詳解全球5G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)工程師|韓冬

中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所副主任|徐菲

中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師|郎保真

在5G研發(fā)的眾多環(huán)節(jié)中，標(biāo)準(zhǔn)制定無(wú)疑是重中之重。對(duì)于5G標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)界已經(jīng)達(dá)成普遍共識(shí)，希望最終能夠形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

4G成熟商用后，人們把眼光放到了更快更強(qiáng)的5G上。5G商用預(yù)計(jì)在2020年前后，可支持更多樣的應(yīng)用。為了讓用戶有更好的體驗(yàn)，同時(shí)降低成本，業(yè)界各方致力于建立全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)主要的5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展進(jìn)行了介紹。

在4G成熟應(yīng)用并驅(qū)動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的同時(shí)，5G正悄悄走來(lái)。5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，在提升用戶大帶寬、高速率業(yè)務(wù)體驗(yàn)的同時(shí)，可進(jìn)一步滿足低時(shí)延、高可靠、大連接、廣覆蓋等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，成為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要?jiǎng)恿χ?。全球主要?guó)家和地區(qū)正紛紛通過(guò)出臺(tái)戰(zhàn)略規(guī)劃、部署重大項(xiàng)目、發(fā)布頻譜規(guī)劃等方式引導(dǎo)5G發(fā)展，5G的標(biāo)準(zhǔn)化和商用進(jìn)程也在顯著加快。

在5G研發(fā)的眾多環(huán)節(jié)中，標(biāo)準(zhǔn)制定無(wú)疑是重中之重。對(duì)于5G標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)界已經(jīng)達(dá)成普遍共識(shí)，希望最終能夠形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為此國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組織高度重視、積極謀劃，推出時(shí)間表和標(biāo)準(zhǔn)體系，為5G發(fā)展助力。

5G首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)出爐奠定商用基礎(chǔ)

規(guī)劃 時(shí)間表

國(guó)際上研究5G的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織有國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）。二者分別給出了規(guī)劃時(shí)間表，如圖1所示，側(cè)重點(diǎn)不同，相輔相成，共同推進(jìn)。

圖1 ITU和3GPP 5G規(guī)劃時(shí)間表

IT U進(jìn)展

2015年6月ITU完成了5G愿景的研究，該研究提出三大類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，分別為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類(lèi)通信、超高可靠低時(shí)延通信，如圖2所示。研究指出在5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮不同場(chǎng)景和業(yè)務(wù)的差異化需求。

除傳統(tǒng)的峰值速率、移動(dòng)性、時(shí)延和頻譜效率外，該研究還引入了4個(gè)新增關(guān)鍵能力指標(biāo)，包括用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效，形成5G八大關(guān)鍵能力指標(biāo)，相對(duì)于4G（IMT-Advanced）均顯著提升，如圖3所示，以適應(yīng)多樣化的5G場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求。

ITU在2017年6月完成IMT-2020(5G)最小技術(shù)指標(biāo)要求的制定，確定了滿足IMT-2020技術(shù)門(mén)檻的14項(xiàng)性能指標(biāo)的詳細(xì)定義、適用場(chǎng)景、最小指標(biāo)值等。該14項(xiàng)性能指標(biāo)包括峰值速率、峰值譜效、用戶體驗(yàn)速率、5%用戶譜效、平均譜效、區(qū)域流量、用戶面時(shí)延、控制面時(shí)延、連接密度、能效、可靠性、移動(dòng)性、移動(dòng)中斷時(shí)間、帶寬、支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型以及支持的頻段。

按照ITU的工作計(jì)劃，ITU規(guī)劃在2017年10月（WP5D#28）至2019年7月（WP5D#32）共計(jì)20個(gè)月的時(shí)間窗口內(nèi)開(kāi)展候選技術(shù)方案征集的工作，在2018年10月（WP5D#31）至2020年2月（WP5D#34）16個(gè)月的時(shí)間內(nèi)開(kāi)展對(duì)5G候選技術(shù)方案的獨(dú)立評(píng)估工作，在2019年12月至2020年6月對(duì)滿足最小技術(shù)要求和評(píng)估流程的候選技術(shù)進(jìn)行評(píng)判，2019年12月至2020年底ITU開(kāi)展5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議書(shū)的制定，如圖4所示。

ITU鼓勵(lì)成員國(guó)和相關(guān)國(guó)際組織提交5G候選技術(shù)方案，收到候選技術(shù)方案后，將組織公開(kāi)的技術(shù)評(píng)估。2017年6月，ITU完成一系列支持IMT-2020候選技術(shù)提交以及技術(shù)評(píng)估工作的關(guān)鍵文件，包括《IMT-2020最小性能要求》《IMT-2020評(píng)估方法》《IMT-2020候選技術(shù)提交模板》和《IMT-2020候選技術(shù)方案提交流程》。這些文件的發(fā)布拉開(kāi)了評(píng)估工作的序幕，并為后續(xù)候選技術(shù)方案提交和獨(dú)立技術(shù)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

