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中国5G之路

2016年9月8日是个值得铭记的日子。日本运营商软银(SoftBank,就是著名的孙正义旗下的运营商)和旗下的Wireless City Planning召开新闻发布会,宣布面向下一代高速通信标准5G的项目"5G Project"正式启动。

作为"5G Project"启动的第一阶段,软银将商用可大幅扩展网络容量的Massive MIMO技术。Massive MIMO通过在基站采用大量天线,实现对多个移动终端用户同时进行通信服务,是5G的核心技术之一。

软银表示,该公司是全球将Massive MIMO技术正式投入商用的首家运营商。

中国5G之路

软银在新闻发布会现场同时使用了20台终端进行大流量的业务演示,显示了Massive MIMO强大的数据传输能力。软银移动技术本部-网络企画总括部部长北原秀文指出,在东京城区4个地点进行的实验表明,Massive MIMO打开时,与关闭时比较,平均可以提升约6.7倍通信速度。

软银5G(S5G)具有划时代的意义,这是全球首个将5G技术进行商用的案例。同时也证明了,作为5G核心技术的Masive MIMO已经具备了商用的能力,能明显提升移动通信网络能力。这预示着5G时代的来临远比人们比预想得要早。

相比美国Verizon 5G(V5G),软银S5G走得更快更前。首先,软银S5G是5G技术的正式商用,而美国V5G目前只是确定了标准框架,产品还没出来。在这一点上,软银走得比美国更加激进,让用户和市场直接进行检验。

我们这厢刚受到了美国V5G在标准上的超快进度的冲击,还没缓过神来,那厢东瀛日本直接宣布5G技术进入商用。。。5G的世界真是刺激连连啊!!!

同时,软银S5G是在低频段上进行5G技术的商用,而美国V5G则是在高频段使用5G。两者的区别体现在对现有频率、网络、终端的影响上。据了解,软银的S5G是基于现有的频率、网络和终端,只是在基站侧采用了5G的大规模天线和MIMO技术,采用复杂的算法来提升系统容量,而不影响现有终端的使用(跟苹果iPhone 7首发活动结合,说明iPhone 7可以接纳到5G网络里)。

这是一个绝妙的想法和一个伟大的创新。

运营商可以节省频谱拍卖、网络设施建设、运维的巨额开支;用户也不用因为技术的更新而频繁更换手机,节省购机成本,但上网速度得到了有效改善。妈妈再也不用担心我手机上网慢了:)

在发布会上,还有一个细节非常值得我们关注,就是软银发布了20GB /6000日元的月流量包套餐。正是因为有了5G的Massive MIMO技术,单基站能力平均提升6.7倍,使得软银有信心将原来的5GB /5000日元月流量套餐包直接升级到了20GB /6000日元月流量套餐包,性价比得到了极大的提升。5G技术的经济效益和社会效益立刻得到了体现。

中国5G之路

联想到这两天看到另一个新闻:业内某著名老大哥企业号称全球首发5G基站。我们很自然联想到这两者是否有关联。但仔细一想,首发只是发布,刚从实验室出来,离商用还有很长的路要走,而软银是商用。基本可以判断,这两个新闻和这两个企业,应该是没有关联的。

通常意义上讲,全球首发5G基站,和全球率先商用之间,应该是间隔好多年的。我好奇的是,在软银宣布全球率先商用5G技术面前,某著名老大哥企业怎么想?咱们能用同一个星球的文字好好说话么?

既然可以排除某老大哥企业的5G基站,那么,软银这次用的是哪家的5G设备呢?会场上没有指明设备商厂家和设备型号,但展出了基站设备。看到基站设备照片,我们觉得非常眼熟,这不就是今年初巴塞罗那移动通信展获得移动技术突破奖和CTO最佳选择奖两项大奖的明星产品:中兴通讯的Pre5G(Massive MIMO)基站么?

怪不得在巴展大获成功后一直没有消息,原来是在日本软银进行商用前的试验测试。明星基站产品终于取得了商用,修成正果。看来巴展评委会的眼光果然不俗。

中国5G之路

以中兴Pre5G为代表的中国5G产品,在素以要求严格、竞争激烈的日本市场取得全球5G率先商用,对中国5G是个极大的振奋。

这说明,我们在以Massive MIMO为核心的5G技术上的研究能力还是全球领先的,产业化能力也是极强的,并快速通过了软银的商用试验测试,获得商用合同和部署。

我们国家既然有技术,有产业化能力,为何会造成这种墙内开花墙外香的局面呢?我们是否过于执着于国际标准,而忘记了其实还有国家标准和行业标准?接连而来的美国V5G和日本S5G,都说明不一定要完全依赖欧洲人主导的3GPP标准。

我们是不是可以内敛一些,切实以中国通信产业的核心利益为出发点,整合国内资源,认真做好中国C5G标准和产品?

