本文從5G未來發(fā)展和應用的愿景出發(fā)，全面揭示5G系統(tǒng)所需要具備的技術(shù)能力，并結(jié)合一組關(guān)鍵的能力；

本文還闡述了5G為了實現(xiàn)這些能力所需要的關(guān)鍵技術(shù)，包括3D-MIMO、以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)、軟件定義空口、網(wǎng)絡(luò)自動化和基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)切片；

面向5G的商業(yè)部署部分，本文介紹了全球各國政府和運營商的5G商用計劃；

為了實現(xiàn)2020年的5G商用部署，以中國移動的5G產(chǎn)業(yè)推進計劃為例，本文詳細介紹了

基于中國移動發(fā)布的5G試驗技術(shù)要求，以及相應的5G外場試驗演示和相應的測試結(jié)果。

引言

4G打開了移動寬帶通信的大門，給人們的日常工作和生活帶來了很大的方便，使社會運行管理更加高效。4G LTE系統(tǒng)的快速發(fā)展刺激了互聯(lián)網(wǎng)應用的繁榮，即時消息、網(wǎng)上購物、導航、網(wǎng)上支付、視頻等應用層出不窮。智能手機不僅是一種交流工具，同時也是個人的社交平臺。手握智能手機，可以自由選擇網(wǎng)購或者使用手機支付進行線下購物，使我們的日常生活變得比以往更加方便，改變了我們的消費行為和日常行為。4G的快速滲透培育了新的移動業(yè)務(wù)和應用，移動通信網(wǎng)絡(luò)功能面臨著新的挑戰(zhàn)。通過消費類電子產(chǎn)品的突破，增強現(xiàn)實技術(shù)（AR），虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR），高清晰度視頻技術(shù)（4K/8K），裸眼3D等技術(shù)都將推出實際應用。這些夢幻般的應用對移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量和效率提出了更高的要求，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛則要求更低的時延和更高的可靠性。

另一方面，隨著人與人之間通信市場在未來幾年內(nèi)將達到飽和狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)需要通過向垂直行業(yè)擴展服務(wù)來培育新的市場。更高效的通信工具和能力將使萬物互聯(lián)的狀態(tài)成為可能。與傳統(tǒng)的人與人通信相比，機器類型通信（MTC）要求極低的成本、極低的功耗、極大的連接密度和極深的覆蓋范圍，尤其是遠程醫(yī)療，工業(yè)控制和智能電網(wǎng)要求超高可靠性和超低時延（URLLC）。

4G在企業(yè)級應用中的拓展為我們提供了很好的經(jīng)驗和教訓。首先，服務(wù)和內(nèi)容應盡可能靠近用戶部署，這樣可以減少業(yè)務(wù)獲取的延遲，提高用戶體驗。其次，新服務(wù)和應用的部署應該是快速和低成本的。此外，網(wǎng)絡(luò)應支持靈活可重構(gòu)的部署，滿足差異化的應用場景和需求。

面對以上的應用需求，4G難以滿足，這就需要把期望寄托在新一代移動通信系統(tǒng)。5G的目標是在2020年實現(xiàn)商用，所以在ITU-R WP 5D中也被稱為IMT-2020。根據(jù)2013年以來的研究進展，移動行業(yè)已經(jīng)就5G愿景和典型應用場景達成了共識，其中包括增強型移動寬帶eMBB、低成本低功耗的大規(guī)模連接（mMTC）、超高可靠性和超低延遲通信（URLLC）。針對上述應用場景，ITU-R詳細定義了相應的性能需求，例如，10 Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率、1 ms空口傳輸時延、比4G提高3-5倍的頻譜效率、每平方公里千兆的連接密度、每平方公里10 Tbps的業(yè)務(wù)密度、以及100倍的功效提升等。為了保持整個生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，我們期望5G具有極低成本特性，每比特性價比能提高1000倍。

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的性能需求，3GPP自2015年起開始在無線接入網(wǎng)絡(luò)工作組開展5G新無線空口（NR）的可行性研究，計劃在2018年6月前發(fā)布第一個5G NR版本，2019年底發(fā)布第二個5G版本；而3GPP服務(wù)架構(gòu)工作組早在5G NR之前就開始了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標準化工作。

隨著3GPP 5G標準化工作的推進，5G諸多領(lǐng)先國家也公布了他們的5G商業(yè)計劃。韓國在平昌2018年冬季奧運會上提供基于“非3GPP”規(guī)范（OTSA規(guī)范）的5G服務(wù)演示，日本計劃在東京2020年夏季奧運會期間舉辦5G商業(yè)發(fā)布會，中國計劃2020年開展5G商用。Verizon也宣稱將在2017年開始部署5G。5G工作正在朝著2020年之前商用的目標穩(wěn)步前進。

1、愿景和需求

移動通信深刻地改變了人們的日常生活，人們對更高性能移動通信的渴望是無止境的。展望未來，一些趨勢正在耗盡現(xiàn)有4G無線網(wǎng)絡(luò)的能力，包括：

爆炸性增長的數(shù)據(jù)流量；

大幅度增加的互連設(shè)備數(shù)量；

不斷出現(xiàn)的新服務(wù)和應用場景。

為滿足超出上一代系統(tǒng)能力的前所未有的需求，5G移動通信系統(tǒng)應運而生。5G將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時空限制，提供極佳的交互體驗，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴；5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。

5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

圖1 5G總體愿景

5G典型場景涉及未來人們居住、工作、休閑和交通等各種區(qū)域，特別是密集住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會、地鐵、快速路、高鐵和廣域覆蓋等場景。這些場景具有超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動性等特征，可能對5G系統(tǒng)形成挑戰(zhàn)。

在這些場景中，考慮增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、超高清視頻、云存儲、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、OTT消息等5G典型業(yè)務(wù)，根據(jù)部署和業(yè)務(wù)提供的特點，5G技術(shù)場景可以分為eMBB，mMTC和URLLC三類。根據(jù)用戶的預測分布情況，不同業(yè)務(wù)的比例以及數(shù)據(jù)速率和時延等業(yè)務(wù)需求，可以得出5G的關(guān)鍵性能要求。5G需要具備比4G更高的性能，支持：

0.1-1 Gbps的用戶體驗速率；

每平方公里一百萬的連接數(shù)密度；

毫秒級的端到端時延；

每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度；

每小時500 km以上的移動性；

數(shù)十Gbps的峰值速率。

其中，用戶體驗速率、連接數(shù)密度和時延為5G最基本的三個性能指標。同時，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運營的效率，相比4G，頻譜效率提升5-15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

性能需求和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力，猶如一株綻放的鮮花。紅花綠葉，相輔相成，花瓣代表了5G的六大性能指標，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，其中花瓣頂點代表了相應指標的最大值；綠葉代表了三個效率指標，是實現(xiàn)5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。

圖2 5G關(guān)鍵能力

除了上述關(guān)鍵性能指標，5G還有望為整個移動通信行業(yè)帶來可持續(xù)發(fā)展，因此5G系統(tǒng)的成本效率要比4G系統(tǒng)高出100倍。為了解決成本效益問題，應盡量降低網(wǎng)絡(luò)的復雜性，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化，簡化網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、部署、優(yōu)化和維護。

圖63D-MIMO平均頻譜效率

圖73D-MIMO邊緣頻譜效率

圖12eMBB TDD幀結(jié)構(gòu)

圖13低時延TDD幀結(jié)構(gòu)

圖14試驗基站分布圖

圖15試驗基站位置圖

表3基站基本參數(shù)

圖165G外場測試結(jié)果