3G PP進(jìn)展

為兼顧不同運(yùn)營(yíng)商的需求，實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，3GPP明確其5G將包含兩個(gè)版本，2018年6月完成Release 15（R15），2019年9月完成Release 16（R16）。其中R15又分為兩個(gè)子階段：第一個(gè)子階段是2017年12月完成非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）的5G標(biāo)準(zhǔn)；第二子階段是2018年6月完成可獨(dú)立組網(wǎng)（SA）的5G標(biāo)準(zhǔn)。3GPP的5G標(biāo)準(zhǔn)加速，確保了5G NR產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)一，使全球移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)受益。

歷時(shí)九個(gè)月，經(jīng)多次會(huì)議討論，北京時(shí)間2017年12月21日，在葡萄牙里斯本召開(kāi)的3GPP RAN第78次會(huì)議上，3GPP完成面向NSA的5G NR標(biāo)準(zhǔn)。包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通三大電信運(yùn)營(yíng)商及華為、中興在內(nèi)的30家國(guó)內(nèi)外電信公司就此發(fā)表聲明：首個(gè)5G NR標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為5G NR全面商用奠定了基礎(chǔ)，將加快推進(jìn)全球5G產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。

頻譜 規(guī)劃

為引導(dǎo)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展，搶占市場(chǎng)先機(jī)，主要國(guó)家紛紛制定5G頻譜政策。

美國(guó)率先發(fā)布5G頻譜規(guī)劃，發(fā)力高頻段通信。2016年7月14日，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）通過(guò)將24GHz以上頻譜用于無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)的規(guī)則法令，共規(guī)劃10.85GHz高頻段頻譜，包括28GHz（27.5～28.35GHz）、37GHz（37～38.6 GHz）、39GHz（38.6～40GHz）共3.85GHz許可頻譜和64～71GHz共7GHz免許可頻譜。同時(shí)，美國(guó)正對(duì)600MHz頻段進(jìn)行反向拍賣(mài)，并開(kāi)展3.5GHz頻段共享試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)5G高低頻頻譜布局。

日本發(fā)布無(wú)線電政策報(bào)告，明確5G頻譜范圍。2016年7月15日，日本總務(wù)省（MIC）發(fā)布了面向2020年無(wú)線電政策報(bào)告，明確5G候選頻段：低頻包括3600～3800MHz和4400～4900MHz，高頻包括27.5～29.5GHz頻段和其他WRC-19研究頻段。面向2020年5G商用，日本主要聚焦在3600～3800MHz、4400～4900MHz頻段和27.5～29.5GHz頻段。

韓國(guó)變更C頻段規(guī)劃，明確5G頻譜高低頻并重。2016年11月7日，韓國(guó)未來(lái)創(chuàng)造科學(xué)部（MSIP）宣布原計(jì)劃為4G LTE準(zhǔn)備的3.5GHz（3400～3700MHz）頻譜轉(zhuǎn)成5G用途，計(jì)劃2017年回收已發(fā)放的3.5GHz頻譜，后續(xù)作為5G頻譜重新發(fā)牌。此外韓國(guó)已計(jì)劃2018年平昌奧運(yùn)會(huì)期間，由三個(gè)運(yùn)營(yíng)商在26.5～29.5GHz頻段部署5G試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。

歐盟發(fā)布5G頻譜戰(zhàn)略，力爭(zhēng)搶占5G部署先機(jī)。2016年11月10日，歐盟委員會(huì)無(wú)線頻譜政策組（RSPG）發(fā)布?xì)W洲5G頻譜戰(zhàn)略，確定5G初期部署頻譜。3400～3800MHz頻段將作為2020年前歐洲5G部署的主要頻段，通過(guò)連續(xù)400MHz的帶寬力爭(zhēng)幫助歐盟在全球5G部署中占得先機(jī)。1GHz以下頻段，特別是700MHz將用于5G廣覆蓋。24.25～27.5GHz頻段將作為歐洲5G高頻段的初期部署頻段，R SPG建議歐盟各成員國(guó)保證24.25～27.5GHz頻段的一部分在2020年前可用于滿足5G市場(chǎng)需求。RSPG同時(shí)建議預(yù)留31.8～33.4GHz和40.5～43.5GHz頻段用于5G。

圖2 5G三大應(yīng)用場(chǎng)景

圖3 5G八大關(guān)鍵能力指標(biāo)

