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中國5G之路

文/ 浮生

2016年9月8日是個值得銘記的日子。日本運營商軟銀(SoftBank,就是著名的孫正義旗下的運營商)和旗下的Wireless City Planning召開新聞發佈會,宣佈面向下一代高速通信標準5G的項目"5G Project"正式啟動。

作為"5G Project"啟動的第一階段,軟銀將商用可大幅擴展網絡容量的Massive MIMO技術。Massive MIMO通過在基站采用大量天線,實現對多個移動終端用戶同時進行通信服務,是5G的核心技術之一。

軟銀表示,該公司是全球將Massive MIMO技術正式投入商用的首傢運營商。

軟銀在新聞發佈會現場同時使用瞭20臺終端進行大流量的業務演示,顯示瞭Massive MIMO強大的數據傳輸能力。軟銀移動技術本部-網絡企畫總括部部長北原秀文指出,在東京城區4個地點進行的實驗表明,Massive MIMO打開時,與關閉時比較,平均可以提升約6.7倍通信速度。

軟銀5G(S5G)具有劃時代的意義,這是全球首個將5G技術進行商用的案例。同時也證明瞭,作為5G核心技術的Masive MIMO已經具備瞭商用的能力,能明顯提升移動通信網絡能力。這預示著5G時代的來臨遠比人們比預想得要早。

相比美國Verizon 5G(V5G),軟銀S5G走得更快更前。首先,軟銀S5G是5G技術的正式商用,而美國V5G目前隻是確定瞭標準框架,產品還沒出來。在這一點上,軟銀走得比美國更加激進,讓用戶和市場直接進行檢驗。

我們這廂剛受到瞭美國V5G在標準上的超快進度的沖擊,還沒緩過神來,那廂東瀛日本直接宣佈5G技術進入商用。。。5G的世界真是刺激連連啊!!!

同時,軟銀S5G是在低頻段上進行5G技術的商用,而美國V5G則是在高頻段使用5G。兩者的區別體現在對現有頻率、網絡、終端的影響上。據瞭解,軟銀的S5G是基於現有的頻率、網絡和終端,隻是在基站側采用瞭5G的大規模天線和MIMO技術,采用復雜的算法來提升系統容量,而不影響現有終端的使用(跟蘋果iPhone 7首發活動結合,說明iPhone 7可以接納到5G網絡裡)。

這是一個絕妙的想法和一個偉大的創新。

運營商可以節省頻譜拍賣、網絡設施建設、運維的巨額開支;用戶也不用因為技術的更新而頻繁更換手機,節省購機成本,但上網速度得到瞭有效改善。媽媽再也不用擔心我手機上網慢瞭:)

在發佈會上,還有一個細節非常值得我們關註,就是軟銀發佈瞭20GB /6000日元的月流量包套餐。正是因為有瞭5G的Massive MIMO技術,單基站能力平均提升6.7倍,使得軟銀有信心將原來的5GB /5000日元月流量套餐包直接升級到瞭20GB /6000日元月流量套餐包,性價比得到瞭極大的提升。5G技術的經濟效益和社會效益立刻得到瞭體現。

聯想到這兩天看到另一個新聞:業內某著名老大哥企業號稱全球首發5G基站。我們很自然聯想到這兩者是否有關聯。但仔細一想,首發隻是發佈,剛從實驗室出來,離商用還有很長的路要台中產後護理之家走,而軟銀是商用。基本可以判斷,這兩個新聞和這兩個企業,應該是沒有關聯的。

通常意義上講,全球首發5G基站,和全球率先商用之間,應該是間隔好多年的。我好奇的是,在軟銀宣佈全球率先商用5G技術面前,某著名老大哥企業怎麼想?咱們能用同一個星球的文字好好說話麼?

既然可以排除某老大哥企業的5G基站,那麼,軟銀這次用的是哪傢的5G設備呢?會場上沒有指明設備商廠傢和設備型號,但展出瞭基站設備。看到基站設備照片,我們覺得非常眼熟,這不就是今年初巴塞羅那移動通信展獲得移動技術突破獎和CTO最佳選擇獎兩項大獎的明星產品:中興通訊的Pre5G(Massive MIMO)基站麼?