作为中国5G从无到有、从小到大的经历者,在考虑中国5G之路该怎么走的时候,我们可以梳理一下中国5G的几个关键时间和事件:

时间:2012年11月 地点:无锡

细雨濛濛中,"十二五"863计划"无线通信技术"研讨会召开。这应该是中国第一次关于5G的正式研讨会。尤肖虎、张平、王京等高校专家,朱伏生、王映民等企业代表分别从技术发展趋势、产业发展趋势等方面进行了比较全面的探讨,开始系统的探讨多元域编码、非正交多址技术、无线轨道角动量、异构网络等新技术作为5G候选技术的可行性。自此,拉开了中国5G技术研究的序幕。

时间:2013年2月地点:工信部电信研究院IMT-2020(5G)推进组成立,由工信部电信研究院、中国移动、中国联通、中国电信、东南大学、清华大学、北京邮电大学、电子科大、中兴、华为、大唐、贝尔等单位组成,同时成立以邬贺铨院士、曹淑敏院长、尤肖虎教授为首的专家组。推进组设需求、技术、频谱、知识产权、3GPP、IEEE、ITU等工作组,开始梳理5G核心需求,甄别5G关键技术、研究5G可用频谱。自此,中国5G开始了有组织的推进。2013年5月国家863计划"第五代移动通信(5G)系统前期研究开发(一期)"备选项目开始征集,中国政府开始对5G关键技术研究进行资助,面向2020年移动通信应用需求,研究第五代移动通信(5G)网络系统体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术,完成性能评估及原型系统设计,支持业务总速率达10Gbps,空中接口频谱效率和功率效率较4G均提升10倍。整体项目下设4个研究方向:5G移动通信系统总体技术研究,5G无线网络构架与关键技术研发,5G无线传输关键技术研发,5G移动通信技术评估与测试验证技术研究。通过项目联合申报,鼓励形成产学研用密切结合的研发团队,支持不同的技术路线和学术思想在统一的系统框架下进行研发。可以看出,中国政府从一开就希望有组织有效率的进行5G技术合作研究和协同开发。

时间:2013年10月地点:北京香山饭店

FUTURE FORUM举办了中国第一届以5G为主题的国际峰会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的合作组织,包括ITU-R、欧盟的5GPPP、日本ARIB、韩国5G Forum、中国台湾新世代无线通讯研发联盟等齐聚一堂,中国移动和NTT DOCOMO等中外运营商、中兴和爱立信等中外设备商、东南大学/Osaka大学等中外院校轮番发言,共同探讨5G技术和应用需求为导向,并在FUTURE FORUM下设立5G SIG工作组,建立起长期的国际性的交流合作机制,以促进中国与世界5G技术和标准的相互融合与共同发展。这次峰会也奠定了5G的全球化合作的基础。

2014年2月国家高技术研究发展计划(863计划)5G二期项目,在一期项目的基础上,重点开展涉及未来5G发展的关键性技术研究:

1.研制可灵活配置且吞吐率达10-100Gbps的5G基站软试验平台,为开展5G初期技术试验与验证体提供基础性手段;2.探索毫米波频谱资源的开发利用,开发超传输速率达10Gbps的室内超大容量无线通信系统;3.研究不同体制环境下的无线网络虚拟化技术,大幅度提高网络资源利用率并为移动用户提供最佳体验;4.研究无线接入网络安全技术;5.研究新型调制编码技术。

中国政府开始资助5G关键技术原型样机的研发。通过这两期项目,中外运营商、设备商和高等院校都积极参与到中国主导的5G技术研究和样机研发中来。

时间:2014年11月地点:北京

FUTURE论坛5G峰会,发布了中国第一个5G技术白皮书,涵盖了用户需求和应用场景、传输技术、网络构架、评估测量等技术领域,并对5G网络能力给出了性能指标:

峰值速率≥ 10Gbps最小保证速率≥ 100Mbps连接数密度≥ 1M connections/ km2流量密度≥ 10 Tbps/ km2空口时延≤ 1 ms端到端时延≤ 10 ms移动速度支持500km/h频谱效率提升5-10倍能效效率提升100倍成本效率提升100倍

同时在5G技术白皮书明确指出,5G 研究应逐步集中到如下几个候选技术:

