摘要：報告指出，5G將改善用戶體驗，帶來新的應用以及新的商業模式，產生顯著的經濟效益，但同時，5G的發展也面臨著許多不可避免的挑戰。

毫無疑問，5G是2019開年以來的最熱話題之一。

為了幫助ICT政策制定者、國家監管機構（NRA）、運營商以及其它相關從業人員看清5G的發展前景，國際電信聯盟(ITU)發布了一份名為《探討5G發展狀況——機遇與挑戰》的報告。

報告指出，5G將改善用戶體驗，帶來新的應用以及新的商業模式，產生顯著的經濟效益，但同時，5G的發展也面臨著許多不可避免的挑戰。

以下是經物聯網智庫編譯的部分內容：

5G概述

5G是ITU定義的下一代移動通信標準，2015年10月26日至30日，在瑞士日內瓦召開的2015無線電通信全會上，國際電聯無線電通信部門(ITU-R)正式批準了三項有利于推進未來5G研究進程的決議，并正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020，其可提供的增強能力超過IMT-2000（3G）和IMT-Advanced（4G）系統。

IMT-2020的設定具有如下標準：

?為世界各地正在出現的5G研究活動奠定基礎

?確定5G標準化流程的框架和總體目標

?制定路線圖，并指導該流程順利運行至2020年（見圖1）。

圖1:ITU對于IMT-2020設定的詳細時間表和流程

從大的角度來講，5G將為決策者帶來增強公民和企業權能的機會。5G將在智慧城市建設方面發揮關鍵作用，這也使得公民和組織能夠在數字經濟中發揮重大作用。

圖2: 從先進的綜合管理技術到第五代移動通信技術的關鍵能力的增強

5G可提供超過千兆的速度，并能顯著提高性能和可靠性，從而為用戶帶來更好的使用體驗。當然，5G的建立離不開2G、3G、4G移動網絡的成功，正是由于這些網絡的發展，從而帶來了新的商業和服務的模式，改變了社會。

5G也將為電信運營商帶來新的機會，使他們不只可以提供連接服務，也可以以較低的成本為消費者和行業開發豐富的解決方案。同時，5G也將實現有線和無線網絡的融合，特別為集成網絡管理系統的發展提供了機會。

隨著5G標準的最終確定，商業5G網絡預計將在2020年后開始部署。

圖3: 移動網絡的發展

據GSMA預計，到2025年5G連接數將達到11億個，約占移動連接總量的12%。同時，運營商總收入將增長2.5%，達到1.3萬億美元。

另外，與3G和4G相比，5G也將大幅提高數據傳輸速率、降低延遲。據悉，5G預計將顯著降低延遲至1ms以下，適合對時間敏感的數據服務。同時，它的高傳輸速度能力也意味著5G網絡可以提供一系列高速寬帶服務，并提供最后一英里接入的替代方案。

5G應用案例

5G所帶來的高傳輸速度和低延遲能力將推動社會進入智能城市和物聯網的新時代。據了解，相關從業者已經明確了5G網絡的一些潛在用例，ITU也定義了5G應用的三個重要類別:

1．增強型移動寬帶(eMBB)-增強型室內和室外寬帶、企業協作、AR和VR的實現等。

2．大規模機器型通信(MMtc)–物聯網、資產跟蹤、智能農業、智能城市、能源監控、智能家居、遠程監控等。

3．超可靠和低延遲通信(URLLC)——自動駕駛、智能電網、遠程患者監控和遠程醫療、工業自動化等。

圖4：5G使用場景

電信運營商表示，eMBB有望成為5G早期部署的主要用例。eMBB將為擁擠的地區帶來高速移動寬帶，使消費者能夠在室內、屏幕和移動設備上都具有享受高速流媒體的能力，并將促進企業協作服務的發展。同時，一些運營商也在考慮將eMBB作為缺乏光纖連接家庭的最后一英里解決方案。

5G還有望通過在城市和農村地區部署大量低功耗傳感器網絡來推動智能城市和物聯網的發展。5G內置的安全性和穩健性將使其適用于公共安全以及一些關鍵性任務，如智能電網、安全服務、公用事業以及醫療保健，其低延遲特性也使其適用于遠程手術、工廠自動化和實時過程控制等。

5G的低延遲和安全特性也將為智能交通系統的發展提供幫助，使智能車輛相互之間可以進行溝通，為自動駕駛汽車和卡車的連接創造機會。例如，通過基于云的自動駕駛系統進行操作的自動駕駛車輛（AV）必須能夠在接收消息時及時停止、加速或轉彎，而信號覆蓋導致的任何網絡延遲或丟失都將阻止消息的傳遞，這可能會帶來災難性后果。然而，運營商認為，盡管已經有大量企業正在進行試點和試驗，但自動駕駛的大規模商用仍然還有很長的路要走。

