我國5G研發(fā)國際領(lǐng)先 產(chǎn)業(yè)發(fā)展需提前布局

工信部賽迪智庫無線電管理研究所 彭健

隨著信息化社會的快速發(fā)展，信息通信技術(shù)（ICT）在人類社會中所發(fā)揮的作用越來越大，而承載信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)（CT）已經(jīng)成為整個信息化社會生態(tài)系統(tǒng)賴以正常運(yùn)行的基石。當(dāng)前，加快5G技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定的步伐已成為國際主流共識，而我國自去年成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組以來，一直在大力推進(jìn)5G的研發(fā)進(jìn)程。如何在5G技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定的競賽中取得先發(fā)優(yōu)勢，并且利用先發(fā)優(yōu)勢占領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，是值得我們在推進(jìn)5G研發(fā)中思考的問題。

推進(jìn)5G研發(fā)符合信息社會發(fā)展的大趨勢

為了在未來信息消費(fèi)中提供一個多場景、無縫式傳輸通道，必須推進(jìn)5G研發(fā)。

（一）移動數(shù)據(jù)流量猛增是推進(jìn)5G研發(fā)的內(nèi)在驅(qū)動

過去的幾十年里，移動通信技術(shù)逐漸從1G演進(jìn)到如今的4G。移動通信的應(yīng)用場景從滿足簡單的語音通話，到如今已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)移動多媒體交互式的高速體驗(yàn)。這種技術(shù)的演變也影響了移動通信業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的巨大變化——目前移動通信的主要業(yè)務(wù)已經(jīng)由以前的語音和短信演變?yōu)楝F(xiàn)在的“數(shù)據(jù)流量”。近年來，全球移動數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長勢頭持續(xù)增長，預(yù)計2010年到2020年全球移動數(shù)據(jù)流量增長將超過200倍，2010年到2030年將增長近2萬倍。中國的移動數(shù)據(jù)流量增速高于全球平均水平，預(yù)計2010年到2020年將增長300倍以上，2010年到2030年將增長超4萬倍。發(fā)達(dá)城市及熱點(diǎn)地區(qū)的移動數(shù)據(jù)流量增速更快，2010年到2020年上海的增長率可達(dá)600倍，北京熱點(diǎn)區(qū)域的增長率可達(dá)1000倍（如圖所示）。在移動數(shù)據(jù)流量持續(xù)猛增的大背景下，現(xiàn)在商用的3G或者4G在未來都難以滿足如此大的增長需求，因此必須前瞻性地開展5G研發(fā)。

（二）未來信息消費(fèi)的快速增長需要以5G為基石

根據(jù)工信部相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014年上半年，我國信息消費(fèi)整體規(guī)模達(dá)到1.34萬億元，網(wǎng)絡(luò)購物規(guī)模達(dá)到1.1萬億元，用戶規(guī)模達(dá)到3.32億。由此可見，加大信息消費(fèi)推進(jìn)力度，是推動我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提升國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要舉措。

寬帶是推進(jìn)信息化建設(shè)、促進(jìn)信息消費(fèi)不可或缺的重要手段，2013年8月14日國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)信息消費(fèi)擴(kuò)大內(nèi)需的若干意見》（國發(fā)〔2013〕32號）中明確指出，要完善寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施“寬帶中國”戰(zhàn)略，加快信息基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)升級，進(jìn)一步肯定了寬帶在加快信息化推進(jìn)、拉動信息消費(fèi)中的作用。而作為寬帶網(wǎng)絡(luò)中的重要成員之一，無線寬帶在加快信息化推進(jìn)、拉動信息消費(fèi)中的重要性日益凸顯。據(jù)工信部專家估計，目前每年約有幾千億元的投資是用于無線寬帶為主的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并能進(jìn)一步衍生出高達(dá)幾萬億元的信息產(chǎn)品銷售，成為信息消費(fèi)的重要推手。隨著信息消費(fèi)形態(tài)的不斷增多和用戶體驗(yàn)需求的不斷攀升，今后對于移動通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求勢必會持續(xù)增強(qiáng)。正因?yàn)榇?，為了在未來信息消費(fèi)中提供一個更快速、更穩(wěn)定和更安全的多場景、無縫式傳輸通道，必須推進(jìn)5G研發(fā)。