空口技术:EE-SE 联合设计,大规模天线,全双工,新型多址,新波形,新型调制编码,软件定义空口,稀疏挖掘,高频段通信以及频谱共享与灵活利用网络技术: C-RAN, 软件定义网络/网络功能虚拟化(SDN/NFV),自组织网络(SON),超密集网络(UDN),多网融合(multi-RAT),以及直接通信D2D此外还包括可穿戴式设备、M2M 和网络安全等关键技术。

这些新技术对技术评估和测试方法带来的挑战需明确和快速解决。自此,中国对5G的需求、KPI、关键技术识别都已经初步完成。2015年9月 北京IMT-2020(5G)推进组与欧盟5G基础设施协会(5GPPP)正式签署合作备忘录,中国欧洲打算联合引领5G的征途正式开启。2016年1月 北京IMT-2020组织的中国5G技术研发试验正式启动。在工信部的主导下,中国的5G研发试验将分为两步进行实施:第一步为技术研发试验(2015-2018),由中国信息通信研究院牵头组织,运营企业、设备企业及科研机构共同参与;第二步为产品研发试验(2018-2020),由国内运营企业牵头组织,设备企业及科研机构共同参与。第一步又分为三个阶段,第一阶段是5G关键技术验证,主要内容为单点关键技术样机性能测试;第二阶段是5G技术方案验证,主要内容是融合多种关键技术,开展单基站性能测试;第三阶段是5G系统验证,主要内容是5G系统的组网技术性能测试以及5G典型业务演示。通过5G研发试验,对5G 各项关键技术进行充分的研究和论证,将有竞争力的方案进行标准化推动,同时也将产业化的难点和重点摸清楚,提前规划和布局,从而加快产业化进程,实现2020年商用的目标。

时间:2016年5月地点:北京友谊宾馆

第一届全球5G大会开幕,工信部苗圩部长亲临致辞。会上,中国5G研发试验第一阶段的结果得到披露,5G高频、低频等关键技术样机的测试指标让业界振奋。从2012年到2016年已走过4个年头,中国5G从蹒跚学步到健步如飞,整体研发进程加快,进入到技术标准研究及研发试验的关键阶段。3GPP在2016年启动5G标准研究工作。我国也于2016年初启动了5G技术研发试验,支撑5G标准研制。那么,中国5G后续该怎么发展呢?还需要从国家政策、支持、监管等方面来进行研读。

宏观政策

2016年7月27日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《国家信息化发展战略纲要》(以下简称《纲要》)正式对外发布。该纲要是根据新形势对《2006-2020年国家信息化发展战略》的调整和发展,是规范和指导未来10年国家信息化发展的纲领性文件,为未来十年信息化领域规划、政策制定提供了重要依据。未来十年是第五代移动通信(5G)技术和产业发展的关键时期,《纲要》也可以作为我国发展5G的指导纲领。

《纲要》基于通信行业十年来的发展成果,对通信行业提出了新的目标和期望。在报告中,通信行业相关的关键字主要出现在《纲要》的第二部分"战略目标"以及第三部分"大力增强信息化发展能力"中。其中"移动通信"出现了7次,"固定宽带"出现了2次,"第三代移动通信(3G)"出现了1次,"第四代移动通信(4G)"出现了1次,"第五代移动通信(5G)"出现2次。可见,移动通信,在国家信息化发展战略中具有相当重要的地位。

《纲要》在第二部分"指导思想、战略目标和基本方针"的第二条"战略目标"的最开始,就明确提出了通信行业的发展目标和方向:"到2020年,固定宽带家庭普及率达到中等发达国家水平,第三代移动通信(3G)、第四代移动通信(4G)网络覆盖城乡,第五代移动通信(5G)技术研发和标准取得突破性进展。"这里可以看出,国家对5G的目标要求还是非常高的,不仅仅要在技术研发上取得突破性进展,还要在标准上有突破性进展。研发如何取得突破性进展?我想,必须要有自主创新的技术。从目前的情况看,我们国家在新波形、新多址、新编码等核心技术方向上都已经有非常不错的研究成果,也获得了业界的广泛关注。但如何把不同厂家的不同技术研究成果进行融合并形成标准,这是个需要好好研究的问题,也是个非常值得关注的问题。

