0 引言

    第五代移動通信（5G）以全新的移動通信系統(tǒng)架構(gòu)，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡性能新的躍升。5G是數(shù)字經(jīng)濟的關鍵基礎設施。5G將與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術深度融合，加速5G在各行各業(yè)的融合應用，創(chuàng)新商業(yè)模式，促進5G技術向經(jīng)濟社會各領域的擴散滲透，拓展數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新空間。

    3GPP Rel-15標準凍結(jié)是5G標準化工作的一個重要里程碑。5G NR具備獨立部署能力的同時，也帶來全新的端到端新型架構(gòu)，賦能企業(yè)級客戶和垂直行業(yè)的智慧化發(fā)展，為運營商和產(chǎn)業(yè)合作伙伴帶來全新商業(yè)模式。本文基于5G典型應用場景，分析了5G網(wǎng)絡關鍵技術，并就未來商業(yè)模式發(fā)展趨勢進行展望。

1 5G典型應用場景

    5G主要有三大應用場景包括：eMBB(增強移動寬帶)、uRLLC(低時延高可靠)、mMTC(海量大連接)。eMBB將為移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務提供前所未有的極致體驗，主要滿足超高清視頻、下一代社交網(wǎng)絡、浸入式游戲、全息視頻等移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，隨時隨地(包括小區(qū)邊緣、高速移動等惡劣環(huán)境和局部熱點地區(qū))為用戶提供無縫的高速業(yè)務。uRLLC和mMTC將滿足物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)的多樣化應用需求。其中，uRLLC面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、遠程手術等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)，為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務可靠性保證。而mMTC主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智慧農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點。

2 5G關鍵技術

2.1 大規(guī)模天線技術(Massive MIMO)^[1-2]

    大規(guī)模天線技術是在基站收發(fā)信機上使用大數(shù)量陣列天線，實現(xiàn)了更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性，如圖1所示。相比于以往單/雙極化天線和4/8通道天線，大規(guī)模天線技術能夠通過不同的維度(空域、時域、頻域、極化域等)提升頻譜和能量的利用效率。5G基站天線數(shù)端口數(shù)將有大幅度增長，并可以通過多用戶MIMO技術，支持更多用戶的空間復用傳輸，大幅提升5G系統(tǒng)頻譜效率，用于在用戶密集的高容量場景提升用戶體驗。大規(guī)模多天線系統(tǒng)還可以控制每一個天線通道信號的相位和幅度，從而產(chǎn)生具有指向性的波束，以增強波束方向的信號，補償無線傳播損耗，獲得賦形增益，賦形增益則可用于提升小區(qū)覆蓋。

2.2 服務化架構(gòu)（Service-Based Architecture，SBA）

    未來5G的不同服務對網(wǎng)絡存在多樣化和定制化的要求，例如：智能家居、智能電網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)和智能秒表需要大量的額外連接和頻繁傳輸小型數(shù)據(jù)包的服務支撐，自動駕駛和工業(yè)控制要求毫秒級時延和趨于100%的高可靠性，而娛樂信息服務則要求固定或移動寬帶連接。上述服務需求表明，5G核心網(wǎng)架構(gòu)需要支持控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、網(wǎng)絡功能模塊化設計、接口服務化和IT化、增強的能力開放等新特性，以滿足5G網(wǎng)絡靈活、高效、開放的發(fā)展趨勢。5G服務化系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

    面向業(yè)務的5G網(wǎng)絡架構(gòu)將現(xiàn)有網(wǎng)絡側(cè)的控制面功能進行融合和統(tǒng)一，并分解成為多個獨立的網(wǎng)絡服務，可以根據(jù)業(yè)務需求進行靈活的組合。每個網(wǎng)絡服務和其他服務在業(yè)務功能上解耦，并且對外提供統(tǒng)一類型的服務化接口，向其他調(diào)用者提供服務，從而實現(xiàn)全方位能力開放。

2.3 邊緣計算（Edge Computing，EC）

    邊緣計算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。在3GPP R15中，基于服務化架構(gòu)，5G協(xié)議模塊可以根據(jù)業(yè)務需求靈活調(diào)用，為構(gòu)建邊緣網(wǎng)絡提供了技術標準，從而使得MEC可以按需、分場景靈活部署在無線接入云、邊緣云或者匯聚云，從而一定程度解決了5G eMBB（增強移動寬帶）、uRLLC(關鍵任務)、mMTC(海量連接)等技術場景的業(yè)務需求。同時MEC通過充分挖掘網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡上下文信息的感知和分析，并開放給第三方業(yè)務應用，有效提升了網(wǎng)絡的智能化水平，促進網(wǎng)絡和業(yè)務的深度融合。5G邊緣計算架構(gòu)圖如圖3所示。

2.4 網(wǎng)絡切片（Network Slicing，NS）^[3-4]

