主頁（http://www.130131.com）：第五代移動通信愿景和挑戰(zhàn)

移動通信自誕生以來，經過30多年的爆炸式發(fā)展，已經成為連接人類社會的基礎信息網絡。隨著4G進入規(guī)模商用，5G移動通信的研發(fā)工作已經全面啟動。

作為通信領域最權威的國際標準化組織之一，國際電信聯(lián)盟（ITU）從2012年開始組織全球業(yè)界開展5G標準化前期研究，持續(xù)推動全球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(tǒng)候選名稱上報至2015無線通信大會(RA-15)討論通過，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5G技術性能需求和評估方法研究，2017年底啟動5G候選提案征集，2018年底啟動5G技術評估和標準化，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(zhàn)方面的主要研究成果。

一、ITU明確5G業(yè)務趨勢、應用場景和流量趨勢

在ITU的IMT-2020愿景研究中，全面研討了下一代IMT系統(tǒng)的業(yè)務趨勢、關鍵能力和系統(tǒng)特征，推動了業(yè)界逐漸對IMT-2020系統(tǒng)的框架和核心能力達成共識。

在業(yè)務方面，5G將在大幅提升“以人為中心”的移動互聯(lián)網業(yè)務體驗的同時，全面支持“以物為中心”的物聯(lián)網業(yè)務，實現(xiàn)人與人、人與物和物與物的智能互聯(lián)。在應用場景方面，5G將支持增強移動寬帶、海量機器類通信和超高可靠低時延通信三大類應用場景，并在5G系統(tǒng)設計時需要充分考慮不同場景和業(yè)務的差異化需求。在流量趨勢方面，視頻流量增長、用戶設備增長和新型應用普及將成為未來移動通信流量增長的主要驅動力，2020至2030年全球移動通信流量將增長幾十至100倍，并體現(xiàn)兩大趨勢：一是大城市及熱點區(qū)域流量快速增長，二是上下行業(yè)務不對稱性進一步深化，尤其體現(xiàn)在不同區(qū)域和每日各時間段。

數(shù)據來源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告

圖1 IMT-2020應用場景

二、ITU提出5G系統(tǒng)8個關鍵能力指標

除傳統(tǒng)的峰值速率、移動性、時延和頻譜效率之外，ITU還提出了用戶體驗速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效四個新增關鍵能力指標，以適應多樣化的5G場景及業(yè)務需求。其中，5G用戶體驗速率可達100Mbps至1Gbps，能夠支持移動虛擬現(xiàn)實等極致業(yè)務體驗；5G峰值速率可達10至20Gbps，流量密度可達10Mbps/平方米，能夠支持未來千倍以上移動業(yè)務流量增長；5G連接數(shù)密度可達100萬個/平方公里，能夠有效支持海量的物聯(lián)網設備；5G傳輸時延可達毫秒量級，可滿足車聯(lián)網和工業(yè)控制的嚴苛要求；5G能夠支持500公里/小時的移動速度，能夠在高鐵環(huán)境下實現(xiàn)良好的用戶體驗。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(shù)據來源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告

圖2 IMT-2020與IMT-A關鍵能力對比

由于增強移動寬帶、海量機器類通信和超高可靠低時延通信等三大類未來應用場景特點不同，將對5G系統(tǒng)帶來不同的挑戰(zhàn)。其中，增強移動寬帶主要面向以人為中心的傳統(tǒng)移動通信場景及其新的需求，5G系統(tǒng)需全面提升用戶體驗速率、流量密度、峰值速率、移動性、能效和頻譜效率等指標以提升用戶體驗。對于海量機器類通信場景，大量機器類設備將連接到網絡并非連續(xù)的發(fā)送小數(shù)據包，對5G系統(tǒng)的主要要求在于所能支持的連接數(shù)密度和網絡的能量效率。對于超高可靠低時延通信場景，時延將是最重要的能力指標。此外，為支持車聯(lián)網業(yè)務，這一場景對移動性也提出較高要求。

數(shù)據來源：參考國際電信聯(lián)盟《IMT愿景》研究報告

圖3 未來應用場景對5G系統(tǒng)關鍵能力的差異化要求

為了推動5G技術與標準研究，ITU計劃于2016年初全面啟動技術評估研究工作。此項研究將以5G愿景研究中提出的應用場景和關鍵能力為基礎，同步開展5G系統(tǒng)性能需求、評估準則和方法等方面的研究。系統(tǒng)性能需求研究包含技術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技術評估需考慮新型應用場景，以同時支持傳統(tǒng)移動寬帶業(yè)務和新型物聯(lián)網業(yè)務，并研究5G新增指標的評估方法。

三、總結及展望

面向2020年及未來的移動互聯(lián)網和物聯(lián)網業(yè)務需求，5G將以可持續(xù)發(fā)展的方式，滿足未來超千倍的移動數(shù)據增長需求，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，業(yè)務及用戶感知的智能優(yōu)化，并為網絡帶來百倍的能效提升。

目前，全球業(yè)界已基本達成共識，將在3GPP制定滿足ITU要求的全球統(tǒng)一5G標準，并將于2020年左右實現(xiàn)5G商用。為了實現(xiàn)上述目標，3GPP已計劃在2016年初啟動5G標準研究，2018年完成包含部分功能的第一版5G技術標準，并將于2019年底左右完成滿足ITU要求的5G完整標準。

參考文獻

[1] ITU IMT愿景報告建議書

個人簡介：陳曉貝，畢業(yè)于美國威斯康星大學麥迪遜分校，現(xiàn)為中國信息通信研究院通信標準所工程師，長期從事無線移動通信和網絡技術領域的新技術研究和國際標準化工作，做為代表參加3GPP RAN子組會議，提交數(shù)十篇文稿并有多篇文稿被接納。目前主要負責5G需求愿景、技術研究和國際標準化等方面的相關工作。