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5G频谱推荐白皮书(一):ITU-R确定的5G三大主要应用场景

2015年8月11日,美洲移动通信协会发布了一份技术白皮书“5G Spectrum Recommendations(5G频谱推荐)”。该白皮书研究了第五代移动通信网络无线频谱资源需求的驱动力、对频带更宽物理信道的需求、运行于不同物理频段所面临的诸多挑战及产生的影响、面向新兴物理工作频段的不同授权策略及潜在的增强型技术。
 
5G(第五代移动通信)是IMT(国际移动通信)的下一阶段,ITU(国际电信联盟)对其正式命名为IMT-2020。目前,ITU正在对IMT-2020进行初步的规划。此外,端到端系统的大多数其他变革(既包括核心网络内的,也包括无线接入网络内的)也将会成为未来5G系统的一部分。移动通信市场中,IMT-Advanced(包括LTE-Advanced与WMAN-Advanced)系统之后的系统即为“5G”。
 
美洲移动通信协会认为,此前各代移动通信系统的出现均以对于主流新兴技术的商用为标志(比如对于新型空口的定义),而未来的5G则将从端到端系统的角度去发展,而且其中将会包括核心网及无线接入网中的技术创新。
 
3G与4G移动通信技术主要聚焦于移动宽带应用场景,提供增强型的系统容量以及更高的数据传输速率。随着各类高带宽应用(比如移动视频)的“涌”现,5G将会进一步增强人们的移动宽带应用使用体验。
 
此外,未来的第五代移动通信系统也将大力发展IoT(物联网)应用、机器到机器通信或以机器为中心的通信。目前,北美移动通信基础网络运营商的最佳客户已经不仅仅是人类,还包括诸如智能电表、数字标牌与车载信息娱乐系统等物体/机器。
 
在大力研发5G潜在候选技术的同时,全球移动通信行业对于5G技术研发驱动因素的理解也逐步达成了共识。ITU-R(国际电信联盟无线电通信局)确定未来的5G具有以下三大主要的应用场景:(1)增强型移动宽带;(2)超高可靠与低延迟的通信;(3)大规模机器类通信。具体包括:Gbps移动宽带数据接入、智慧家庭、智能建筑、语音通话、智慧城市、三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实、行业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车。
 
在日益增大的网络容量需求、吞吐量增强需求、更多无线接入应用场景需求(所有可联网型设备均以一种“无缝”的方式接入到网络之中)之下,移动宽带网络正在向5G(第五代移动通信)演进。ITU-R正在与包括全球移动通信行业在内的各类利益主体进行密切协作,对下一代IMT系统——IMT-2020(5G)的研发方向、时间表与成果输出等进行定义,以把对于未来移动宽带通信的愿景最终变成现实。
 
为最终建成一个网络化的社会,未来的第五代移动通信网络应该能使用位于不同物理频段的无线频谱资源,以支撑各类应用场景,满足提高业务服务质量的需求,并采用比现有移动通信无线接入网络物理带宽大得多的射频信道。
 
第五代移动通信网络的无线频谱资源需求主要来自于:对于系统容量的增长需求、对于各类新兴应用场景的支持。为支撑未来各类5G应用场景的5G技术需求(比如:超过10 Gbps的峰值数据传输速率、100 Mbps的小区边缘数据传输速率、一毫秒的端到端延迟/时延等)有望在各个物理工作频段上均得到满足。
 
这些5G应用场景包括诸如高清晰度移动视频等的增强型移动宽带应用(即可运行于体育场馆等用户高度密集分布的区域,还可以进行泛在的覆盖)。而其余类型的5G应用场景则包括面向垂直行业/交通自动化的超高可靠通信、各类低延迟敏感型通信应用、面向大规模MTC(Machine Type Communication,机器类通信。比如移动健康、车辆到车辆通信、虚拟现实、增强现实与触觉互联网等)的较高速/高速数据数据服务。这些应用场景将会进一步地增大未来第五代移动通信网络对于更多无线频谱资源的需求。
 
未来第五代移动通信网络无线接入网是否能很好地支撑各类应用场景,取决于从低频(频点在500 MHz左右)到高频(频点高于60 GHz)的各个物理工作频段的物理特性(无线射频传播特性):低频段具有优秀的无线传播特性、网络覆盖广,既可支撑宏蜂窝建设,也可支撑小基站部署;高频段的无线传播特性相对低频段较差,但是有较多可用的且连续的无线频谱资源(尤其是在毫米波频段),可支持提供更宽的物理信道。
 
目前,由于很多的无线频谱资源(尤其是在低频段)正在被其他类型的无线电业务使用,为未来第五代移动通信网络无线接入网获取新兴无线频谱资源的方式就是采取新的频率管制手段——包括:如果指配专用频段已无可能,就采取频谱共享接入机制。如此一来,就可以在保护现有其他无线电业务的同时,解决5G频谱需求缺口问题并提高其对于无线频谱资源的利用效率。
 
全球移动通信行业中目前正在发生的面向未来第五代移动通信网络的技术演进,在各类可商用新型半导体芯片及天线阵列(可工作于不同的物理频段,比如厘米波频段、毫米波频段等)的驱动下,取得了较快的进展。这些技术进步使得未来第五代移动通信网络无线接入网可接入使用就有连续无线频谱资源的大带宽物理信道。
 
IMT-2000与IMT-Advanced为现有已商用部署的移动宽带通信系统提供了标准基础。IMT-2020(5G)是ITU现有国际移动通信标准族的延伸/扩展。按照相关规划,IMT-2020(5G)的标准化工作有望于2020年全部完成。而为了将IMT-2020(5G)系统最终变成现实,尚需为未来第五代移动通信网络无线接入网指配更多的具有该技术白皮书所描述的技术特性的可用物理工作频段。而于规划的期限内完成对这些新兴无线频谱资源的指配,则依赖于各国政府相关部门在WRC-15(2015年世界无线电通信大会)及WRC-19(2019年世界无线电通信大会)上共同努力。
 
 
参考文献:
 
[1] 4G Americas. 5G Spectrum Recommendations [EB/OL].
http://www.4gamericas.org/files/6514/3930/9262/4G_Americas_5G_Spectrum_Recommendations_White_Paper.pdf, 2015-08-11.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

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