怪不得在巴展大獲成功後一直沒有消息,原來是在日本軟銀進行商用前的試驗測試。明星基站產品終於取得瞭商用,修成正果。看來巴展評委會的眼光果然不俗。

以中興Pre5G為代表的中國5G產品,在素以要求嚴格、競爭激烈的日本市場取得全球5G率先商用,對中國5G是個極大的振奮。

這說明,我們在以Massive MIMO為核心的5G技術上的研究能力還是全球領先的,產業化能力也是極強的,並快速通過瞭軟銀的商用試驗測試,獲得商用合同和部署。

我們國傢既然有技術,有產業化能力,為何會造成這種墻內開花墻外香的局面呢?我們是否過於執著於國際標準,而忘記瞭其實還有國傢標準和行業標準?接連而來的美國V5G和日本S5G,都說明不一定要完全依賴歐洲人主導的3GPP標準。

我們是不是可以內斂一些,切實以中國通信產業的核心利益為出發點,整合國內資源,認真做好中國C5G標準和產品?

作為中國5G從無到有、從小到大的經歷者,在考慮中國5G之路該怎麼走的時候,我們可以梳理一下中國5G的幾個關鍵時間和事件:

時間:2012年11月地點:無錫

細雨濛濛中,"十二五"863計劃"無線通信技術"研討會召開。這應該是中國第一次關於5G的正式研討會。尤肖虎、張平、王京等高校專傢,朱伏生、王映民等企業代表分別從技術發展趨勢、產業發展趨勢等方面進行瞭比較全面的探討,開始系統的探討多元域編碼、非正交多址技術、無線軌道角動量、異構網絡等新技術作為5G候選技術的可行性。自此,拉開瞭中國5G技術研究的序幕。

時間:2013年2月地點:工信部電信研究院

IMT-2020(5G)推進組成立,由工信部電信研究院、中國移動、中國聯通、中國電信、東南大學、清華大學、北京郵電大學、電子科大、中興、華為、大唐、貝爾等單位組成,同時成立以鄔賀銓院士、曹淑敏院長、尤肖虎台中產後月子中心價格教授為首的專傢組。推進組設需求、技術、頻譜、知識產權、3GPP、IEEE、ITU等工作組,開始梳理5G核心需求,甄別5G關鍵技術、研究5G可用頻譜。自此,中國5G開始瞭有組織的推進。

2013年5月國傢863計劃"第五代移動通信(5G)系統前期研究開發(一期)"備選項目開始征集,中國政府開始對5G關鍵技術研究進行資助,面向2020年移動通信應用需求,研究第五代移動通信(5G)網絡系統體系架構、無線組網、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發與利用等關鍵技術,完成性能評估及原型系統設計,支持業務總速率達10Gbps,空中接口頻譜效率和功率效率較4G均提升10倍。整體項目下設4個研究方向:5G移動通信系統總體技術研究,5G無線網絡構架與關鍵技術研發,5G無線傳輸關鍵技術研發,5G移動通信技術評估與測試驗證技術研究。通過項目聯合申報,鼓勵形成產學研用密切結合的研發團隊,支持不同的技術路線和學術思想在統一的系統框架下進行研發。可以看出,中國政府從一開就希望有組織有效率的進行5G技術合作研究和協同開發。

FUTURE FORUM舉辦瞭中國第一屆以5G為主題的國際峰會Future (5G) ICT SUMMIT,由尤肖虎教授、Werner Mohr、朱伏生等共同主持。全球研究5G的合作組織,包括ITU-R、歐盟的5GPPP、日本ARIB、韓國5G Forum、中國臺灣新世代無線通訊研發聯盟等齊聚一堂,中國移動和NTT DOCOMO等中外運營商、中興和愛立信等中外設備商、東南大學/Osaka大學等中外院校輪番發言,共同探討5G技術和應用需求為導向,並在FUTURE FORUM下設立5G SIG工作組,建立起長期的國際性的交流合作機制,以促進中國與世界5G技術和標準的相台中月子中心價錢互融合與共同發展。這次峰會也奠定瞭5G的全球化合作的基礎。