我國(guó)要實(shí)現(xiàn)5G引領(lǐng)

政策 引導(dǎo)

我國(guó)政府高度重視5G發(fā)展，提出“5G引領(lǐng)”的發(fā)展目標(biāo)，在5G方面成為技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)與應(yīng)用的領(lǐng)先國(guó)家之一，綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和創(chuàng)新能力進(jìn)入世界前列。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，政府在各項(xiàng)規(guī)劃、戰(zhàn)略中都對(duì)5G技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化布局等做出相關(guān)部署。

《“十三五”規(guī)劃綱要》中指出，“要加快構(gòu)建高速、移動(dòng)、安全、泛在的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，積極推進(jìn)5G發(fā)展，于2020年啟動(dòng)5G商用?！薄丁笆濉眹?guó)家信息化規(guī)劃》中指出，“五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5G）研發(fā)步入全球領(lǐng)先梯隊(duì)。著眼5G技術(shù)和業(yè)務(wù)長(zhǎng)期發(fā)展需求，統(tǒng)籌優(yōu)化5G頻譜資源配置，加強(qiáng)無(wú)線電頻譜管理?！薄秶?guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中指出，“明確將頻率作為國(guó)家信息化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，強(qiáng)調(diào)要積極開(kāi)展5G技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化布局，并在2025年建成國(guó)際領(lǐng)先的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。”

隨著2020的臨近，各項(xiàng)政策措施也緊鑼密鼓的出臺(tái)。

2017年11月9日，工業(yè)和信息化部發(fā)布工信部無(wú)〔2017〕276號(hào)文《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300～3600MHz和4800～5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，我國(guó)成為國(guó)際上率先發(fā)布5G系統(tǒng)在中頻段內(nèi)頻率使用規(guī)劃的國(guó)家。

圖4 ITU關(guān)于IMT-2020的整體工作計(jì)劃

2017年11月27日，國(guó)務(wù)院發(fā)布關(guān)于深化“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(jiàn)，其中專(zhuān)欄1“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)改造工程”里提出要在5G研究中開(kāi)展面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗(yàn)，協(xié)同推進(jìn)5G在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用部署。

2017年12月22日，《標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)通共建“一帶一路”行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《行動(dòng)計(jì)劃》）新聞發(fā)布會(huì)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委召開(kāi)?！缎袆?dòng)計(jì)劃》提出，要深化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化合作，支撐設(shè)施聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，推動(dòng)5G、智慧城市等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在沿線國(guó)家應(yīng)用實(shí)施。

技術(shù) 試驗(yàn)

早在2013年2月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部即聯(lián)合推動(dòng)成立IMT-2020(5G)推進(jìn)組，目前推進(jìn)組下設(shè)專(zhuān)家組、需求工作組、頻譜工作組、無(wú)線技術(shù)工作組、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組、C-V2X工作組、5G試驗(yàn)工作組、各標(biāo)準(zhǔn)工作組、知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作組以及國(guó)際合作工作組等共十個(gè)工作組，是聚合移動(dòng)通信領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用力量、推動(dòng)第五代移動(dòng)通信技術(shù)研究、開(kāi)展國(guó)際交流與合作的基礎(chǔ)工作平臺(tái)。

目前IMT-2020（5G）推進(jìn)組主導(dǎo)的5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)已經(jīng)完成第二階段試驗(yàn)，11月17日工信部發(fā)文全面啟動(dòng)第三階段測(cè)試，要求明確第三階段測(cè)試目標(biāo)、內(nèi)容和指標(biāo)要求，重點(diǎn)面向5G商用前的產(chǎn)品研發(fā)、驗(yàn)證和產(chǎn)業(yè)協(xié)同，開(kāi)展商用前的互聯(lián)互通工作；建設(shè)試驗(yàn)環(huán)境，協(xié)調(diào)資源，形成多廠家、室內(nèi)外一體的測(cè)試環(huán)境；加快設(shè)備研發(fā)，力爭(zhēng)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同期推出5G預(yù)商用產(chǎn)品；開(kāi)展融合試驗(yàn)，面向三大場(chǎng)景，促進(jìn)5G業(yè)務(wù)與應(yīng)用發(fā)展；加強(qiáng)統(tǒng)籌安排，有序協(xié)同5G標(biāo)準(zhǔn)研究、設(shè)備研發(fā)和技術(shù)試驗(yàn)等工作，力爭(zhēng)于2018年底前實(shí)現(xiàn)第三階段試驗(yàn)基本目標(biāo)，支撐我國(guó)5G規(guī)模試驗(yàn)全面展開(kāi)。

