隨著4G牌照的正式發放，我國已經正式邁入4G時代，標志著4G從技術研究、標準化和產業化一個周期的完結。同時，面向下一代移動通信系統IMT-2020（簡稱5G）的技術研發工作正在緩緩拉開帷幕。5G是什么？5G的發展情況又如何？本文從5G研究情況、各國各地區政府舉措、標準化推進、企業策略等多個角度切入，為讀者展示一個更加全面的5G發展概貌。

4G花開5G起步

2013年12月4日，中華人民共和國工業和信息化部正式向三大電信運營商發放4G牌照，中國移動、中國聯通、中國電信均獲得TD-LTE牌照。此舉標志著中國這一世界上最大的移動通信市場正式進入4G時代。從世界范圍來看，4G網絡的部署已經全面開花。截至2013年年底，全世界已經部署了200多張LTE網絡，用戶總數達到1.7億。從統計數據上看，4G網絡的發展速度遠超當年的3G網絡，是移動通信史上發展速度最快的技術制式，而中國的加入將繼續刷新這一發展速度。隨著4G技術從標準邁入大規模商用化，面向滿足未來用戶需求的下一代移動通信系統研發工作開始提上日程。按照ITU十年一代移動通信技術的傳統，下一代移動通信系統命名為IMT-2020，簡稱5G。

需求增長與技術發展是通信網絡更新換代的兩大驅動力，在過去幾十年移動通信系統從1G到4G的每次變革中起到了重要推動作用。當前，推動下一次移動通信系統變革的需求已經初現端倪：智能手機的高速發展引發了互聯網從固定桌面快速向移動終端轉移的革命，并帶來了無線數據流量的指數級增長。在過去5年中，中國移動的數據流量增長了80多倍。同時，物聯網正在快速發展，不只對無線通信網絡的容量提出了要求，更對無線通信網絡能夠提供的連接數有了數量級的提高要求。業界的一個普遍預測是：到2020年移動通信網絡的容量需求將是目前網絡的1000倍，連接數將是目前的10~100倍。

然而，擺在全世界移動通信從業者面前的一個共同難題是業務量增長與收入增長的巨大差異。用戶在享受移動互聯帶來的便利的同時，支出意愿并沒有顯著增長，甚至在降低。如何打造一個低成本部署、運營的網絡，在滿足用戶超高需求增長的同時，維持整個移動通信產業界的可持續發展？面向下一代移動通信系統IMT-2020（5G）的技術研發就是在這樣一個大背景下啟動的。同時也伴隨著更多深層次的問題，如：從高清視頻的大流量到社交網絡IM和M2M的海量小流量，未來網絡如何高效處理特性差異巨大的各種業務？從日間的商務區到夜間的住宅區，未來網絡如何應對流量的動態遷移？針對地鐵、體育館、大型購物中心等區域，未來網絡如何讓用戶在此類超密集人流聚集地也能無差異地享受移動互聯？ 可以預見，有別于現有系統，頻譜效率已經不再是5G唯一的追求目標。

相對于較明確的需求增長而言，全世界5G技術的研發積累還處于早期階段。不過可喜的是，世界各國已經看到了技術發展的迫切性，制定了相應的研發推進及經費資助計劃。中國移動也對5G進行了科研攻關并取得了一定進展。目前，5G距離標準化階段還為時尚早，也難以給其一個系統性的描述，但是部分5G單點技術卻已經被廣泛認可。

5G標準制定有序推進中

ITU是世界移動通信標準的制定組織。2012年5月，ITU決定開展IMT-2020愿景建議書的起草工作。該建議書面向2020年及未來移動通信產業發展，計劃2015年7月最終完成。我國工信部IMT-2020推進組下屬的需求組已經代表我國向ITU提交了相關的研究成果。同樣也是在2012年5月，ITU決定開展面向2015年~2020年技術趨勢研究報告（IMT Future Technology Trend）的起草，計劃2014年10月定稿。該報告將從提高頻譜效率、支持更寬頻率范圍、提供更多業務和更好的用戶體驗、節能、終端、網絡運營部署與安全等方面說明未來的技術趨勢。ITU目前計劃在2015年年底正式開始5G候選技術標準的征集與評估工作，到2018年年底完成標準化工作，2019年開始進行試商用。

