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(luò)性能新的躍升。5G是數(shù)字經(jīng)濟的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,。5G將與云計算,、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合,，加速5G在各行各業(yè)的融合應(yīng)用,，創(chuàng)新商業(yè)模式，促進(jìn)5G技術(shù)向經(jīng)濟社會各領(lǐng)域的擴散滲透,，拓展數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新空間,。

    3GPP Rel-15標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)是5G標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用場景,，分析了5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，并就未來商業(yè)模式發(fā)展趨勢進(jìn)行展望,。

1 5G典型應(yīng)用場景

    5G主要有三大應(yīng)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(wù)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(luò)、浸入式游戲,、全息視頻等移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)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(wù),。uRLLC和mMTC將滿足物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)的多樣化應(yīng)用需求,。其中，uRLLC面向車聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)控制,、遠(yuǎn)程手術(shù)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(wù)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(biāo)的應(yīng)用場景,，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗,、海量連接等特點,。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模天線技術(shù)(Massive MIMO)^[1-2]

    大規(guī)模天線技術(shù)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(shù)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(shù)，支持更多用戶的空間復(fù)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(wù)化架構(gòu)（Service-Based Architecture，SBA）

    未來5G的不同服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)則要求固定或移動寬帶連接,。上述服務(wù)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(luò)功能模塊化設(shè)計,、接口服務(wù)化和IT化,、增強的能力開放等新特性，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)靈活,、高效,、開放的發(fā)展趨勢。5G服務(wù)化系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示,。

    面向業(yè)務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的控制面功能進(jìn)行融合和統(tǒng)一,，并分解成為多個獨立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行靈活的組合,。每個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和其他服務(wù)在業(yè)務(wù)功能上解耦,，并且對外提供統(tǒng)一類型的服務(wù)化接口，向其他調(diào)用者提供服務(wù),，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(luò)邊緣側(cè),，融合網(wǎng)絡(luò)、計算,、存儲,、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù),，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接,、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化,、應(yīng)用智能,、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。在3GPP R15中,，基于服務(wù)化架構(gòu),，5G協(xié)議模塊可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活調(diào)用，為構(gòu)建邊緣網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(guān)鍵任務(wù)),、mMTC(海量連接)等技術(shù)場景的業(yè)務(wù)需求。同時MEC通過充分挖掘網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和信息,，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上下文信息的感知和分析,，并開放給第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用，有效提升了網(wǎng)絡(luò)的智能化水平,，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的深度融合,。5G邊緣計算架構(gòu)圖如圖3所示。

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

    網(wǎng)絡(luò)切片將在5G的實施中發(fā)揮關(guān)鍵作用,，該技術(shù)允許運營商在單一的物理基礎(chǔ)設(shè)施之上運行多個虛擬網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)切片是面向特定的業(yè)務(wù)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(luò)實例。5G網(wǎng)絡(luò)切片具備了“端到端網(wǎng)絡(luò)保障SLA,、業(yè)務(wù)隔離,、網(wǎng)絡(luò)功能按需定制、自動化”的典型特征,。3GPP定義的網(wǎng)絡(luò)切片管理功能包括通信業(yè)務(wù)管理,、網(wǎng)絡(luò)切片管理、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理,。其中,，通信業(yè)務(wù)管理功能實現(xiàn)業(yè)務(wù)需求到網(wǎng)絡(luò)切片需求的映射；網(wǎng)絡(luò)切片管理功能實現(xiàn)切片的編排管理,，并將整個網(wǎng)絡(luò)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(luò)切片子網(wǎng)管理功能實現(xiàn)將SLA映射為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實例和配置要求,，并將指令下達(dá)給MANO,，通過MANO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源編排，對于承載網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度將通過與承載網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的協(xié)同來實現(xiàn),。

    5G網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)于垂直行業(yè)典型場景如圖4所示,。

3 5G垂直行業(yè)應(yīng)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(yīng)用的初期階段,，將主要延續(xù)4G的業(yè)務(wù)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(xué)培訓(xùn),、視頻監(jiān)控等應(yīng)用將催生更大數(shù)據(jù)流量的使用，進(jìn)一步促進(jìn)高清視頻,、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）等業(yè)務(wù)的發(fā)展,。在5G應(yīng)用的成熟階段，行業(yè)關(guān)注點將轉(zhuǎn)向低時延,、高可靠的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用將助力運營商通過開放網(wǎng)絡(luò)能力,，打造差異化的網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域,。