    網(wǎng)絡切片將在5G的實施中發(fā)揮關鍵作用，該技術允許運營商在單一的物理基礎設施之上運行多個虛擬網(wǎng)絡。5G網(wǎng)絡切片是面向特定的業(yè)務需求，滿足差異化SLA(Service Level Agreement)，自動化按需構(gòu)建相互隔離的網(wǎng)絡實例。5G網(wǎng)絡切片具備了“端到端網(wǎng)絡保障SLA、業(yè)務隔離、網(wǎng)絡功能按需定制、自動化”的典型特征。3GPP定義的網(wǎng)絡切片管理功能包括通信業(yè)務管理、網(wǎng)絡切片管理、網(wǎng)絡切片子網(wǎng)管理。其中，通信業(yè)務管理功能實現(xiàn)業(yè)務需求到網(wǎng)絡切片需求的映射；網(wǎng)絡切片管理功能實現(xiàn)切片的編排管理，并將整個網(wǎng)絡切片的SLA分解為不同切片子網(wǎng)（如核心網(wǎng)切片子網(wǎng)、無線網(wǎng)切片子網(wǎng)和承載網(wǎng)切片子網(wǎng)）的SLA；網(wǎng)絡切片子網(wǎng)管理功能實現(xiàn)將SLA映射為網(wǎng)絡服務實例和配置要求，并將指令下達給MANO，通過MANO進行網(wǎng)絡資源編排，對于承載網(wǎng)絡的資源調(diào)度將通過與承載網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的協(xié)同來實現(xiàn)。

    5G網(wǎng)絡切片服務于垂直行業(yè)典型場景如圖4所示。

3 5G垂直行業(yè)應用

    5G對垂直行業(yè)的真正意義是通過前所未有的連接能力支撐不同行業(yè)用戶生產(chǎn)、銷售、運營、商業(yè)模式的數(shù)字化變革，并最終給行業(yè)機構(gòu)和消費者用戶帶來更多的收益和體驗。在5G應用的初期階段，將主要延續(xù)4G的業(yè)務發(fā)展路線，提升下載速度和系統(tǒng)容量的需求，例如：賽事/大型活動、教學培訓、視頻監(jiān)控等應用將催生更大數(shù)據(jù)流量的使用，進一步促進高清視頻、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）等業(yè)務的發(fā)展。在5G應用的成熟階段，行業(yè)關注點將轉(zhuǎn)向低時延、高可靠的網(wǎng)絡特性，網(wǎng)聯(lián)智能汽車、智能制造和產(chǎn)業(yè)園區(qū)等高價值應用將助力運營商通過開放網(wǎng)絡能力，打造差異化的網(wǎng)絡優(yōu)勢，推動移動通信行業(yè)與其他垂直行業(yè)合作探索新領域。

3.1 增強型移動寬帶場景業(yè)務應用

    增強型移動寬帶將是5G網(wǎng)絡最早實現(xiàn)商用的場景，同時也是最為核心的場景，它將滿足個人用戶對高數(shù)據(jù)速率、高移動性的業(yè)務需求。如4K/8K超高清視頻、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等新業(yè)務將廣泛應用于賽事/大型活動、教學培訓、智慧旅游和視頻監(jiān)控等領域，成為5G的基礎業(yè)務應用。4K/8K、VR/AR等新業(yè)務必須解決兩大網(wǎng)絡問題：(1)Gb/s以上的無線傳輸速率；(2)毫秒級的網(wǎng)絡傳輸時延。目前，5G網(wǎng)絡在高帶寬、低時延方面已經(jīng)達到或部分超越了4K/8K、VR/AR等新業(yè)務對于實時傳輸速率的要求，未來在任何一個有5G網(wǎng)絡覆蓋的場所，可以不受地域限制地享受移動寬帶業(yè)務帶來的極致體驗。虛擬現(xiàn)實應用的典型場景如虛擬游戲、現(xiàn)場體育賽事轉(zhuǎn)播、遠程展示、遠程設備控制等；增強現(xiàn)實應用的典型場景如智能導航、導游、教育培訓等。

    增強型移動寬帶場景下業(yè)務對網(wǎng)絡指標的要求如表1所示。

3.2 低時延高可靠場景業(yè)務應用

    5G不是簡單的通信網(wǎng)絡升級換代，低時延高可靠是5G區(qū)別于2G/3G/4G的一個典型場景，也是移動通信行業(yè)切入垂直行業(yè)的一個重要突破口，成為多產(chǎn)業(yè)融合的信息化革命重要推手。自2015年以來，國務院先后出臺了《中國制造2025》、《國務院關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》、《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》等一系列指導性文件，旨在推動互聯(lián)網(wǎng)與垂直行業(yè)融合創(chuàng)新，形成多重優(yōu)勢疊加，促進實體經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級。垂直行業(yè)與信息通信結(jié)合，將產(chǎn)生更廣闊的市場空間。5G定義的超高可靠、低時延的特性，將突破原有移動通信的行業(yè)局限，廣泛應用于網(wǎng)聯(lián)智能汽車、智能制造、智慧電力、無線醫(yī)療等更多領域，不同業(yè)務對網(wǎng)絡可靠性和低時延也有著不同的要求。低時延高可靠場景下業(yè)務對網(wǎng)絡指標的要求如表2所示。

