5G與下一代移動通信對政策與競爭的啟示

世界各國的產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及政府部門都在發(fā)展下一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上投入了大量的精力。5G代表了獨一無二的機(jī)會，囊括了諸多先進(jìn)技術(shù)，并對無線網(wǎng)絡(luò)的承載能力和適應(yīng)性進(jìn)行了大幅擴(kuò)展。5G網(wǎng)絡(luò)不是專供移動寬帶之用，它應(yīng)是一套高速連接多種不同設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

美國信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會（ITIF）的本篇報告將討論5G網(wǎng)絡(luò)以及其在潛在部署與競爭引入方面會為通信市場帶來什么。除此之外報告給出了一些政策制定的建議。

(一) 無線網(wǎng)絡(luò)的歷史發(fā)展

在討論無線網(wǎng)絡(luò)將向何方發(fā)展之前，我們需要理清其發(fā)展歷史以及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顟B(tài)，從而構(gòu)建一個共同的討論基礎(chǔ)。

1.關(guān)于分代

對移動通信演變的討論就是將各種技術(shù)劃歸到不同的“代”中。第一代移動通信技術(shù)如今看來十分落后，主要關(guān)注單純的基礎(chǔ)語音服務(wù)，由模擬信號傳輸數(shù)據(jù)。第二代移動通信技術(shù)仍然只關(guān)注語音服務(wù)，但標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號取代了模擬信號。第三代移動通信技術(shù)超越了單純的語音通信，引入了數(shù)據(jù)服務(wù)、多媒體、短信息以及有限的互聯(lián)網(wǎng)訪問。直到進(jìn)入第四代（4G）之后，移動通信才有了以完整互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范。當(dāng)前的4G協(xié)議LTE是為移動寬帶連接而設(shè)計，是當(dāng)今主流通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

到目前為止第五代通信技術(shù)（5G）尚未被定義，但可以肯定，對5G的定義絕非一份簡單的標(biāo)準(zhǔn)就可以完成的。

2.當(dāng)前的挑戰(zhàn)

設(shè)計4G網(wǎng)絡(luò)主要為解決移動寬帶連接，5G則允許工程師們尋找移動互聯(lián)網(wǎng)外更多新的用途。

5G的發(fā)展是由當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)驅(qū)動的。這些挑戰(zhàn)可以大致劃分為主要滿足人類的新需求還是機(jī)器用戶的新需求。5G的應(yīng)用場景可以劃分為三類：增強(qiáng)移動寬帶；物聯(lián)網(wǎng)（IoT）；關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施或公共安全。

1）人類用戶——增強(qiáng)移動寬帶

對于人類用戶，更大的網(wǎng)絡(luò)容量與更少的延遲是提升用戶體驗的關(guān)鍵。移動數(shù)據(jù)流量的需求將持續(xù)上升，思科的視覺網(wǎng)絡(luò)指數(shù)預(yù)測，全球的移動數(shù)據(jù)流量在2015到2020年間將增長8倍。

移動運(yùn)營商為增大數(shù)據(jù)流量、提升網(wǎng)絡(luò)速度能采取的措施十分有限。首先是考慮信號頻段，信號頻段是限制無線網(wǎng)絡(luò)容量的重要因素，但頻段分配是一個漫長且困難的過程，需要國會立法、FCC授權(quán)，而且使用新的頻段需要對設(shè)備進(jìn)行升級，費用十分昂貴。另一個可以提升無線網(wǎng)絡(luò)整體容量的方法是提升頻段效率，但其存在邊界限制，而且我們的工程師目前已經(jīng)很接近這一邊界。此外，頻段的重新利用也曾被運(yùn)營商用來提升網(wǎng)絡(luò)容量，但這一方法同樣面臨巨額資金、設(shè)備投入，同樣受到限制。

2）機(jī)器用戶——大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)

機(jī)械設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)連接種類遠(yuǎn)比人類用戶使用的連接種類多，這類連接通常只傳輸很少量的數(shù)據(jù)，但需要持續(xù)傳輸。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，需要接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量急劇升高，這樣的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)需要進(jìn)行大量的實時通信，另外能源效率也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)之一，安裝遠(yuǎn)離電源線路、可長時間使用的傳感器需要盡可能長的電池壽命。各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求不一，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠應(yīng)對不同設(shè)備，有更高適應(yīng)性。

3）關(guān)鍵通信與公眾安全

構(gòu)想中5G網(wǎng)絡(luò)的另一重要用途是關(guān)鍵通信，這些通信任務(wù)對網(wǎng)絡(luò)可靠度依賴度很高，可能用來提升公眾安全服務(wù)。公眾安全領(lǐng)域?qū)�會是下一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要應(yīng)用。我們已經(jīng)遠(yuǎn)離公用電話的時代，移動通信設(shè)備逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣�眾安全的保證途徑之一。因此5G網(wǎng)絡(luò)必須具有足夠的可靠性和穩(wěn)健性。

圖 1 5G發(fā)展三大領(lǐng)域

5G還將是支持自動駕駛汽車的重要工具，預(yù)測顯示，2025年無人駕駛汽車將為5G網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)300萬客戶。

3.5G目標(biāo)——確立基準(zhǔn)

為了滿足以上人們所設(shè)定的5G網(wǎng)絡(luò)用途，網(wǎng)絡(luò)需要達(dá)到若干個基準(zhǔn)。在網(wǎng)絡(luò)容量方面，聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的基準(zhǔn)是，峰值下載速度達(dá)到20Gbps，每個用戶都能保證有100Mbps的下載速度。網(wǎng)絡(luò)延遲是指信息在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳輸?shù)臅r間，這也是5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的重點。舉例來說，云應(yīng)用要求網(wǎng)絡(luò)延遲在100毫秒以內(nèi)，語音呼叫要求網(wǎng)絡(luò)延遲在150毫秒會比較流暢。如今人機(jī)實時交互的應(yīng)用越來越多，這些都對5G的低延遲性提出要求。物聯(lián)網(wǎng)也提出了特殊的要求，為保證設(shè)備的使用時間，設(shè)備的電耗應(yīng)盡量低，其中自然包括通信過程中的耗電。同時，隨著大量的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，用戶會要求費用僅可能節(jié)省，對運(yùn)營商資費設(shè)定有下行壓力。

(二) 5G關(guān)鍵技術(shù)

從經(jīng)驗看，每一次互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)換代都是一個設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的過程。當(dāng)一個新的標(biāo)準(zhǔn)被確立之后，運(yùn)營商需要更換新的設(shè)備，用戶則需要更換新的終端手機(jī)，就像4G LTE出現(xiàn)時的情況，這樣可以徹底與上一代通信技術(shù)劃清界限。

我們向5G發(fā)展的兩大趨勢分別為：網(wǎng)絡(luò)基站的高密度化，以及以軟件為中心的網(wǎng)絡(luò)帶來的更高的靈活性，這主要涉及以下三方面的話題。

1.高頻頻段

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編 輯：甄清嵐