移動(dòng)通信自誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的爆炸式發(fā)展，已經(jīng)成為連接人類(lèi)社會(huì )的基礎信息網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)4G進(jìn)入規模商用，5G移動(dòng)通信的研發(fā)工作已經(jīng)全面啟動(dòng)。
作為通信領(lǐng)域最權威的國際標準化組織之一，國際電信聯(lián)盟（ITU）從2012年開(kāi)始組織全球業(yè)界開(kāi)展5G標準化前期研究，持續推動(dòng)全球5G共識形成。截至2015年6月，ITU已確認將我國主推的IMT-2020做為唯一的新一代IMT系統候選名稱(chēng)上報至2015無(wú)線(xiàn)通信大會(huì )（RA-15）討論通過(guò)，并順利完結了IMT-2020愿景階段的研究工作。根據ITU提出的IMT-2020工作計劃，2016年初將啟動(dòng)5G技術(shù)性能需求和評估方法研究，2017年底啟動(dòng)5G候選提案征集，2018年底啟動(dòng)5G技術(shù)評估和標準化，并于2020年底完成標準制定。本文主要介紹ITU在5G愿景和挑戰方面的主要研究成果。
一、ITU明確5G業(yè)務(wù)趨勢、應用場(chǎng)景和流量趨勢
在ITU的IMT-2020愿景研究中，全面研討了下一代IMT系統的業(yè)務(wù)趨勢、關(guān)鍵能力和系統特征，推動(dòng)了業(yè)界逐漸對IMT-2020系統的框架和核心能力達成共識。
在業(yè)務(wù)方面，5G將在大幅提升“以人為中心”的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗的同時(shí)，全面支持“以物為中心”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現人與人、人與物和物與物的智能互聯(lián)。在應用場(chǎng)景方面，5G將支持增強移動(dòng)寬帶、海量機器類(lèi)通信和超高可靠低時(shí)延通信三大類(lèi)應用場(chǎng)景，并在5G系統設計時(shí)需要充分考慮不同場(chǎng)景和業(yè)務(wù)的差異化需求。在流量趨勢方面，視頻流量增長(cháng)、用戶(hù)設備增長(cháng)和新型應用普及將成為未來(lái)移動(dòng)通信流量增長(cháng)的主要驅動(dòng)力，2020至2030年全球移動(dòng)通信流量將增長(cháng)幾十至100倍，并體現兩大趨勢：一是大城市及熱點(diǎn)區域流量快速增長(cháng)，二是上下行業(yè)務(wù)不對稱(chēng)性進(jìn)一步深化，尤其體現在不同區域和每日各時(shí)間段。
數據來(lái)源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告
圖1 IMT-2020應用場(chǎng)景
二、ITU提出5G系統8個(gè)關(guān)鍵能力指標
除傳統的峰值速率、移動(dòng)性、時(shí)延和頻譜效率之外，ITU還提出了用戶(hù)體驗速率、連接數密度、流量密度和能效四個(gè)新增關(guān)鍵能力指標，以適應多樣化的5G場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求。其中，5G用戶(hù)體驗速率可達100Mbps至1Gbps，能夠支持移動(dòng)虛擬現實(shí)等極致業(yè)務(wù)體驗；5G峰值速率可達10至20Gbps，流量密度可達10Mbps/平方米，能夠支持未來(lái)千倍以上移動(dòng)業(yè)務(wù)流量增長(cháng)；5G連接數密度可達100萬(wàn)個(gè)/平方公里，能夠有效支持海量的物聯(lián)網(wǎng)設備；5G傳輸時(shí)延可達毫秒量級，可滿(mǎn)足車(chē)聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制的嚴苛要求；5G能夠支持500公里/小時(shí)的移動(dòng)速度，能夠在高鐵環(huán)境下實(shí)現良好的用戶(hù)體驗。此外，為了保證對頻譜和能源的有效利用，5G的頻譜效率將比4G提高3～5倍，能效將比4G提升100倍。
數據來(lái)源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告
圖2 IMT-2020與IMT-A關(guān)鍵能力對比
由于增強移動(dòng)寬帶、海量機器類(lèi)通信和超高可靠低時(shí)延通信等三大類(lèi)未來(lái)應用場(chǎng)景特點(diǎn)不同，將對5G系統帶來(lái)不同的挑戰。其中，增強移動(dòng)寬帶主要面向以人為中心的傳統移動(dòng)通信場(chǎng)景及其新的需求，5G系統需全面提升用戶(hù)體驗速率、流量密度、峰值速率、移動(dòng)性、能效和頻譜效率等指標以提升用戶(hù)體驗。對于海量機器類(lèi)通信場(chǎng)景，大量機器類(lèi)設備將連接到網(wǎng)絡(luò )并非連續的發(fā)送小數據包，對5G系統的主要要求在于所能支持的連接數密度和網(wǎng)絡(luò )的能量效率。對于超高可靠低時(shí)延通信場(chǎng)景，時(shí)延將是最重要的能力指標。此外，為支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這一場(chǎng)景對移動(dòng)性也提出較高要求。
數據來(lái)源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告
圖3 未來(lái)應用場(chǎng)景對5G系統關(guān)鍵能力的差異化要求
為了推動(dòng)5G技術(shù)與標準研究，ITU計劃于2016年初全面啟動(dòng)技術(shù)評估研究工作。此項研究將以5G愿景研究中提出的應用場(chǎng)景和關(guān)鍵能力為基礎，同步開(kāi)展5G系統性能需求、評估準則和方法等方面的研究。系統性能需求研究包含技術(shù)需求定義和指標取值確定，該工作將于2017年初完成。評估準則和方法研究包括定義測試場(chǎng)景、明確評估方法和流程、以及構建評估模型，該工作將于2017年中完成。5G技術(shù)評估需考慮新型應用場(chǎng)景，以同時(shí)支持傳統移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)和新型物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并研究5G新增指標的評估方法。
三、總結及展望
面向2020年及未來(lái)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，5G將以可持續發(fā)展的方式，滿(mǎn)足未來(lái)超千倍的移動(dòng)數據增長(cháng)需求，將為用戶(hù)提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度、超高連接數密度和超高移動(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶(hù)感知的智能優(yōu)化，并為網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)百倍的能效提升。
目前，全球業(yè)界已基本達成共識，將在3GPP制定滿(mǎn)足ITU要求的全球統一5G標準，并將于2020年左右實(shí)現5G商用。為了實(shí)現上述目標，3GPP已計劃在2016年初啟動(dòng)5G標準研究，2018年完成包含部分功能的第一版5G技術(shù)標準，并將于2019年底左右完成滿(mǎn)足ITU要求的5G完整標準。
參考文獻
[1] ITU IMT愿景報告建議書(shū)
個(gè)人簡(jiǎn)介：陳曉貝，畢業(yè)于美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校，現為中國信息通信研究院通信標準所工程師，長(cháng)期從事無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)研究和國際標準化工作，做為代表參加3GPP RAN子組會(huì )議，提交數十篇文稿并有多篇文稿被接納。目前主要負責5G需求愿景、技術(shù)研究和國際標準化等方面的相關(guān)工作。
