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美洲的5G白皮书(1)——总体情况

供稿人:李远东  供稿时间:2014-12-29   关键字:5G  4G  Americas  IMT-2020  
笔者注:目前,美国及加拿大等美洲国家在5G移动通信研究方面都还没有一个国家政府层面的统一推进计划,但很多重要的行业企业、高等院校(如Verizon、AT&T、高通、加州大学伯克利分校等)都已经积极投入未来5G移动通信研究,参与各种国际化行业组织,贡献其研究成果。目前,美洲的5G移动通信研究取得了具有划时代意义的进步,2014年10月23日,美洲移动通信行业组织4G Americas发布了其5G白皮书4G Americas’ Recommendations on 5G Requirements and Solutions(《4G Americas关于5G需求以及解决方案的建议》。以下简称之“白皮书”)。“白皮书”指出:“本5G白皮书的目的在于为美洲移动通信行业后续研究未来端到端的第五代移动通信系统理清思路、提供指导。”——由此可见该“白皮书”对于美洲5G移动通信研发的重要意义,也由此可以看出该“白皮书”的重要价值——事实上,笔者仔细研究“白皮书”后认为,作为“后起之秀”(该“白皮书”的发布比其他国家或顶级企业的5G白皮书的发布要晚),其中有着很多全新的观点与发展方向,而且该“白皮书”相比于其他5G白皮书,所涉及的内容要广泛、全面、系统得多(连未来5G移动通信的政府规制都考虑到了),既有远瞩的高瞻,又很难能可贵地有着务实的精神和踏实的风格,所以对其进行编译,并组织相关专题“美洲的5G白皮书”进行详细介绍。
 
“美洲的5G白皮书”专题,分为“总体情况”、5G市场驱动因素及应用场景、终端用户对未来5G的六大相关需求、移动通信基础网络运营商对未来5G的十大相关需求、4G架构的缺陷及未来5G可增强改进的6大方向、对未来5G的政府规制监管的考量、面向5G的十五大潜在候选技术、5G移动通信的频谱问题、七大结论及建议,来介绍美洲移动通信业界对于未来端到端的第五代移动通信系统在核心网、无线接入网、上层应用、终端、政府规制等各个方面的最新研究成果。
 
以下本专题的第一部分,是该“白皮书”的“执行摘要”及“引言”部分,介绍了全球5G研发现状、该“白皮书”的研究背景、“白皮书”所关注的主要内容等总体情况。
1、该“白皮书”的“执行摘要”部分
目前,4G移动通信网络在全球得到了广泛的部署,移动通信行业已经开始了对于未来5G移动通信的基础研究——直到最近,北美地区和南美地区之外的全球其他区域已在相关方面取得了一定的进展(笔者注:与欧洲及亚太地区不同,目前,美洲的美国及加拿大在5G移动通信研究方面目前都还没有一个国家政府层面的统一推进计划)。
 
此前,国际电信联盟ITU曾定义了3G移动通信与4G移动通信的相关需求,并批准发布了相关的国际标准IMT-2000(3G)与IMT-Advanced(4G)。同样地,ITU也会定义5G移动通信的相关需求,并最终制定和发布能满足这些需求的技术标准。
 
目前,其它地区(笔者注:此处指的是北美地区和南美地区之外的全球其他区域)对于5G移动通信的研究尚主要聚焦于对于2020年及未来的移动通信的预测。一些国家(笔者注:主要指的是韩国与日本)甚至已经提出要在2020年之前正式商用部署5G移动通信网络。目前,全球的移动通信业界有一个共识,那就是整个行业需要有足够的时间来实现能满足未来5G移动通信需求的重大技术突破。同时,全球的移动通信业界还有另外一个共识,那就是LTE与LTE-A刚刚实现规模商用,4G还将有很长的生命周期。实际上,由于尚还具有在获得更高接入速率、更大系统容量等方面进行后续演进与发展的能力,4G LTE的相关技术至少还能被全球移动通信业界使用到2020年——例如,CA(载波聚合)、小基站演进、移动通信终端设备之间直接通信技术等就正是4G LTE技术正在不断发展的几个典型实例。
 
