科技巨头进行了合作,他们表示2017年就能建成测试网络,他们因此可能成为世界上第一个5G运营商。

2013年9月,日本电波产业协会(ARIB)在高级无线通信研究委员会(ADWICS)内成立了“2020 and Beyond Ad Hoc”特别讨论会,旨在研究用于2020年及未来(5G)的无线通信系统。该讨论会设置两个工作组:服务与系统概念工作组、系统结构及无线接入技术工作组。其中:服务与系统概念工作组主要研究2020年及未来的移动通信系统(但不仅限于IMT)中的服务及系统概念,包括用户行为、需求、频谱方面、业务预测等;系统结构及无线接入技术工作组主要研究用于2020年及其以后的技术,包括无线接入技术、主要的网络技术等。日本预计将在2020年东京奥运会前商用5G移动通信服务。日本政府正计划于2020年开始领先其他国家推进5G标准,希望在5G技术方面成为行业领导者。三大移动运营商NTT Docomo,KDDI与软银公司均会参与,同时手机制造商松下,夏普以及富士通也将会参与其中。目前欧洲,韩国与其他地区在5G技术方面也与日本处于相似阶段,仍未有具体的技术标准诞生。

5G标准的制定,目前看依然是中国、美国和欧盟实力最强的三方主导,韩国和日本两个国家的实力较弱只能选择跟随。欧盟已经确定爱立信继续担任新一期METIS-II欧盟项目协调人,爱立信从WCDMA到LTE-FDD都在主导欧洲移动通信标准的制定,如今在5G标准制定方面成了各方实力争夺的局面。显而易见,谁在5G研究方面走得越快、越好,谁就能够在未来的市场竞争中占得先机。希望不久的将来中国在5G方面,能够取得长足发展,引领国际秩序,赢得世界更多商机。