基于中国移动发布的5G试验技术要求,外场试验演示和相应的测试结果

本文从5G未来发展和应用的愿景出发，全面揭示5G系统所需要具备的技术能力，并结合一组关键的能力；

本文还阐述了5G为了实现这些能力所需要的关键技术，包括3D-MIMO、以用户为中心的网络、软件定义空口、网络自动化和基于SDN/NFV的网络切片；

面向5G的商业部署部分，本文介绍了全球各国政府和运营商的5G商用计划；

为了实现2020年的5G商用部署，以中国移动的5G产业推进计划为例，本文详细介绍了

基于中国移动发布的5G试验技术要求，以及相应的5G外场试验演示和相应的测试结果。

引言

4G打开了移动宽带通信的大门，给人们的日常工作和生活带来了很大的方便，使社会运行管理更加高效。4G LTE系统的快速发展刺激了互联网应用的繁荣，即时消息、网上购物、导航、网上支付、视频等应用层出不穷。智能手机不仅是一种交流工具，同时也是个人的社交平台。手握智能手机，可以自由选择网购或者使用手机支付进行线下购物，使我们的日常生活变得比以往更加方便，改变了我们的消费行为和日常行为。4G的快速渗透培育了新的移动业务和应用，移动通信网络功能面临着新的挑战。通过消费类电子产品的突破，增强现实技术（AR），虚拟现实技术（VR），高清晰度视频技术（4K/8K），裸眼3D等技术都将推出实际应用。这些梦幻般的应用对移动通信网络的容量和效率提出了更高的要求，而工业互联网和自动驾驶则要求更低的时延和更高的可靠性。

另一方面，随着人与人之间通信市场在未来几年内将达到饱和状态，生态系统需要通过向垂直行业扩展服务来培育新的市场。更高效的通信工具和能力将使万物互联的状态成为可能。与传统的人与人通信相比，机器类型通信（MTC）要求极低的成本、极低的功耗、极大的连接密度和极深的覆盖范围，尤其是远程医疗，工业控制和智能电网要求超高可靠性和超低时延（URLLC）。

4G在企业级应用中的拓展为我们提供了很好的经验和教训。首先，服务和内容应尽可能靠近用户部署，这样可以减少业务获取的延迟，提高用户体验。其次，新服务和应用的部署应该是快速和低成本的。此外，网络应支持灵活可重构的部署，满足差异化的应用场景和需求。

面对以上的应用需求，4G难以满足，这就需要把期望寄托在新一代移动通信系统。5G的目标是在2020年实现商用，所以在ITU-R WP 5D中也被称为IMT-2020。根据2013年以来的研究进展，移动行业已经就5G愿景和典型应用场景达成了共识，其中包括增强型移动宽带eMBB、低成本低功耗的大规模连接（mMTC）、超高可靠性和超低延迟通信（URLLC）。针对上述应用场景，ITU-R详细定义了相应的性能需求，例如，10 Gbps的峰值数据速率、1 ms空口传输时延、比4G提高3-5倍的频谱效率、每平方公里千兆的连接密度、每平方公里10 Tbps的业务密度、以及100倍的功效提升等。为了保持整个生态系统的可持续发展，我们期望5G具有极低成本特性，每比特性价比能提高1000倍。

根据5G网络的性能需求，3GPP自2015年起开始在无线接入网络工作组开展5G新无线空口（NR）的可行性研究，计划在2018年6月前发布第一个5G NR版本，2019年底发布第二个5G版本；而3GPP服务架构工作组早在5G NR之前就开始了5G网络架构的标准化工作。

随着3GPP 5G标准化工作的推进，5G诸多领先国家也公布了他们的5G商业计划。韩国在平昌2018年冬季奥运会上提供基于“非3GPP”规范（OTSA规范）的5G服务演示，日本计划在东京2020年夏季奥运会期间举办5G商业发布会，中国计划2020年开展5G商用。Verizon也宣称将在2017年开始部署5G。5G工作正在朝着2020年之前商用的目标稳步前进。

1、愿景和需求

移动通信深刻地改变了人们的日常生活，人们对更高性能移动通信的渴望是无止境的。展望未来，一些趋势正在耗尽现有4G无线网络的能力，包括：

爆炸性增长的数据流量；

大幅度增加的互连设备数量；

不断出现的新服务和应用场景。

为满足超出上一代系统能力的前所未有的需求，5G移动通信系统应运而生。5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。

5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

图1 5G总体愿景

5G典型场景涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各种区域，特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等场景。这些场景具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性等特征，可能对5G系统形成挑战。

在这些场景中，考虑增强现实、虚拟现实、超高清视频、云存储、车联网、智能家居、OTT消息等5G典型业务，根据部署和业务提供的特点，5G技术场景可以分为eMBB，mMTC和URLLC三类。根据用户的预测分布情况，不同业务的比例以及数据速率和时延等业务需求，可以得出5G的关键性能要求。5G需要具备比4G更高的性能，支持：

0.1-1 Gbps的用户体验速率；

每平方公里一百万的连接数密度；

毫秒级的端到端时延；

每平方公里数十Tbps的流量密度；

每小时500 km以上的移动性；

数十Gbps的峰值速率。

其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5-15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花。红花绿叶，相辅相成，花瓣代表了5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，其中花瓣顶点代表了相应指标的最大值；绿叶代表了三个效率指标，是实现5G可持续发展的基本保障。

图2 5G关键能力

除了上述关键性能指标，5G还有望为整个移动通信行业带来可持续发展，因此5G系统的成本效率要比4G系统高出100倍。为了解决成本效益问题，应尽量降低网络的复杂性，实现网络自动化，简化网络的规划、部署、优化和维护。

图63D-MIMO平均频谱效率

图73D-MIMO边缘频谱效率

图12eMBB TDD帧结构

图13低时延TDD帧结构

图14试验基站分布图

图15试验基站位置图

表3基站基本参数

图165G外场测试结果