（三）5G將加速現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的完美融合

隨著ICT技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是移動通信技術(shù)在提升傳輸通道性能方面的優(yōu)異表現(xiàn)，人們不僅僅只滿足于“人”與“人”之間的移動互聯(lián)互通，更希望能在“人”與“物”、“物”與“物”之間都建立起可靠的連接，實(shí)現(xiàn)更智能化的生活和工作。近幾年興起的物聯(lián)網(wǎng)，就是為了實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)這一目標(biāo)。按照物聯(lián)網(wǎng)概念的一般解讀，物聯(lián)網(wǎng)可劃分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層，感知層獲取的信息能不能快速、準(zhǔn)確、可靠地傳輸?shù)綉?yīng)用層，完全依賴于傳輸層的性能?？梢哉f，傳輸層在感知層與應(yīng)用層之間起到了非常重要的橋梁作用。雖然傳輸層的信息傳輸可以采用有線和無線兩種技術(shù)方式來實(shí)現(xiàn)，但是由于用戶的應(yīng)用場景往往是移動和多樣的，因此無線通信方式在傳輸層的重要性在某種程度上來說是唯一的解決方式。在現(xiàn)實(shí)和數(shù)字世界完美融合的網(wǎng)絡(luò)里，不僅需要公眾移動通信網(wǎng)的廣域覆蓋，更需要短距離信息交互的通信方式，如WiFi、RFID、NFC等等，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合已成為無線通信研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合正是5G的核心。

在5G時代，“人”與“人”、“人”與“物”和“物”與“物”之間將打破原有的互聯(lián)互通界線，所有的“人”和“物”都將存在于一個有機(jī)的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)里，數(shù)據(jù)或者信息將通過最優(yōu)化的方式進(jìn)行傳遞。5G將是移動化ICT（M-ICT）時代信息承載的基礎(chǔ)，其將吸收蜂窩網(wǎng)絡(luò)和諸如WiFi等無線局域網(wǎng)的優(yōu)秀特性，形成一個真正能夠“海納百川”的泛網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡(luò)。

（四）改善頻譜效率和能源效率需要推進(jìn)5G研發(fā)

在“十七大”的報告中，首次提出了生態(tài)文明建設(shè)的倡導(dǎo)，進(jìn)一步明確了把“生態(tài)文明”作為全面建設(shè)小康社會目標(biāo)的新要求。對于移動通信業(yè)來說，要滿足生態(tài)文明建設(shè)的要求、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，首先必須解決頻譜資源短缺的問題。據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，2020年我國將存在約1000MHz的頻率缺口，未來的頻譜缺口較大，可能會成為我國移動通信業(yè)未來發(fā)展的掣肘。其次要解決高能耗問題。在全國范圍內(nèi)大規(guī)模部署基站的今天，尤其是目前正在推進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，由于LTE能耗占比大、增速快，已成為業(yè)內(nèi)在能耗問題上重點(diǎn)關(guān)注和研究的問題。以中國移動為例，其2012年能耗達(dá)到149億度，其中基站能耗占比達(dá)到了64％，可見移動通信的能耗問題比較突出。

推進(jìn)5G的研發(fā)，不僅僅是要提升移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)性能，更重要的是通過技術(shù)的創(chuàng)新，顯著改善頻譜效率和能源效率，從而最大限度降低運(yùn)維成本，最終實(shí)現(xiàn)移動通信業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