3.3 低功耗大連接場景業(yè)務應用

    低功耗大連接是5G三大應用場景中面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的場景，對網(wǎng)絡感知實時性要求低，但對終端密集程度要求高。延續(xù)現(xiàn)有的NB-IoT/eMTC物聯(lián)網(wǎng)云平臺，以傳感資產(chǎn)標識類信息、狀態(tài)開關類信息以及數(shù)字傳感類終端不斷發(fā)展，未來還將承載更密集海量機器類通信。物聯(lián)網(wǎng)應用將會滲透到人們的居住、工作、休閑、交通等各個領域，典型應用場景包括基于園區(qū)的智慧安防、資產(chǎn)/人員管理、樓宇管理等，以及基于城市的市政管理、環(huán)境管理、物流、農(nóng)業(yè)等眾多領域。

    面向未來低功耗大連接場景下海量機器類終端和繁雜碎片化的應用，NB-IoT/eMTC等現(xiàn)有版本物聯(lián)網(wǎng)技術已無法完全滿足網(wǎng)絡的需求。如基于市政管理、環(huán)境管理等城市聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，需要支持超100萬/km2的連接密度，終端具備超低能耗效率、超高安全性能及超低成本要求；基于園區(qū)的智慧安防、資產(chǎn)/人員管理、樓宇管理等業(yè)務，某些業(yè)務對上行傳輸速率要求達到1 Mb/s，同時要求網(wǎng)絡為不同類型的終端提供可自由通信的通信框架及管理的功能。由此可見，只有依靠5G網(wǎng)絡才能應對如此龐大的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

    低功耗大連接場景下業(yè)務網(wǎng)絡指標要求如表3所示。

4 5G商用進程與發(fā)展現(xiàn)狀^[5]

    各國政府和主要運營商在5G標準推進、技術研發(fā)和業(yè)務部署等方面積極推動，旨在通過5G實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與垂直行業(yè)融合創(chuàng)新，達到促進實體經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的目標。

    美國運營商競相布局5G商用網(wǎng)絡，Verizon 2018年H2將在5個城市商用5G，并計劃在2019年將其5G網(wǎng)絡升級至兼容3GPP 5G標準。AT&T 2018年底將在12個城市推出5G商用服務，Sprint 2019年H1將在9個城市商用5G，T-Mobile US計劃2019～2020年間在30個城市推出5G商用服務。

    2018年6月，韓國完成5G頻譜拍賣（包括3.5 GHz頻段與28 GHz頻段），隨著5G設備供應商的選定，韓國三大運營商將會在2019年初大規(guī)模建設5G網(wǎng)絡，并提供5G商用服務。

    2013年，中國IMT-2020(5G)推進組成立，全面組織開展5G的推進工作，特別是在技術創(chuàng)新、標準推進、產(chǎn)業(yè)協(xié)作和國際合作方面發(fā)揮重要作用。隨著5G標準逐步完善，推進組工作也進一步轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化和業(yè)務應用的推進。通過電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司，以及系統(tǒng)設備商、終端制造商組成的產(chǎn)業(yè)圈，各方通力合作，進行5G全方位生態(tài)建設，打造5G業(yè)務落地的示范效應，提升其他垂直領域?qū)?G的信心，從而推動5G生態(tài)圈不斷壯大。

5 結(jié)論

    5G技術從開始階段即引入新一代空中接口和全面云化的網(wǎng)絡架構(gòu)設計理念，通過在統(tǒng)一的底層物理設施基礎上按需組合封裝出不同的網(wǎng)絡切片，各類行業(yè)應用可通過定制和租賃運營商的切片網(wǎng)絡，滿足未來市場需求的多樣化和不確定性。

    各種創(chuàng)新技術的組合使用，使5G相比于其他通信方式在綜合能力上呈現(xiàn)出更突出的優(yōu)勢，5G作為通信基礎設施平臺，將成為兌付“一張網(wǎng)絡使能多個行業(yè)”目標的最佳使能平臺，5G快速、可靠、大連接的通信能力，也必將使運營商網(wǎng)絡的半徑延伸覆蓋到各行各業(yè)中。

參考文獻

[1] 中國電信.中國電信5G技術白皮書[EB/OL].(2018-06-xx)[2018-08-03].http：//www.chinatelecom.com.cn/2018/ct5g/.

[2] Rong Bo，Qiu Xuesong，KADOCH M，et al.5G heteroge-neous networks: self-organizing and optimization[M].Springer International Publishing，2016.

[3] 夏旭，朱雪田，邢燕霞，等.5G網(wǎng)絡切片按需定制使能電力智能化服務[J].通信世界，2017(20)：51.

[4] 中國電信，國家電網(wǎng)，華為.5G網(wǎng)絡切片使能智能電網(wǎng)[R].2018.

[5] IMT-2020(5G)推進組[OL].(2017-07-07)[2018-08-03].http：//www.imt-2020.org.cn/zh.

作者信息:

朱雪田，夏  旭，齊  飛

（中國電信股份有限公司北京研究院 網(wǎng)絡技術與規(guī)劃部，北京102209）