5G技術和頻譜要求

對于5G部署早期來講，特別是在增強型移動寬帶方面，核心網絡和無線接入網絡的無線電頻譜、回程、軟件化等至關重要。

無線接入網絡

大多數室外4G移動網絡部署目前都基于宏小區（在蜂窩式移動電話的建網初期，采用蜂窩技術的小區被稱為“宏蜂窩”小區。宏小區是面積很大的區域，基站發射天線通常架設在周圍建筑物上方），然而，覆蓋大地理區域的宏小區將難以提供一些5G應用所需的密集覆蓋，低延遲和高帶寬（如圖所示） 。

目前大多數室外4G移動網絡的部署都是通過基站，然而，廣域覆蓋的基站將難以提供某些5G應用所需的密集覆蓋、低延遲和高帶寬。

圖5:5G應用程序的帶寬和延遲要求

為了提供5G所需的覆蓋密度和高容量網絡，電信運營商正在通過部署微型基站構建其4G無線接入網絡（RAN）的密集化，特別是在一些人口稠密的城市地區。微型基站雖然服務的地理范圍比廣域基站小得多，但卻增加了網絡覆蓋范圍、容量和服務質量。

微型基站無需額外的頻譜就能提高網絡容量，因此對低頻譜容量或頻譜稀缺的運營商具有很大的吸引力。此外，行業觀點認為，在密集的城市區域部署微型基站可以提高現有的4G網絡質量，并能支持5G網絡和早期eMBB服務的預期高容量需求。

圖6:廣域基站網絡與微型基站網絡

由于微型基站所需要的覆蓋范圍十分密集，因此需要將其安裝在如公交站臺、路燈、交通信號燈等公共設施上，而這一般也會伴隨有一個街道柜，以容納操作員的無線電設備、電源和現場連接。

圖7：小型蜂窩天線系統和街道機柜的示例

大規模MIMO（多輸入，多輸出）可擴展至數百甚至數千個天線，支持波束成形以提高數據傳輸速率，這對于高效的電力傳輸至關重要。大規模MIMO提高了頻譜效率，并與密集的微型基站部署相結合，將幫助運營商滿足5G的挑戰性容量需求。

核心網絡

端到端的靈活性將是5G網絡的定義特征之一，這種靈活性在很大程度上源于網絡軟件化的引入，其中核心網絡硬件和軟件功能是分開的。網絡軟件化是指通過網絡功能虛擬化（NFV）、軟件定義網絡（SDN）、網絡切片和Cloud-RAN（C-RAN）等技術，提高創新和移動網絡轉型的速度。

?NFV——替換專用設備（如路由器，負載平衡器和防火墻）上的網絡功能，虛擬化實例在商用現成硬件上運行，從而降低網絡更改和升級的成本。

?SDN——允許實時動態重新配置網絡元素，使5G網絡能夠通過軟件而非硬件進行控制，從而提高網絡彈性，性能和服務質量。

?網絡切片——允許將物理網絡分成多個虛擬網絡（邏輯段），這些網絡可以支持不同的RAN或某些客戶群的多種類型的服務，從而通過更有效地使用通信信道大大降低網絡建設成本。

?C-RAN——一種關鍵的顛覆性技術，對實現5G網絡至關重要。它是一種使用虛擬化技術與集中處理單元相結合的基于云的無線網絡架構，可取代移動基站的分布式信號處理單元、降低部署基于微型基站的密集移動網絡的成本。

此外，邊緣計算對于實時和對延遲敏感的應用程序而言越來越重要。邊緣計算使數據更接近最終用戶設備，為要求苛刻的應用提供極低延遲的計算能力，加快了可操作數據的傳遞、降低運輸成本。

5G頻譜

5G網絡（而不是4G）的高容量部署能力需要更多的頻譜帶寬，從而增加了對頻譜的需求。目前，行業正在共同努力為5G頻譜謀發展，例如，國際電信聯盟正在協調5G移動系統開發附加頻譜的國際協調(方框5)。國際電聯的標準化部門(ITU-T)在制定5G系統有線元件的技術和架構標準方面發揮著關鍵作用。

5G用例可能通過各種頻譜頻率來滿足。例如，低頻和短距離應用（適用于密集的城市區域）可能適用于mmWave頻率（24 GHz以上）。遠程，低帶寬應用（更適合農村地區）可能適用于低于1 GHz的頻率。雖然較低頻率具有更好的傳播特性可以獲得更好的覆蓋，但較高的頻率可以支持較高的帶寬，這是由于mmWave頻帶具有較大的頻譜可用性。例如，華為提出了一種多層頻譜方案，該方案最好地總結了這套理論。

圖8：WRC-19研究中的新頻段

雖然歐盟已指出700 MHz頻譜對于實現5G業務的廣域和室內覆蓋至關重要，但在非洲部分地區可以使用不同的頻率來增強4G覆蓋范圍。預計到2020年，只有35％的撒哈拉以南人口將被4G網絡覆蓋，許多農村地區很少或根本沒有4G移動網絡覆蓋，相比之下，全球平均水平為78％.8。因此，撒哈拉以南非洲的政策制定者可能會考慮將700MHz頻譜作為提高農村4G覆蓋率的理想方式，而不是將其用于5G。

GSMA期望3.3-3.8 GHz頻譜能夠成為許多最初5G業務的基礎，特別是提供增強型移動寬帶。這是因為3.4-3.6 GHz幾乎覆蓋全球，因此能夠很好地推動低成本設備所需的規模經濟。