我國5G研發(fā)國際領(lǐng)先 機(jī)遇挑戰(zhàn)并存

對國家層面的扶持、運(yùn)營商及設(shè)備廠商的重視，奠定了我國5G研發(fā)在國際上的領(lǐng)先地位。

公眾移動通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代不僅能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其對全社會信息化的推動作用同樣顯著，因此包括國際組織、各國政府、產(chǎn)業(yè)界各方等都在加大5G推進(jìn)的工作力度。ITU已經(jīng)于2012年開始了5G標(biāo)準(zhǔn)制定的前期研究工作，主要集中在需求和頻譜兩個方面。在需求研究方面，ITU開展了一項(xiàng)專門研究需求的項(xiàng)目，研究內(nèi)容包括未來用戶的需求、業(yè)務(wù)的需求、產(chǎn)業(yè)的需求以及5G網(wǎng)絡(luò)需滿足的總體要求。截至目前，該項(xiàng)目進(jìn)展順利，已經(jīng)取得了一些成果。在頻譜研究方面，一是明年要召開WRC-15，ITU正在積極推進(jìn)相關(guān)準(zhǔn)備工作，同時很多國家和地區(qū)也向ITU提出了自己的建議；二是跟進(jìn)相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，先進(jìn)的技術(shù)是解決頻譜和需求的基礎(chǔ)支撐，截至目前，ITU針對潛在先進(jìn)技術(shù)的研究工作已經(jīng)開展了兩年，預(yù)計將在今年10月結(jié)束。

（一）我國推進(jìn)5G研發(fā)主要進(jìn)展

在5G研發(fā)推進(jìn)進(jìn)程中，我國與國際水平處于同一起跑線，這首先得益于我國政府的高度重視。一是成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組。2013年2月，在工信部、國家發(fā)改委、科技部等相關(guān)政府部門的大力支持下，我國的5G研發(fā)平臺——IMT-2020（5G）推進(jìn)組（以下簡稱“推進(jìn)組”）正式成立，下設(shè)需求組、頻率組、技術(shù)組與標(biāo)準(zhǔn)組四個子組。自成立以來一年多的時間里，推進(jìn)組對于5G網(wǎng)絡(luò)在頻譜、需求、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)等方面投入了大量的精力，也取得了一些研究成果。今年5月，在第二次“IMT-2020（5G）峰會”上，推進(jìn)組發(fā)布了第一份5G白皮書——《5G愿景與需求白皮書》中英文版，明確了5G網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。這些指標(biāo)已經(jīng)基本納入到ITU制定的5G愿景需求報告中，成為全球?qū)τ?G的共識。二是為5G研究提供專項(xiàng)資金支持。國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）早在2011年就對下一代移動通信系統(tǒng)，尤其是基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域的研究進(jìn)行了布局。而國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）也在2013年啟動了對5G研究的專項(xiàng)資金資助。

除了國家層面的扶持，中國移動以及華為、中興、大唐等國內(nèi)運(yùn)營商及設(shè)備廠商同樣非常重視對5G關(guān)鍵技術(shù)的前瞻性研究，并投入了大量的人力、物力和財力。經(jīng)過前期的研發(fā)，我國企業(yè)已經(jīng)在重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域如新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、大帶寬小蜂窩、大規(guī)模天線系統(tǒng)、全雙工、非正交接入等新空口技術(shù)研究中取得了階段性突破，奠定了我國5G研發(fā)在國際上的領(lǐng)先地位。

（二）我國發(fā)展5G面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn)

一是5G候選頻段的提出至關(guān)重要。首先，適合于移動通信的頻譜資源已經(jīng)非常稀缺；其次，5G候選頻段的提出還需要兼顧國際頻率協(xié)調(diào)以及5G產(chǎn)業(yè)化后的規(guī)模效應(yīng)。二是5G時代必須在關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破。盡管我國在3G、4G時代取得了一定的成績，但是從產(chǎn)業(yè)角度來看，我國的移動芯片領(lǐng)域，尤其是基帶芯片仍然受制于人，制約了產(chǎn)業(yè)向高附加值方向的發(fā)展。三是需要在“自主研發(fā)”和“開放合作”中找到平衡。從3G、4G的發(fā)展來看，光有主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)還不夠，如果不能將自主研發(fā)的核心技術(shù)融入到國際主流標(biāo)準(zhǔn)中，那么后續(xù)產(chǎn)業(yè)的“走出去”進(jìn)程將遭受強(qiáng)大阻力。四是如何充分利用原有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，發(fā)揮協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)在5G時代技術(shù)——標(biāo)準(zhǔn)——產(chǎn)業(yè)的整體性突破。

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