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5G技术和用例
2017-02-24 15:38:36 来源: 新华网
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    5G概述

    5G移动网络是继目前4G LTE部署后移动电信标准的下一个主要阶段。LTE正进入十年部署的后半程,其发展路线图中仍不断有发展和跃升,特别是LTE-A和LTE-A Pro。实际上, LTE-A Pro 中的许多增强功能是5G的重要构建模块,将支持许多5G关键特性和早期用例。

    每一代移动网络技术较上一代都有所改善,以应对当前移动宽带应用在语音体验、移动数据吞吐量、网络使用效率和容量方面的挑战。目前的5G技术路线图有望进一步发展——不仅改善移动宽带体验,而且将持续演进至满足海量物联网部署和关键业务型服务用例的要求。

    5G的一些初期优势有望通过那些可增强移动宽带体验的技术特性得以实现。增强型移动宽带将满足那些以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入用例,尤其是视频,将在广泛的移动宽带终端上发挥重要作用。5G的一个关键优势,是将支持移动网络更高效的运营并降低数据传输成本。这对移动网络运营商应对像增强现实(AR)和虚拟现实(VR)这样全新的媒体与数据密集型用例至关重要。借助增强性能和无缝用户体验,增强型移动宽带用例除支持现有移动宽带应用外,还将支持全新应用领域和需求。这涵盖不同需求的用例,包括热点和广域覆盖:热点(高用户密度区域):需要极高数据容量,移动性需求低且用户数据速率高于广域覆盖速率。

    广域覆盖(需要无缝覆盖):需要中高移动性,数据传输速率较现有数据速率有大幅改善。但较之热点,数据速率需求可适当放松。

    在增强型移动宽带用例之外,提议的5G规范还将包括那些显著扩展目前移动技术功能的特性。这将支持5G面向包括关键业务型服务和海量物联网的一系列用例。

    关键业务型服务用例需要超可靠且低时延的通信,对吞吐量、时延和可用性等特性具有严格要求。其用例包括自动驾驶汽车、无线控制工业制造或生产流程、远程医疗和智能电网中的配电自动化。

    关键业务型服务用例对性能有极高要求,而海量物联网则通常以海量联网终端传输少量对时延不敏感型的数据为特征。因此,这些终端需要实现低成本和超长电池续航。

    大量5G标准工作正按计划开展。3GPP正努力制定Release 15,将于2018年完成,并有望成为全新5G无线空口(5G NR)和新一代网络架构(5G NextGen)的首个规范。5G开发工作将延续到3GPP Release 16及以后,但是Release 15将为2019年开始的5G商用提供全球规范。同时,目前3GPP正在开展的工作将在IMT-2020规范正式发布之前提交至ITU,而IMT-2020规范将于2020年完成。 值得注意的是,在这些规范正逐步完成的同时,预标准的5G商用部署将更早启动。

    从芯片组和终端供应商到网络基础设施厂商,整个生态系统已开展重要的预商用工作。一些运营商已公布它们期望开展5G场测的时间表,美国运营商Verizon表示它将于2017年开始,韩国运营商SK电讯和韩国电信则瞄准2018年。

    就本研究需要,尤其是评估5G网络的经济影响的需要,我们决定使用2035年作为测量点。这基于以下假设:

    ·持续实现5G标准制定的里程碑。

    ·预标准制定工作将加快5G芯片组与终端开发。

    ·符合标准的5G无线接入网络自2019年开始部署,并从2022年起广泛实现商用。

    ·面向终端(全部类型——增强型移动宽带、关键业务型服务和海量物联网)的5G无线价格极具竞争力,这将部分受到规模经济的影响。

    基于上述假设,IHS Markit预计,到2035年,5G将有10年以上广泛商业可用性。届时那些面向那些新技术普及较慢行业(如工业)的全新用例有望将得到重度使用。

    5G用例

    在本项研究中,IHS Markit评估下述21个可预见5G用例的技术扩散周期、普及度和潜在长期经济贡献,上述用例可归于增强型移动宽带、海量物联网和关键业务型服务三个大类。我们无意详尽列举全部可能的5G用例,只是选取了突显5G技术创新可能的代表性样本。以下章节简要概述每个用例类别,本报告附录A详细描述了全部21个用例。