頻譜 規(guī)劃

我國(guó)于2017年11月發(fā)布了5G系統(tǒng)在3000～5000MHz頻段（中頻段）內(nèi)的頻率使用規(guī)劃，規(guī)劃明確了3300～3400MHz（原則上限室內(nèi)使用）、3400～3600MHz和4800～5000MHz頻段作為5G系統(tǒng)的工作頻段。中國(guó)是國(guó)際上率先發(fā)布5G系統(tǒng)在中頻段內(nèi)頻率使用規(guī)劃的國(guó)家，同時(shí)，2017年工信部也發(fā)布公開(kāi)征集24.75～27.5GHz、37～42.5GHz或其他毫米波頻段5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見(jiàn)，啟動(dòng)中國(guó)毫米波的規(guī)劃工作。

圖5 5G標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定被搬上日程

為配合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施、推動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)化，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)作為通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的主要組織，密切關(guān)注技術(shù)發(fā)展、緊跟國(guó)際形勢(shì)。繼去年底立項(xiàng)的“5G安全技術(shù)研究”，今年提出了四項(xiàng)5G相關(guān)研究課題立項(xiàng)建議，分別是“5G NR技術(shù)研究”“5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究”“5G系統(tǒng)高頻段研究：24.25～30GHz”“5G系統(tǒng)高頻段研究：30～43.5GHz”，將從5G接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、安全和頻率各方面開(kāi)展相關(guān)研究。目前這些研究工作均取得了階段性成果。

有了各項(xiàng)研究的基礎(chǔ)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定工作被搬上日程。5G是新一代通信技術(shù)，涉及面廣，其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)支撐，亟需標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)、規(guī)劃。為此，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)下設(shè)的無(wú)線通信技術(shù)工作委員會(huì)召集無(wú)線網(wǎng)、核心網(wǎng)、安全、衛(wèi)星通信和天線等領(lǐng)域?qū)＜遥餐懻?，形?G標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃，并于2017年12月8日對(duì)會(huì)員及業(yè)內(nèi)公布。

5G標(biāo)準(zhǔn)體系目前分為基礎(chǔ)能力、邊緣計(jì)算和車(chē)聯(lián)網(wǎng)三大塊，其中基礎(chǔ)能力下又分為總體技術(shù)要求、安全技術(shù)要求和設(shè)備級(jí)三個(gè)部分，由于設(shè)備種類(lèi)較多，所以設(shè)備級(jí)又細(xì)分為核心網(wǎng)、基站、終端、室分、天饋5個(gè)部分，如圖5所示。

本次規(guī)劃的5 G標(biāo)準(zhǔn)體系主要面向未來(lái)兩到三年的需求和發(fā)展，基礎(chǔ)能力和邊緣計(jì)算都將基于3GPP R15版本，車(chē)聯(lián)網(wǎng)也將基于3GPP規(guī)范，但對(duì)應(yīng)版本尚未確定。采用面向eMBB/uRLLC的蜂窩網(wǎng)基本通信功能作為基礎(chǔ)系列、其他單獨(dú)成系列的劃分原則，每個(gè)系列分成總體技術(shù)要求、安全技術(shù)要求、設(shè)備級(jí)規(guī)范。

根據(jù)以上體系，提出了22項(xiàng)基礎(chǔ)能力和4項(xiàng)邊緣計(jì)算行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目立項(xiàng)建議規(guī)劃，將從2018年上半年率先啟動(dòng)總體、安全、基站、核心網(wǎng)、終端、天饋等領(lǐng)域的18個(gè)基礎(chǔ)能力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，其他4項(xiàng)將于2018年底前分批完成立項(xiàng)；4項(xiàng)邊緣計(jì)算行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)工作將于2018年底啟動(dòng)。由于對(duì)應(yīng)版本未定，僅提出了10項(xiàng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目立項(xiàng)建議，具體啟動(dòng)、完成時(shí)間待定。

該5G標(biāo)準(zhǔn)體系，是我國(guó)第一個(gè)相對(duì)完整的5G標(biāo)準(zhǔn)體系，其涵蓋的標(biāo)準(zhǔn)是建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。它的確立對(duì)推動(dòng)5G行標(biāo)制定、充分保障5G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)推進(jìn)有著重大作用，揭開(kāi)了移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定的新篇章。

綜上所述，5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，不僅能夠滿足用戶大帶寬、高速率各類(lèi)業(yè)務(wù)需求，而且能滿足物聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延、高可靠、大連接、廣覆蓋等應(yīng)用需求，將成為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要?jiǎng)恿Α?018年將是我國(guó)5G標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)研發(fā)和設(shè)備研制的關(guān)鍵年，雖然時(shí)間緊、任務(wù)重，但相信在政府引領(lǐng)和產(chǎn)業(yè)各方的共同努力下，必將取得重大成就。