3.1 增強型移動寬帶場景業(yè)務(wù)應(yīng)用

    增強型移動寬帶將是5G網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)將廣泛應(yīng)用于賽事/大型活動,、教學(xué)培訓(xùn),、智慧旅游和視頻監(jiān)控等領(lǐng)域，成為5G的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用,。4K/8K,、VR/AR等新業(yè)務(wù)必須解決兩大網(wǎng)絡(luò)問題：(1)Gb/s以上的無線傳輸速率；(2)毫秒級的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延,。目前,，5G網(wǎng)絡(luò)在高帶寬、低時延方面已經(jīng)達(dá)到或部分超越了4K/8K,、VR/AR等新業(yè)務(wù)對于實時傳輸速率的要求,，未來在任何一個有5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場所，可以不受地域限制地享受移動寬帶業(yè)務(wù)帶來的極致體驗,。虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的典型場景如虛擬游戲,、現(xiàn)場體育賽事轉(zhuǎn)播、遠(yuǎn)程展示,、遠(yuǎn)程設(shè)備控制等,；增強現(xiàn)實應(yīng)用的典型場景如智能導(dǎo)航、導(dǎo)游、教育培訓(xùn)等,。

    增強型移動寬帶場景下業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的要求如表1所示,。

3.2 低時延高可靠場景業(yè)務(wù)應(yīng)用

    5G不是簡單的通信網(wǎng)絡(luò)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(wù)院先后出臺了《中國制造2025》,、《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》、《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》等一系列指導(dǎo)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(jìn)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(yīng)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(lǐng)域,，不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)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(wù)對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的要求如表2所示。

3.3 低功耗大連接場景業(yè)務(wù)應(yīng)用

    低功耗大連接是5G三大應(yīng)用場景中面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的場景,，對網(wǎng)絡(luò)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(biāo)識類信息,、狀態(tài)開關(guān)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(yīng)用將會滲透到人們的居住,、工作、休閑,、交通等各個領(lǐng)域,，典型應(yīng)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(lǐng)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(yīng)用，NB-IoT/eMTC等現(xiàn)有版本物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已無法完全滿足網(wǎng)絡(luò)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(wù)，某些業(yè)務(wù)對上行傳輸速率要求達(dá)到1 Mb/s,，同時要求網(wǎng)絡(luò)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(luò)才能應(yīng)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(wù)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求如表3所示。

4 5G商用進(jìn)程與發(fā)展現(xiàn)狀^[5]

    各國政府和主要運營商在5G標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn),、技術(shù)研發(fā)和業(yè)務(wù)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(dá)到促進(jìn)實體經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的目標(biāo),。

    美國運營商競相布局5G商用網(wǎng)絡(luò),，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(luò)升級至兼容3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn),。AT&T 2018年底將在12個城市推出5G商用服務(wù),，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(wù),。

    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(shè)備供應(yīng)商的選定,，韓國三大運營商將會在2019年初大規(guī)模建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò),，并提供5G商用服務(wù)。

    2013年,，中國IMT-2020(5G)推進(jìn)組成立,，全面組織開展5G的推進(jìn)工作，特別是在技術(shù)創(chuàng)新,、標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn),、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(biāo)準(zhǔn)逐步完善，推進(jìn)組工作也進(jìn)一步轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化和業(yè)務(wù)應(yīng)用的推進(jìn),。通過電信運營商,、互聯(lián)網(wǎng)公司，以及系統(tǒng)設(shè)備商,、終端制造商組成的產(chǎn)業(yè)圈,，各方通力合作，進(jìn)行5G全方位生態(tài)建設(shè),，打造5G業(yè)務(wù)落地的示范效應(yīng),，提升其他垂直領(lǐng)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(shù)從開始階段即引入新一代空中接口和全面云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計理念,，通過在統(tǒng)一的底層物理設(shè)施基礎(chǔ)上按需組合封裝出不同的網(wǎng)絡(luò)切片，各類行業(yè)應(yīng)用可通過定制和租賃運營商的切片網(wǎng)絡(luò),，滿足未來市場需求的多樣化和不確定性,。

    各種創(chuàng)新技術(shù)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(chǔ)設(shè)施平臺,，將成為兌付“一張網(wǎng)絡(luò)使能多個行業(yè)”目標(biāo)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(luò)的半徑延伸覆蓋到各行各業(yè)中,。

參考文獻(xiàn)

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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(luò)技術(shù)與規(guī)劃部,，北京102209）