    增强型移动宽带

    增强型移动宽带的两个关键方面将在5G经济中促进普及和价值创造。第一个方面是将蜂窝覆盖扩展到范围更广的建筑物中,包括办公楼、工业园区、购物中心和大型场所。第二个方面是提升网络容量以处理使用大量数据的更多终端,尤其在本地化区域。这两项改善的最终结果是,无论在任何位置,用户都将在使用移动宽带应用时享受更一致的增强体验。增强型室内无线宽带覆盖

    ·增强型户外无线宽带

    ·固定无线宽带部署

    ·企业团队合作/协作

    ·培训/教育

    ·增强现实和虚拟现实(AR/VR)

    ·扩展移动计算

    ·增强型数字标牌

    增强型移动宽带用例最有可能产生近期影响。这些主要是现有4G价值的扩展。随着5G网络的商用,市场上应该迎来较快的普及。增强型移动宽带用例将对全球经济活动产生重要影响,但由于其大部分是现有服务的增强,其净经济影响将不如海量物联网和关键业务型服务那么具有变革性。

    海量物联网

    5G将利用早前在机器对机器和传统物联网应用方面的投入,支持规模经济的显著提升以促进其在全部行业中的普及和应用。5G可降低功率需求,实现在授权和非授权频谱的运行和覆盖改善,从而显著降低海量物联网的成本。这也将支持海量物联网扩大规模,并且将促使海量物联网应用更多地采用移动技术:资产跟踪

    ·智能农业

    ·智慧城市

    ·能源/公用事业监控

    ·实体基础设施

    ·智能家居

    ·远程监控

    ·信标和联网购物

    在海量物联网用例中我们开始看到5G的变革性影响。前几代蜂窝技术以及在非授权频谱上的低功耗无线技术正共同服务这些应用。目前的LTE路线图包括了像Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)这样的专门蜂窝技术,并开始纳入低功耗方面的性能提升以应对不断增长的蜂窝物联网市场。这些技术构成5G海量物联网的基础,其将在低功耗扩展性能及利用授权与非授权频谱能力的基础上继续提升。IHS Markit认为,5G有潜力应对机器对机器和物联网市场中的更多领域,并借助规模经济降低成本。下述用例预计将在近期和中期得以实现,并在5G海量物联网模块得到广泛商用后获得快速增长。

    关键业务型服务

    关键业务型服务是5G中拥有巨大增长潜力的领域,其将支持高可靠性、超低时延连接以及高安全性和可用性的应用,包括:自动驾驶汽车

    ·无人机

    ·工业自动化

    ·远程病人监护/远程医疗

    ·智能电网

    本节描述的用例突显了大量全新的移动技术应用。5G有潜力支持高可靠性、超低时延应用以及构建广泛可用的高安全性网络,从而创造巨大的增长机会。许多用例仍处于兴起阶段(自动驾驶汽车、商用无人机、远程医疗),其增长将依赖于市场创新、恰当的监管以及5G网络部署。因此,其快速增长将需要较长时间,但鉴于这些用例的广泛意义,预计其将对社会产生巨大的整体影响。

    5G生态系统发展

    多个因素将有助于5G生态系统的总体成功和相对增长。这些因素与标准制定、频谱分配与使用政策问题、市场和应用的动力与阻力等相关。以下章节会更详细地论述这些因素。

    5G标准制定

    支持2020年及未来出现的全新用例和应用——包括增强型移动宽带、关键业务型服务(超可靠低时延通信)和海量物联网——需要新的技术和功能,开发新空口和新一代网络架构也成为必需。

    随着全球5G标准的制定,其全新设计力图解决大量技术问题。3GPP目前正在发展的项目包括基于OFDM的可扩展波形、支持更低时延和前向兼容的全新灵活框架,以及利用高频频段的全新先进天线技术。

    虽然5G标准仍有许多技术挑战需解决,但目前研发工作的广泛性以及LTE-A和LTE-A Pro的发展将为其提供解决方案,同时避免本报告上一章节中所描述的时间表出现推迟。

