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)賴以正常運行的基石。當前，加快5G技術(shù)研發(fā)和標準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)推進組以來，一直在大力推進5G的研發(fā)進程。如何在5G技術(shù)研發(fā)和標準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，是值得我們在推進5G研發(fā)中思考的問題。

推進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中提供一個多場景、無縫式傳輸通道，必須推進5G研發(fā)。

(一)移動數(shù)據(jù)流量猛增是推進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演進到如今的4G。移動通信的應用場景從滿足簡單的語音通話，到如今已經(jīng)可以實現(xiàn)移動多媒體交互式的高速體驗。這種技術(shù)的演變也影響了移動通信業(yè)務結(jié)構(gòu)的巨大變化——目前移動通信的主要業(yè)務已經(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)達城市及熱點地區(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600倍，北京熱點區(qū)域的增長率可達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，我國信息消費整體規(guī)模達到1.34萬億元，網(wǎng)絡購物規(guī)模達到1.1萬億元，用戶規(guī)模達到3.32億。由此可見，加大信息消費推進力度，是推動我國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提升國民經(jīng)濟發(fā)展水平的重要舉措。

寬帶是推進信息化建設、促進信息消費不可或缺的重要手段，2013年8月14日國務院發(fā)布的《國務院關(guān)于促進信息消費擴大內(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)絡基礎(chǔ)設施，實施“寬帶中國”戰(zhàn)略，加快信息基礎(chǔ)設施演進升級，進一步肯定了寬帶在加快信息化推進、拉動信息消費中的作用。而作為寬帶網(wǎng)絡中的重要成員之一，無線寬帶在加快信息化推進、拉動信息消費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)絡基礎(chǔ)設施建設，并能進一步衍生出高達幾萬億元的信息產(chǎn)品銷售，成為信息消費的重要推手。隨著信息消費形態(tài)的不斷增多和用戶體驗需求的不斷攀升，今后對于移動通信網(wǎng)絡的性能要求勢必會持續(xù)增強。正因為此，為了在未來信息消費中提供一個更快速、更穩(wěn)定和更安全的多場景、無縫式傳輸通道，必須推進5G研發(fā)。

(三)5G將加速現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的完美融合

隨著ICT技術(shù)的不斷進步，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)，就是為了實現(xiàn)萬物互聯(lián)這一目標。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、傳輸層和應用層，感知層獲取的信息能不能快速、準確、可靠地傳輸?shù)綉脤?，完全依賴于傳輸層的性能。可以說，傳輸層在感知層與應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)方式來實現(xiàn)，但是由于用戶的應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)實和數(shù)字世界完美融合的網(wǎng)絡里，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)絡的融合已成為無線通信研究的熱點和難點，而異構(gòu)網(wǎng)絡的融合正是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。

(四)改善頻譜效率和能源效率需要推進5G研發(fā)

在“十七大”的報告中，首次提出了生態(tài)文明建設的倡導，進一步明確了把“生態(tài)文明”作為全面建設小康社會目標的新要求。對于移動通信業(yè)來說，要滿足生態(tài)文明建設的要求、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標，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LTE網(wǎng)絡建設，由于LTE能耗占比大、增速快，已成為業(yè)內(nèi)在能耗問題上重點關(guān)注和研究的問題。以中國移動為例，其2012年能耗達到149億度，其中基站能耗占比達到了64%，可見移動通信的能耗問題比較突出。

推進5G的研發(fā)，不僅僅是要提升移動通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡容量和網(wǎng)絡性能，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維成本，最終實現(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 機遇挑戰(zhàn)并存

對國家層面的扶持、運營商及設備廠商的重視，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推進的工作力度。ITU已經(jīng)于2012年開始了5G標準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開展了一項專門研究需求的項目，研究內(nèi)容包括未來用戶的需求、業(yè)務的需求、產(chǎn)業(yè)的需求以及5G網(wǎng)絡需滿足的總體要求。截至目前，該項目進展順利，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正在積極推進相關(guān)準備工作，同時很多國家和地區(qū)也向ITU提出了自己的建議;二是跟進相關(guān)的先進技術(shù)，先進的技術(shù)是解決頻譜和需求的基礎(chǔ)支撐，截至目前，ITU針對潛在先進技術(shù)的研究工作已經(jīng)開展了兩年，預計將在今年10月結(jié)束。