《纲要》在第三部分"大力增强信息化发展能力"的第二条"加强未来网络长期演进的战略布局和技术储备,构建国家统一试验平台。积极开展第五代移动通信(5G)技术的研发、标准和产业化布局。"国家特意强调构建国家统一试验平台,并希望以此来推动5G的研发、标准和产业化布局。我们欣喜地看到,在国家统一试验平台上,全球的终端商、设备商、运营商、仪表商、研究院所等都纷纷加入,颇有万邦来朝的感觉。但我们如何才能落实国家要求的,积极开展研发、标准和产业化布局,不走过场,也需要好好得研究。同时需要注意的是,这是中国的信息化发展纲要,不是全球的信息化发展纲要。我想,我们国家大概不会太关心全球的研发、标准和产业化布局,更不会想着要把研发、产业化布局到海外。这就要求国家统一试验平台,而且这个平台不仅仅是一个被动的试验平台,而要有一个完整的设计,主动得从芯片、器件、终端、系统、网络、应用、仪表等全方位推进研发、标准和产业化布局,等5G商用时,我们国家的5G产业链也真正成熟。

产业引导

我们都知道,从2016年起,5G从国家863计划的技术研究阶段转移到"新一代宽带无线移动通信网"国家科技重大专项进行产业化支持。这意味着以科技重大专项为主的5G国家产业引导支持开始了。

2016年科技重大专项,5G成为其中的重要内容,聚焦在5G重点场景、支持重点关键技术方案、关键器件研发,为国际标准化推动做好准备。主要包括:5G总体及关键器件、5G无线技术、5G网络与应用三个部分。

1.5G总体及关键器件:针对3GPP国际标准研究推进、高性能AD/DA、基站功率放大器等关键器件;

2.5G无线技术:布局两个典型场景,包括高速广域覆盖、低功耗大连接;三个重点关键技术方案,包括高频段、超密集组网、新型多址技术。

3.5G网络与应用:设置5G无线接入网架构研究,针对高精度定位、自动驾驶对5G技术及组网的研究。

可以看到,国家高瞻远瞩地在关键器件、核心技术及应用上进行了全面布局。可以说,通过第一期5G科技重大专项的实施,基本可以完成核心技术验证和关键器件的研制。

预计2017年的重大专项将继续聚焦在5G技术研发与标准化、5G设备样机研发及试验、布局5G高频关键设备模块研发和知识产权等总体研究上,为推动国际标准化奠定基础。坊间传说主要包括: 5G无线技术、5G网络与应用、5G关键设备模块及平台三个部分。

1.5G无线技术:开展5G系统样机、终端芯片样片研发;进行三个组网技术(eMBB、mMTC、uRLLC)研发与标准化;

2.5G网络与应用:进行网络关键技术与标准化,包括网络切片、新型移动性管理、网络边缘计算等;并开展5G网络安全技术及加密算法研发与标准化;

3.5G关键设备(仪表等)模块及平台:支持大规模信道模拟器、终端模拟器等仪表开发;支持关键设备模块研发,包括基站高频段功放及滤波器、终端功放等。

可以看出,国家进一步细化了5G样机的应用场景,着重在三个场景的组网技术及网络技术的产业化布局,更加贴近商用需求。同时前瞻性的对测试仪表进行了布局,保证了产业链的完整。希望国家能够对5G产业化专项进行支持,不仅不要中断,更要加大力度。

3频率监管

兵马未动,粮草先行。5G技术研发和发展的一个核心问题,就是需要有充足的频谱资源作为支撑。在9月7日举办的中国无线技术与应用大会上,工业和信息化部无线电管理局副局长阚润田表示,5G不宜采取独占频率资源的做法,也不会为5G分配全国性的频段,并且有可能在同一个频段上颁发两张或者三张牌照,以提高频谱资源利用率。

"在规划和分配5G系统频率时,基于6GHz以上高频段的不同业务共享是大势所趋。"阚润田解释道,"由于5G系统在中、高频段需要大的连续频带,必然涉及到较多的其他无线电应用,因此不宜再采取3GHz以下低频段IMT系统实质上全国范围内独占频率的做法。"与此同时,中高频段的电波传播特性有利于实现频率的复用和系统共存,5G系统采用的天线技术也为频率共享提供了新的实现手段。"当然,要想实现频谱共享,就必须解决两个或两个以上不同业务的兼容问题。"阚润田表示。其实,美国为5G划分的频率中,有一些高频资源已经有卫星业务在使用,为此,其在技术、操作层面及规则制定上采取了一些措施,包括控制在许可牌照区域内地球站的数量和设台位置,制定协调等值线等等,从而实现了卫星业务和IMT业务的频谱共享。

无线电管理当局的无奈从中可见一斑,低频段黄金频率无法有效使用,高频段又被各种卫星分割占据,使得无法为5G拿出一个足够宽的可用带宽,逼得监管当局只好提出频谱共享。

真得很期待,咱们国内有个组织或者有个院士,能站出来协调解决5G和卫星通信及军用通信的频率使用问题。

这样,想必能大大加速中国5G的产业化进程,也一定是件青史留名、功德无量的事情。


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