2014年2月國傢高技術研究發展計劃(863計劃)5G二期項目,在一期項目的基礎上,重點開展涉及未來5G發展的關鍵性技術研究:

1.研制可靈活配置且吞吐率達10-100Gbps的5G基站軟試驗平臺,為開展5G初期技術試驗與驗證體提供基礎性手段;

2.探索毫米波頻譜資源的開發利用,開發超傳輸速率達10Gbps的室內超大容量無線通信系統;

3.研究不同體制環境下的無線網絡虛擬化技術,大幅度提高網絡資源利用率並為移動用戶提供最佳體驗;

4.研究無線接入網絡安全技術;

5.研究新型調制編碼技術。

中國政府開始資助5G關鍵技術原型樣機的研發。通過這兩期項目,中外運營商、設備商和高等院校都積極參與到中國主導的5G技術研究和樣機研發中來。

時間:2014年11月地點:北京

FUTURE論壇5G峰會,發佈瞭中國第一個5G技術白皮書,涵蓋瞭用戶需求和應用場景、傳輸技術、網絡構架、評估測量等技術領域,並對5G網絡能力給出瞭性能指標:

峰值速率≥ 10Gbps最小保證速率≥ 100Mbps連接數密度≥ 1M connections/ km2流量密度≥ 10 Tbps/ km2空口時延≤ 1 ms端到端時延≤ 10 ms移動速度支持500km/h頻譜效率提升5-10倍能效效率提升100倍成本效率提升100倍

同時在5G技術白皮書明確指出,5G 研究應逐步集中到如下幾個候選技術:

空口技術:EE-SE 聯合設計,大規模天線,全雙工,新型多址,新波形,新型調制編碼,軟件定義空口,稀疏挖掘,高頻段通信以及頻譜共享與靈活利用

網絡技術: C-RAN,軟件定義網絡/網絡功能虛擬化(SDN/NFV),自組織網絡(SON),超密集網絡(UDN),多網融合(multi-RAT),以及直接通信D2D

此外還包括可穿戴式設備、M2M 和網絡安全等關鍵技術。

這些新技術對技術評估和測試方法帶來的挑戰需明確和快速解決。

自此,中國對5G的需求、KPI、關鍵技術識別都已經初步完成。

2015年9月 北京IMT-2020(5G)推進組與歐盟5G基礎設施協會(5GPPP)正式簽署合作備忘錄,中國歐洲打算聯合引領5G的征途正式開啟。

2016年1月 北京IMT-2020組織的中國5G技術研發試驗正式啟動。在工信部的主導下,中國的5G研發試驗將分為兩步進行實施:第一步為技術研發試驗(2015-2018),由中國信息通信研究院牽頭組織,運營企業、設備企業及科研機構共同參與;第二步為產品研發試驗(2018-2020),由國內運營企業牽頭組織,設備企業及科研機構共同參與。第一步又分為三個階段,第一階段是5G關鍵技術驗證,主要內容為單點關鍵技術樣機性能測試;第二階段是5G技術方案驗證,主要內容是融合多種關鍵技術,開展單基站性能測試;第三階段是5G系統驗證,主要內容是5G系統的組網技術性能測試以及5G典型業務演示。通過5G研發試驗,對5G 各項關鍵技術進行充分的研究和論證,將有競爭力的方案進行標準化推動,同時也將產業化的難點和重點摸清楚,提前規劃和佈局,從而加快產業化進程,實現2020年商用的目標。

時間:2016年5月地點:北京友誼賓館

第一屆全球5G大會開幕,工信部苗圩部長親臨致辭。會上,中國5G研發試驗第一階段的結果得到披露,5G高頻、低頻等關鍵技術樣機的測試指標讓業界振奮。

從2012年到2016年已走過4個年頭,中國5G從蹣跚學步到健步如飛,整體研發進程加快,進入到技術標準研究及研發試驗的關鍵階段。3GPP在2016年啟動5G標準研究工作。我國也於2016年初啟動瞭5G技術研發試驗,支撐5G標準研制。

