中國啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)，5G，我們準(zhǔn)備好了嗎？

　　1月7日，工業(yè)和信息化部在北京召開“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)，宣布力爭2020年商用5G。

　　消息一出，馬上有媒體曝出，歐盟數(shù)字委員會(huì)對歐洲在5G方面的進(jìn)展表示焦慮，欲召集各主要電信集團(tuán)首席執(zhí)行官商討如何確保歐洲在5G技術(shù)領(lǐng)域獲得領(lǐng)先地位。

　　其實(shí)，在2015年，歐洲、美國、日本、韓國和中國領(lǐng)先的5G組織已就“全球5G活動(dòng)”簽署多邊諒解備忘錄，歐盟與中國也就5G簽署關(guān)鍵合作伙伴協(xié)議。

　　在一些人看來，他國的“焦慮”或許能彰顯我國在5G領(lǐng)域作出的領(lǐng)先成就。中國作為5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的主要參與國之一，在5G的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作中取得了巨大進(jìn)展。為了促進(jìn)全球業(yè)界在5G概念與關(guān)鍵技術(shù)方面盡快達(dá)成共識(shí)，我國IMT-2020(5G)推進(jìn)小組在2015年2月11日發(fā)布了《5G概念白皮書》。

　　不過，這并不意味著我們成為龜兔賽跑中的“兔子”就可以放心睡大覺了。

　　5G關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)在怎么樣

　　按照總體部署，我國的5G試驗(yàn)分為兩步實(shí)施：2015年到2018年進(jìn)行技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，由中國信息通信研究院牽頭組織，運(yùn)營企業(yè)、設(shè)備企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)共同參與;2018年到2020年進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)，由國內(nèi)運(yùn)營企業(yè)牽頭組織，設(shè)備企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)共同參與。

　　國際電信聯(lián)盟(ITU)提出，5G有三大應(yīng)用場景和八項(xiàng)關(guān)鍵能力指標(biāo)：5G要支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，海量機(jī)器類通信和超高、可靠、低時(shí)延通信三大應(yīng)用場景。同時(shí)，除了傳統(tǒng)的峰值速率、移動(dòng)性、時(shí)延和頻譜效率之外，還提出用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效四個(gè)新增的關(guān)鍵指標(biāo)。

　　而且，在5G的關(guān)鍵能力指標(biāo)定義中，峰值速率要達(dá)到10~50Gbps，用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbps~1Gbps，移動(dòng)性要求可滿足500km/h，時(shí)延可滿足1ms，頻譜效率要比4G 提升5倍，連接數(shù)密度要求達(dá)到106~107/km2，流量密度要求可滿足1~10Tbps/km2，能效要求至少比4G 提升50~100倍。

　　在開展實(shí)驗(yàn)前，我國的5G關(guān)鍵技術(shù)到底處于什么階段，離上述目標(biāo)到底有多遠(yuǎn)?

　　“目前5G的大多數(shù)關(guān)鍵技術(shù)仍然處于理論研究階段。對應(yīng)的這些關(guān)鍵性能指標(biāo)在一定的場景、業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求的約束條件下可以實(shí)現(xiàn)。”北京交通大學(xué)教授、英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)士艾渤向《中國科學(xué)報(bào)》記者指出，“但其實(shí)現(xiàn)與場景、業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求緊密相關(guān)。”

　　以用戶體驗(yàn)速率為例，在靜止?fàn)顟B(tài)，傳輸速率可以達(dá)到Gbps級別，但當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到500 km/h，在滿足一定的性能指標(biāo)，如要求一定傳輸誤比特率條件下，其傳輸速率要想達(dá)到100Mbps有很大難度，也是非常有挑戰(zhàn)性的研究課題。

　　對于超可靠通信而言，可能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率在Mbps級別，而對于傳輸可靠性和傳輸時(shí)延要求極高的場合，可能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率甚至在bps級別。“但是這不能說bps級別的傳輸速率就不屬于5G技術(shù)，這些也屬于5G移動(dòng)通信的范疇，比如5G場景中的機(jī)器對機(jī)器(M2M)通信，只不過其對傳輸可靠性和傳輸時(shí)延要求極高。因此，在一定的場景、業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求前提下，現(xiàn)有指標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。”艾渤說。

　　而據(jù)“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)的消息，此次啟動(dòng)的5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)(單點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)樣機(jī)性能測試)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證(融合多種關(guān)鍵技術(shù)，開展單基站性能測試)和5G系統(tǒng)驗(yàn)證(5G系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)性能測試，5G典型業(yè)務(wù)演示)三個(gè)階段實(shí)施。

　　哪些技術(shù)能在中國落地

　　5G關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)從概念的研究進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)制定階段，而早在2015年3月，中國通信業(yè)知名觀察家項(xiàng)立剛曾對《中國科學(xué)報(bào)》記者表示，業(yè)內(nèi)還在對5G進(jìn)行定義，這些力量還在較量，可能要到2018年才能正式確立5G標(biāo)準(zhǔn)。

　　“雖然全球已在5G需求與愿景方面取得較高的共識(shí)，技術(shù)路線也已經(jīng)明確了幾個(gè)主要的方向，但是整體來看，業(yè)內(nèi)在5G的諸多領(lǐng)域還存在不同的見解，5G關(guān)鍵技術(shù)還需要在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一之后才能夠真正得到實(shí)現(xiàn)。”賽迪顧問通信產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理?xiàng)钊麸w向《中國科學(xué)報(bào)》記者指出。

　　在各種5G技術(shù)的較量中，哪些類型技術(shù)能夠最終走出試驗(yàn)在中國落地?