5G移动通信系统将在未来的何时被商业化部署?2020年及未来的移动通信网络将具有哪些主要特征?将会出现哪些可行的解决方案以及潜在的相关技术突破?这些都是各国政府、商业机构、科研机构、标准组织、通信设备供应商、移动通信基础网络运营商等目前正在共同探讨与研究的与未来5G移动通信相关的课题。对于5G移动通信系统的需求以及解决方案的探索是对面向将来6到7年的网络演进规划的基础性前提。4G相对于3G在新型无线空口方面取得了重大的技术进步,而未来的5G被业界寄予了要在端到端系统演进、无线接入技术以及移动通信核心网方面取得重大技术突破的厚望——相关突破可能将是演进式的,或者将由一个全新的、“革命”型的移动通信架构来实现。
 
该白皮书全面地反映了4G Americas对于未来5G移动通信市场发展的驱动因素、应用场景、相关需求、政府规制考量、关键技术等的研究成果。白皮书第2部分所述及的5G移动通信市场发展的驱动因素以及应用场景主要包括IoT(the Internet of Things,物联网)、超清极速视频、PSTN(Public Switched Telephone Network,公共交换电话网。一种电路语音业务)的衰落、公共安全、智慧城市、基于情景感知的业务等。在此基础之上,该白皮书的第2部分以及第3部分分别对5G移动通信在低延迟、高吞吐、高可靠、网络高弹性、网络高灵活性等方面的需求以及政府监管部门应对5G持有何种规制态度进行了详细描述。白皮书的第5部分详尽描述了5G移动通信的关键技术,主要包括:分组核心网、无线接入网、端到端5G系统的应用。白皮书的最后一部分对与5G移动通信相关的频谱问题(包括授权频谱以及非授权频谱)进行了探讨。
 
4G Americas提出相关的5G移动通信需求及建议,目的在于为后续研究端到端的第五代移动通信系统理清思路、提供指导。
2、该“白皮书”的“引言”部分
自从诞生以来,全球的移动通信在不断地演进,从而,移动通信服务经历了4代演进,“第几代”主要用于区分描述所采用技术的不同(笔者注:1978年,1G模拟移动通信网络开始商用;1991年,2G数字移动通信网络开始商用;1999年,3G移动宽带数据通信网络开始商用;2009年,4G全IP移动宽带数据通信网络开始商用至今)。当下,全球的移动通信业界又已经开始研究第五代移动通信无线接入。5G与国际电联ITU正在进行初步研究的IMT(国际移动通信)的下一个发展阶段——IMT 2020紧密相关。此外,5G演进的一部分将涉及包括移动通信核心网与无线接入网络在内的端到端系统的很多改进。
 
对于5G将会在2020年左右开始得到商用部署,移动通信业界对此似乎已取得共识。但是,全球范围内,移动通信业界对于5G的研究,在用户场景、相关需求、关键技术等方面尚处于初级阶段。其中,需要解决的一个首要问题是:5G移动通信系统里面,是发展一种全新的空口技术来适用于所有的应用场景,还是集合现有的各种空口技术、每种技术适用于某种特定的应用场景?
 
目前,全球的移动通信业界均是在面向2020年及未来的时间框架内、无任何5G相关实际技术发展的背景之下探讨并定义未来5G移动通信的相关需求。因此,值得业界警惕的是,可能有的需求在期望的时间框架内(2020年以内)得不到满足。
 
4G Americas的这份白皮书主要基于北美移动通信业界的研究成果,来解决以下两个领域的相关问题:
 
1)面向2020年及未来,移动通信将有哪些主要的应用场景?从而,届时的移动通信系统将面临哪些主要的挑战?进一步地,移动通信系统的演进将有着哪些主要的需求?
 
2)为了满足上述的相关需求、解决相关的挑战性问题,未来的移动通信系统可以采用哪些关键的技术以及解决方案?
 
此处需要强调的是,上文所提及的“5G无线移动接入的未来”远远不至于无线空口技术。“5G无线移动接入”应该被视为“为人们及“海”量的(物联网)终端提供无线移动连接的未来移动通信系统整体解决方案”。
 
然而,对于5G以及5G的需求,目前尚不能给出清晰、明确的定义。但是,仅仅通过对现有的移动通信系统进行一定的升级,可能并不能满足未来5G移动通信的相关需求(诸如:支持“海”量的联网终端设备接入、永远在线、更高的能量效率、支持灵活的空中接口等)。相反地,需要发展全新的网络协议、研发全新的无线接入技术,才能满足上述需求。
参考文献:
美洲移动通信行业组织4G Americas于2014年10月23日发布的5G白皮书4G Americas’ Recommendations on 5G Requirements and Solutions

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