3GPP將延續其一貫的演進型技術研究路線，持續推進LTE的版本更新。標準組目前正在進行R12的研究工作，研究內容包括3D MIMO、small cell、TDD/FDD聯合運營、WiFi/LTE interworking、MRM、D2D等，預計于2014年年底結束。按照規劃，R13仍將是LTE的增強和延續。5G的標準化預計在2016年啟動，版本號將從R14開始，關鍵議題和立項目前不明確。

2013年年底，下一代移動通信網絡聯盟（NGMN）也啟動了5G白皮書征集工作。白皮書草稿目前定義了5G的范疇和愿景，包括端到端的技術生態系統、商業前景、運營控制、容量與效率互換、技術聯盟、支持機器中心業務、能效與可持續性、QoE、頻譜效率與靈活性等，還涉及核心知識產權等問題。

未來移動通信論壇通過不定期的技術交流和國際交流推進我國5G研發成果，提升我國5G國際影響力。如2013年10月底在北京舉行的未來5G信息通信技術峰會，來自中國內地與臺灣及日韓和歐美等地專家以及政府負責人，對5G進行了專題或分散的交流和研究，包括5G關鍵技術和頻譜需求，重點針對頻譜資源短缺問題，通過提升空口傳輸效率、異構組網、微蜂窩小小區、智能無線電、頻譜聚合等技術創新手段來緩解矛盾。

多國和地區展開5G研究

歐洲

歐洲一直是移動通信技術研究的引領者，這主要得益于其連貫性的世界上規模最大的官方綜合性科研與開發計劃之一的歐盟科技框架計劃（FP）。在最新的歐盟第七科技框架計劃（FP7）中，歐盟設置了多個面向5G的研究課題，典型代表包括：5G NOW——該研究課題由來自德國、法國、波蘭和匈牙利的6家研究機構共同承擔。其研究主要面向未來5G物理層技術，重點研究包括新型的多載波調制技術，非正交、非同步傳輸、多址方式等，諸如FBMC、GFMC、BFMC、UFMC，該項目預計2015年2月結束。METIS——在FP7內計劃投資2700萬歐元，由以愛立信為首的30多個成員共同承擔，旨在通過構建下一代移動和無線通信系統（5G）的基石，以應對2020年及未來所面臨的網絡社會挑戰。其中，工作方式主要是分為8個工作組，分別針對場景需求、空口技術、多天線技術、網絡架構、頻譜分析、仿真及測試平臺等方面進行深入研究。METIS第一階段是2012年~2015年，主要工作是探索5G新架構、基本原理和系統概念。原計劃2016年~2018年為第二階段，進行系統優化、標準化和網絡試驗。2018年~2020年為第三階段，進行試商用。最新的進展是在Horizon 2020（原FP8的替代計劃）計劃中成立5G PPP（Public-Private Partnership），作為5G政府民間合作組織，可看做是METIS項目的一個重大延拓。5G PPP由政府出資管理項目吸引民間企業和組織參加，計劃在2014年~2020年期間政府與企業各投資7億歐元，深入研究未來十年5G通信基礎設施的解決方案、架構、技術以及標準等，其機制類似我國的重大科技專項。5G PPP計劃發展800個成員，包括ICT的各個領域：無線、光通信、物聯網、IT（虛擬化、SDN、云計算、大數據）、軟件、安全、終端和智能卡等。