　　記者在采訪中了解到，5G演進(jìn)存在三條路線：蜂窩網(wǎng)演進(jìn)、無線局域網(wǎng)和可能的革命性技術(shù)路線。

　　為滿足5G需求，需要從無線傳輸技術(shù)、無線組網(wǎng)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等層面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

　　艾渤認(rèn)為，中國自己提出的組網(wǎng)技術(shù)，如C-RAN;多址技術(shù)，如SCMA、PDMA、MUSA等就可以落地。

　　而在無線傳輸技術(shù)層面，不少專家看好大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、非正交傳輸、全雙工等，認(rèn)為這些都可能成為未來5G的重要技術(shù)方向。

　　“從我國情況來看，蜂窩網(wǎng)演進(jìn)的5G技術(shù)很有可能最終走出來并在中國落地。首先，LTE已經(jīng)是事實(shí)上的國內(nèi)統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)，隨著更多的先進(jìn)技術(shù)融入到LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，給蜂窩移動(dòng)通信帶來了強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;楊若飛說。

　　在國家以及各大通信企業(yè)、運(yùn)營商的大力推動(dòng)下，5G開展得如火如荼，取得了一些原創(chuàng)性研究成果。艾渤強(qiáng)調(diào)：“所以會(huì)在5G國際標(biāo)準(zhǔn)的爭取上大有作為。”

　　公開信息顯示，目前華為已經(jīng)在成都建設(shè)5G外場測試局點(diǎn)。展訊則預(yù)計(jì)在2017年做出5G終端原型平臺(tái)，在2018年推出5G測試芯片，到2019年發(fā)布預(yù)商用芯片。

　　大唐電信集團(tuán)則在給《中國科學(xué)報(bào)》記者提供的消息中指出，其已在5G的標(biāo)志性技術(shù)中取得重要的技術(shù)突破。2016年1月9日，即“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)召開兩天后，大唐電信集團(tuán)馬上與無線移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合舉辦了5G/LTE-V技術(shù)研討會(huì)。

　　還有哪些待解難題

　　2015年5月，《中國科學(xué)報(bào)》記者在采訪英國皇家工程院院士、IET主席威廉·韋伯時(shí)，他表示就算花了大力氣能夠達(dá)到5G“風(fēng)一般的速度”，還有手機(jī)處理器、手機(jī)電池、射頻頻譜與無線接入技術(shù)、電信運(yùn)營商及成本問題擺在眼前。

　　在2020年啟動(dòng)5G商用前，這些問題能夠解決嗎?

　　艾渤提出，根據(jù)摩爾定律，在2020年，手機(jī)處理器的速率應(yīng)該會(huì)有若干倍增長，手機(jī)處理器應(yīng)該不會(huì)制約5G業(yè)務(wù)在手機(jī)上的應(yīng)用。

　　他擔(dān)心的是手機(jī)電池容量，隨著應(yīng)用業(yè)務(wù)的增多，這個(gè)問題會(huì)更加突出。

　　“無線充電以及生物電等技術(shù)的發(fā)展、充電技術(shù)的更新也許會(huì)給手機(jī)在充電方面帶來更多的選擇，但總體上5G網(wǎng)絡(luò)依然會(huì)受到手機(jī)電池容量的制約。”艾渤說。

　　他還指出，5G網(wǎng)絡(luò)“風(fēng)一般的速度”以更高的帶寬為基礎(chǔ)，而不是成百倍地提高頻譜效率，就5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)來看，其頻譜效率也只是4G的5倍。

　　但是實(shí)際情況是，目前，全球6G以下的頻譜已經(jīng)非常擁擠，為電信運(yùn)營商分配更多的6G以下頻譜來部署5G系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。而使用更高的頻段，諸如毫米波頻段去大規(guī)模部署5G系統(tǒng)也是不現(xiàn)實(shí)的。這將導(dǎo)致現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無法共用，毫米波更小的覆蓋范圍導(dǎo)致需要部署更多的基站單元，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本會(huì)非常高。因此，高頻段比如毫米波、太赫茲等無線覆蓋更多的應(yīng)該是應(yīng)用在特殊場合、熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋。

　　艾渤認(rèn)為，5G技術(shù)在2020年可能還是以提供特殊場景的應(yīng)用解決方案為主。同時(shí)，當(dāng)前運(yùn)營商還在完善室內(nèi)用戶的LTE覆蓋，逐漸收回網(wǎng)絡(luò)投資成本，考慮到5G標(biāo)準(zhǔn)的制訂、5G建網(wǎng)的成本等因素，短時(shí)間內(nèi)不太可能進(jìn)行5G大規(guī)模建網(wǎng)。