那麼,中國5G後續該怎麼發展呢?還需要從國傢政策、支持、監管等方面來進行研讀。

宏觀政策

2016年7月27日,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《國傢信息化發展戰略綱要》(以下簡稱《綱要》)正式對外發佈。該綱要是根據新形勢對《2006-2020年國傢信息化發展戰略》的調整和發展,是規范和指導未來10年國傢信息化發展的綱領性文件,為未來十年信息化領域規劃、政策制定提供瞭重要依據。未來十年是第五代移動通信(5G)技術和產業發展的關鍵時期,《綱要》也可以作為我國發展5G的指導綱領。

《綱要》基於通信行業十年來的發展成果,對通信行業提出瞭新的目標和期望。在報告中,通信行業相關的關鍵字主要出現在《綱要》的第二部分"戰略目標"以及第三部分"大力增強信息化發展能力"中。其中"移動通信"出現瞭7次,"固定寬帶"出現瞭2次,"第三代移動通信(3G)"出現瞭1次,"第四代移動通信(4G)"出現瞭1次,"第五代移動通信(5G)"出現2次。可見,移動通信,在國傢信息化發展戰略中具有相當重要的地位。

《綱要》在第二部分"指導思想、戰略目標和基本方針"的第二條"戰略目標"的最開始,就明確提出瞭通信行業的發展目標和方向:"到2020年,固定寬帶傢庭普及率達到中等發達國傢水平,第三代移動通信(3G)、第四代移動通信(4G)網絡覆蓋城鄉,第五代移動通信(5G)技術研發和標準取得突破性進展。"這裡可以看出,國傢對5G的目標要求還是非常高的,不僅僅要在技術研發上取得突破性進展,還要在標準上有突破性進展。研發如何取得突破性進展?我想,必須要有自主創新的技術。從目前的情況看,我們國傢在新波形、新多址、新編碼等核心技術方向上都已經有非常不錯的研究成果,也獲得瞭業界的廣泛關註。但如何把不同廠傢的不同技術研究成果進行融合並形成標準,這是個需要好好研究的問題,也是個非常值得關註的問題。

《綱要》在第三部分"大力增強信息化發展能力"的第二條"加強未來網絡長期演進的戰略佈局和技術儲備,構建國傢統一試驗平臺。積極開展第五代移動通信(5G)技術的研發、標準和產業化佈局。"國傢特意強調構建國傢統一試驗平臺,並希望以此來推動5G的研發、標準和產業化佈局。我們欣喜地看到,在國傢統一試驗平臺上,全球的終端商、設備商、運營商、儀表商、研究院所等都紛紛加入,頗有萬邦來朝的感覺。但我們如何才能落實國傢要求的,積極開展研發、標準和產業化佈局,不走過場,也需要好好得研究。同時需要註意的是,這是中國的信息化發展綱要,不是全球的信息化發展綱要。我想,我們國傢大概不會太關心全球的研發、標準和產業化佈局,更不會想著要把研發、產業化佈局到海外。這就要求國傢統一試驗平臺,而且這個平臺不僅僅是一個被動的試驗平臺,而要有一個完整的設計,主動得從芯片、器件、終端、系統、網絡、應用、儀表等全方位推進研發、標準和產業化佈局,等5G商用時,我們國傢的5G產業鏈也真正成熟。

產業引導

我們都知道,從2016年起,5G從國傢863計劃的技術研究階段轉移到"新一代寬帶無線移動通信網"國傢科技重大專項進行產業化支持。這意味著以科技重大專項為主的5G國傢產業引導支持開始瞭。

2016年科技重大專項,5G成為其中的重要內容,聚焦在5G重點場景、支持重點關鍵技術方案、關鍵台中產後護理中心器件研發,為國際標準化推動做好準備。主要包括:5G總體及關鍵器件、5G無線技術、5G網絡與應用三個部分。