英國

英國政府在科研推進方面一直游離于歐盟之外，有其相對獨立的5G研發規劃。2012年年末，英國政府資助3500萬英鎊，由薩里大學牽頭，聯合多家企業，包括沃達豐、英國電信、華為、富士通、三星等， 創立5G創新中心，致力于未來用戶需求、5G網絡關鍵性能指標、核心技術的研究與評估驗證。研發規劃分三階段推進，第三階段將聯合沃達豐在薩里大學校園內建設一個小型試驗網絡驗證其重點關注的諸如小蜂窩、毫米波通信、非正交多址等技術。

韓國

2013年5月，由韓國科技部、ICT和未來計劃部（MSIP）共同推動成立了 韓國“5G Forum”，旨在推動其國內5G進展。具體的行動規劃包括發展及提出5G國家戰略規劃、中長期的技術研究規劃、服務概念及需求、培育工業化基石、促進國內外移動通信生態系統的建立。其成員包括Samsung、LG+、ETRI、KAIST等。在2014年1月22日舉行的第三次經濟部門長官會議上，韓國進一步確定了以第五代移動通信發展總體規劃為主要內容的“未來移動通信產業發展戰略”，并為此投資1.6萬億韓元（約合90.3億元人民幣）。計劃在2015年12月進行pre-5G核心服務的試運行，2017年12月提供5G核心服務的模擬服務，2018年在平昌冬奧會期間試運行，并決定在2020年推出全面的5G商用服務。

日本

2013年9月，日本電波產業協會（ARIB）在高級無線通信研究委員會（ADWICS）內成立了“2020 and Beyond Ad Hoc”特別討論會,其旨在研究用于2020年及以后的無線通信系統。該討論會設置兩個工作組：服務與系統概念工作組和系統結構及無線接入技術工作組。其中，服務與系統概念工作組主要研究2020年及以后的移動通信系統（但不僅限于IMT）中的服務和系統概念，包括用戶行為、需求、頻譜、業務預測等；系統結構及無線接入技術工作組主要研究用于2020年及其以后的技術，包括無線接入技術、主要的網絡技術等。預計2020年東京奧運會前商用5G服務。

中國

2013年5月，工業和信息化部、發改委和科技部共同成立IMT-2020推進組，作為5G推進工作的平臺，旨在推動國內自主研發的5G技術成為國際標準，并首次提出了我國要在5G標準制定中起到引領作用的宏偉目標。推進組下設多個工作組，包括需求組、頻譜組及技術組等。其中，需求組負責5G業務需求與場景分析，頻譜組負責頻譜需求分析與規劃建議，技術組負責5G關鍵技術研究。中國移動是需求組組長單位及技術組副組長單位。目前各工作組工作開展順利：需求組目前已經完成了面向2020年的業務與用戶需求白皮書初稿，計劃于2014年年中正式發布；技術組規劃了演進性與革命性兩條技術發展路線，并首期明確了10個主要技術研究方向，包括密集網絡、終端間直接通信（D2D）、物聯網（M2M）、與WiFi融合組網、新型網絡架構、新型多天線/分布式傳輸、新型信號處理、高頻段通信、頻譜共享、網絡智能化；頻譜組在已有頻譜預測方法的基礎上，根據中國特色提出了一種新的頻譜需求預測方法，并以此方法得出了至2020年移動通信系統頻譜資源需求介于1350MHz與1810MHz之間。另外，我國同時在863計劃和重大科技專項研究中安排了5G科研布局，爭取在新一輪競爭中有更多的企業進入國際第一梯隊引領發展潮流。

2014年1月，臺灣召開“5G發展產業策略會議”，會議宣布臺灣將成立專責單位，長期投入發展第5代移動通信系統（5G），投資4G及5G發展基金150億新臺幣，其中，每年至少投入20億新臺幣進行5G研發，并預計在2014年5月推出“2020年TW-5G戰略方案”。臺灣經濟事務主管部門副負責人杜紫軍表示，5G以使用者體驗導向為發展核心，除了技術突破，重點是全新的應用服務。未來臺灣當局將秉持“深耕4G、布局5G”的理念，發展臺灣的原創服務。

作者：易芝玲、潘振崗，中國移動研究院綠色通信技術研究中心