    5G频谱

    对授权频谱、非授权频谱以及共享频谱的使用是5G的一个独特特性。该种组合将有助于更好地利用现有频谱资源,包括高频频段(24GHz以上)、中频频段(1GHz到6GHZ)和低频即1GHZ以下频段。和5G的许多其他特性一样,频谱共享的基础性工作始于LTE以及授权辅助接入(LAA)、Wi-Fi链路聚合(LWA)和授权共享接入(LSA)的发展。更高效、更灵活地使用现有频谱很重要,同时为5G网络开发新频谱也对未来的发展至关重要。

    为此,全球已有许多不同组织考虑开放各种频段中的频谱资源供5G使用。这些组织包括面向欧盟区域的欧盟委员会、面向亚太区域的亚太电信组织和美国的联邦通信委员会。

    5G网络部署

    目前LTE网络部署进入第八年。根据GSA报告,截至2016年10月,全球共有537张LTE商用网络。这表明,移动网络运营商在过去十多年内有巨大的资本性支出(Capex),并在努力实现投资回报。业界对5G及其扩展功能具有深厚兴趣,而来自 LTE-A和LTE-A Pro的许多增强特性能够为未来5G网络升级奠定基础,这将是一大显著优势。虽然IHS Markit预计部分运营商将在网络升级方面采取保守方式,但是运营商们也逐渐认识到,5G与前几代移动技术之间存在的关键差异在于,其将前所未有地支持更广泛的用例。前几代网络致力于为消费者(以及在一定程度上为企业用户)提升用户体验,而5G则瞄准产业。如果移动网络运营商和其他5G生态系统参与方能够成功教育和渗入更多的产业,如制造、能源、医疗健康和交通运输等,那么将有潜力充分激发他们对5G的兴趣,并能够更加主动地进行和加快网络升级。

    5G应用于行业

    5G技术将使移动技术超越消费和企业级服务,拓展至行业领域,从而让人们以一种前所未有的方式同世界互动。正如之前提到的,5G的技术规范和功能将完全不同于前几代网络技术。广泛终端将应用多种无线电类型,以完成一系列多样化任务。5G标准不仅将使用授权和非授权频谱,而且将使用共享频谱,并且在专有和公共网络上运行。这种高度的灵活性表明5G将能够应对空前数量的行业用例。移动生态系统想成功渗透上述行业,关键在于要深入了解其所应对的不同行业和用例。许多行业的终端生命周期将长达10年甚至更久。而还有一些行业可能会要求专用网络或特定频谱片段的网络需求。

    用例和终端的多样性是评估经济影响的关键因素之一,同时也是一些市场比其他市场更快被普及的原因。那些深入了解5G潜力及其不同增强功能、并且明白其瞄准的垂直应用的移动生态系统成员,则更有可能立足市场并获得成功。

    5G将移动变成一项通用技术

    蒸汽机、电报和电力是一类特殊的突破性创新的例子,我们称之为通用技术。在孵化期之后,通用技术迎来引爆点,为各个行业和整个经济带来转型变革,且通常颇具颠覆性。通用技术具有一些共同属性,包括普遍适用于多个行业、带来长期且持续的改进并且能够催生新的创新。通用技术对广泛行业产生深远且持久的影响,可重新定义经济竞争力并改变社会。

    IHS Markit预期,随着5G技术不断进步并嵌入于大量终端、机器和流程,无线通信将如上述例子那样为各个行业和地域带来变革性影响,并将引领创新与经济发展新时代。

    数字移动技术已从使人与人互联逐步演进到使人与数据互联,这些数据是人们在个人和职业生活中所依赖的。相应地,现今移动技术的很多进步提供了更大的带宽,能够基本实现语音和数据无所不在的覆盖。尽管媒体和投资者对于像优步这样的移动先锋公司十分关注,但移动技术仍未从根本上变革经济体的产业和公共部门。

    IHS Markit认为5G的聚焦发展将让移动技术稳步进入至通用技术的范畴。规划中的5G功能提升有望面向一系列多样化用例。移动技术在目前无线普及有限的各个行业和流程中不断扩散,将在广泛的行业领域和地域带来深远和持久的影响。

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【纠错】 责任编辑: 冉晓宁
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