1. 5G總體及關鍵器件:針對3GPP國際標準研究推進、高性能AD/DA、基站功率放大器等關鍵器件;

2. 5G無線技術:佈局兩個典型場景,包括高速廣域覆蓋、低功耗大連接;三個重點關鍵技術方案,包括高頻段、超密集組網、新型多址技術。

3. 5G網絡與應用:設置5G無線接入網架構研究,針對高精度定位、自動駕駛對5G技術及組網的研究。

可以看到,國傢高瞻遠矚地在關鍵器件、核心技術及應用上進行瞭全面佈局。可以說,通過第一期5G科技重大專項的實台中坐月子中心費用施,基本可以完成核心技術驗證和關鍵器件的研制。

預計2017年的重大專項將繼續聚焦在5G技術研發與標準化、5G設備樣機研發及試驗、佈局5G高頻關鍵設備模塊研發和知識產權等總體研究上,為推動國際標準化奠定基礎。坊間傳說主要包括: 5G無線技術、5G網絡與應用、5G關鍵設備模塊及平臺三個部分。

1. 5G無線技術:開展5G系統樣機、終端芯片樣片研發;進行三個組網技術(eMBB、mMTC、uRLLC)研發與標準化;

2. 5G網絡與應用:進行網絡關鍵技術與標準化,包括網絡切片、新型移動性管理、網絡邊緣計算等;並開展5G網絡安全技術及加密算法研發與標準化;

3. 5G關鍵設備(儀表等)模塊及平臺:支持大規模信道模擬器、終端模擬器等儀表開發;支持關鍵設備模塊研發,包括基站高頻段功放及濾波器、終端功放等。

可以看出,國傢進一步細化瞭5G樣機的應用場景,著重在三個場景的組網技術及網絡技術的產業化佈局,更加貼近商用需求。同時前瞻性的對測試儀表進行瞭佈局,保證瞭產業鏈的完整。希望國傢能夠對5G產業化專項進行支持,不僅不要中斷,更要加大力度。

3頻率監管

兵馬未動,糧草先行。5G技術研發和發展的一個核心問題,就是需要有充足的頻譜資源作為支撐。在9月7日舉辦的中國無線技術與應用大會上,工業和信息化部無線電管理局副局長闞潤田表示,5G不宜采取獨占頻率資源的做法,也不會為5G分配全國性的頻段,並且有可能在同一個頻段上頒發兩張或者三張牌照,以提高頻譜資源利用率。

"在規劃和分配5G系統頻率時,基於6GHz以上高頻段的不同業務共享是大勢所趨。"闞潤田解釋道,"由於5G系統在中、高頻段需要大的連續頻帶,必然涉及到較多的其他無線電應用,因此不宜再采取3GHz以下低頻段IMT系統實質上全國范圍內獨占頻率的做法。"與此同時,中高頻段的電波傳播特性有利於實現頻率的復用和系統共存,5G系統采用的天線技術也為頻率共享提供瞭新的實現手段。"當然,要想實現頻譜共享,就必須解決兩個或兩個以上不同業務的兼容問題。"闞潤田表示。其實,美國為5G劃分的頻率中,有一些高頻資源已經有衛星業務在使用,為此,其在技術、操作層面及規則制定上采取瞭一些措施,包括控制在許可牌照區域內地球站的數量和設臺位置,制定協調等值線等等,從而實現瞭衛星業務和IMT業務的頻譜共享。

無線電管理當局的無奈從中可見一斑,低頻段黃金頻率無法有效使用,高頻段又被各種衛星分割占據,使得無法為5G拿出一個足夠寬的可用帶寬,逼得監管當局隻好提出頻譜共享。

真得很期待,咱們國內有個組織或者有個院士,能站出來協調解決5G和衛星通信及軍用通信的頻率使用問題。

這樣,想必能大大加速中國5G的產業化進程,也一定是件青史留名、功德無量的事情。

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