推出5G的主要挑戰

1.微型基站部署挑戰

在一些國家，有關部門和地方當局政策對運營商要求過高的行政和財務義務阻礙了投資，減緩了微型基站的發展。另外，部署微型基站的制約因素還包括許可程序延長、采購活動冗長，費用過高以及阻止訪問的過時條例。

此外，許多地方的當地法規禁止在城市中心等5G需求量極大的區域快速、經濟地推廣微型基站，這也使得提供簡化和靈活監管流程的決策者能夠從5G帶來的創新和經濟增長中獲得最大收益。

另外，盡管日本和韓國的運營商使用廣域基站C-RAN建設的網絡已經十分密集，但微型基站還未在亞洲大規模部署。由于光纖回程的廣泛可用性，盡管在日本和韓國可以部署C-RAN，但在其他市場可能并非如此。

2.光纖回程

由于許多城市光纖網絡可用性差，為微型基站部署光纖回程網絡(以支持高數據速率和低延遲)將是運營商面臨的最大挑戰之一。

例如，英國是歐洲光纖滲透率最低的國家之一，滲透率為2％。相比之下，歐洲的平均水平約為9％。為了激勵對光纖網絡的投資，英國政府推出了一項為期五年的新光纖網絡基礎設施業務稅率減免措施。

如果部署光纖回程成本效益極低，運營商應考慮無線回程技術。在這種情況下，除光纖外，還應考慮包括PMP、mmWave和衛星在內的無線技術組合。

3．頻譜

在一系列頻率上分配和識別全球統一頻譜需要國際組織、區域電信組織和國家監管機構之間的協調，這是成功部署5G網絡時NRA面臨的最大挑戰之一。協調分配具有許多優點，因為它最大限度地減少了邊界的無線電干擾、便于國際漫游并降低了設備成本。這種總體協調是ITU-R在世界無線電通信大會（WRC）進程中的主要目標。

對WRC-19來講，這一進程目前正處于對24GHz 以上可獲得大帶寬的世界協調無線電頻譜的大型毗連區塊的IMT分配和識別達成共識的階段，這些區塊有大帶寬可用。WRC-19關于這一主題的決定將基于ITU對移動服務和現有服務在這些頻帶和相鄰頻帶中的廣泛共享和兼容性的研究。

發達國家的一些NRA正在考慮將700 MHz、3.4 GHz和24 GHz頻段用于5G的初始部署，以滿足5G的覆蓋范圍和容量要求。

此外，業內還應考慮共享頻譜，以便更有效地利用現有資源。傳統上，NRA只向移動運營商分配頻譜。但是，由于需求的增長，共享可以作為一種提高現有頻譜的有效利用率的手段。

另外，NRA還需要進一步考慮特別是24 GHz以上5G頻譜的許可和使用模式。傳統上，分成小帶寬（例如5MHz、10MHz、20MHz）的移動頻譜很少，因此可以在拍賣中吸引高價。而24 GHz以上的頻譜相對更容易獲得，因此不具備很強的稀缺性，而這也將影響商業模式和頻譜拍賣。其實，ITU已公布了頻譜共用方法的國家實例：例如ITU關于WTDC-14的報告，第9號決議。

4．其他因素

設備可用性–兼容性對用戶在5G標準和頻譜的使用方面至關重要。制造商目前正在開發將5G、4G、3G和2G嵌入單個芯片的技術，預計從2019年開始，到2020年以后，全球統一標準將會推出。

垂直行業的協調——電信業是一個由設備和芯片制造商、設備供應商以及零售和批發運營商組成的完整生態系統。因此，在開發新的標準和服務時，這個生態系統內的協作相對簡單。

網絡中立——歐洲電信監管機構BEREC發布了關于如何加強網絡中立的最終指導方針，要求互聯網服務提供商平等對待所有網絡流量，不偏袒某些服務。然而，包括德國電信、諾基亞、奧蘭治、沃達豐和英國電信在內的17家移動運營商大力游說BEREC方面對這些規則采取更寬松的解釋，稱這些“在5G投資回報方面造成了巨大的不確定性”。此外，他們表示，除非BEREC對網絡中立采取更溫和的方法，否則他們不會引入高速5G網絡。

結論

在5G發展用例發展成熟之前行業和決策者應該謹慎對待5G相關的投資，同時提高現有4G網絡的可用性和質量。

5G預計將在數字經濟、促進經濟增長、增強公民生活體驗和創造新的商業機會方面發揮關鍵作用。

盡管有這些好處，但在確立商業案例時，以及5G是否是經濟的真正優先事項時，必須小心謹慎。5G投資決策必須有可靠的投資案例支持。

由于投資金額高，運營商對投資回報持懷疑態度。他們目前正在大城市投資5G測試臺和試點網絡，這些城市擁有先進的4G部署和更適合網絡經濟的支持性基礎設施。

這種“城市主導”的戰略可能會對數字鴻溝產生不利影響，因為5G在農村地區的情況不太令人信服。地方當局和監管機構應該認識到這一風險，并予以應對。