(一)我國推進5G研發(fā)主要進展

在5G研發(fā)推進進程中，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)推進組(以下簡稱“推進組”)正式成立，下設需求組、頻率組、技術(shù)組與標準組四個子組。自成立以來一年多的時間里，推進組對于5G網(wǎng)絡在頻譜、需求、技術(shù)和標準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)絡的性能指標。這些指標已經(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研究提供專項資金支持。國家重點基礎(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)運營商及設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)在重點技術(shù)領(lǐng)域如新型網(wǎng)絡架構(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。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，光有主導的標準還不夠，如果不能將自主研發(fā)的核心技術(shù)融入到國際主流標準中，那么后續(xù)產(chǎn)業(yè)的“走出去”進程將遭受強大阻力。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，實現(xiàn)在5G時代技術(shù)——標準——產(chǎn)業(yè)的整體性突破。

加大5G推進工作力度 積極應對挑戰(zhàn)

在推進5G研發(fā)的同時，必須重視產(chǎn)業(yè)的提前布局，尤其是對于我國移動通信產(chǎn)業(yè)鏈中薄弱的環(huán)節(jié)。

(一)加大5G候選頻段研究力度

移動通信的發(fā)展離不開無線電頻譜資源的支撐，其頻譜需求成為各國重點關(guān)注的問題之一。4G時代，頻譜資源的稀缺問題已經(jīng)凸顯，5G時代的頻譜資源供給將面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，部分發(fā)達國家在其移動通信發(fā)展的過程中，均從國家層面對未來移動通信發(fā)展的短、中、長期的頻譜需求進行了評估和預測，為本國頻譜策略的制定提供數(shù)據(jù)支撐。不僅如此，在國際電信標準領(lǐng)域有著舉足輕重地位的ITU也將2015年世界無線電通信大會(WRC-15)的首要議題(1.1議題)定為“審議為作為主要業(yè)務的移動業(yè)務做出附加頻譜劃分，并確定國際移動通信(IMT)的附加頻段及相關(guān)規(guī)則條款，以促進地面移動寬帶應用的發(fā)展”。

WRC-15相關(guān)議題的國內(nèi)研究小組已經(jīng)對我國2020年的移動通信頻譜需求進行了預測，其值為1490~1810MHz。目前，IMT潛在候選頻段主要包括3300~3400MHz、3400~3600MHz、4400~4500MHz和4800~4990MHz等。因此，短期內(nèi)IMT將重點考慮6GHz以下潛在候選頻段，而在面向WRC-19時將考慮6GHz以上高頻段。

在低于6GHz的5G候選頻段中，對于已經(jīng)分配給運營商使用的IMT頻段，應該統(tǒng)籌規(guī)劃，可以通過頻譜重整(Refarming)，為5G的發(fā)展釋放出更多的頻譜資源;對于已經(jīng)劃分給IMT但國內(nèi)尚未規(guī)劃使用的頻段，例如700MHz、3.5GHz等，應該結(jié)合我國實際情況，考慮將相關(guān)頻段納入到IMT頻率的整體規(guī)劃中來;對于WRC-15可能劃分給IMT的頻段，需要盡量爭取，為5G的發(fā)展謀求更多的頻率資源。在高于6GHz 的5G候選頻段中，特別是毫米波，必須先通過理論分析和實際測量，對其在移動通信中使用的可行性進行驗證，同時還應考慮高頻段使用后與當前系統(tǒng)的兼容性以及我國現(xiàn)行的頻率管理政策，審慎給出建議。

(二)集中力量突破5G潛在關(guān)鍵技術(shù)

盡管目前對于5G標準還沒有統(tǒng)一的定義，但是一些潛在的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為國際上大多數(shù)權(quán)威組織的共識，也是移動通信研究的熱點。一是超密集異構(gòu)網(wǎng)絡部署。在移動數(shù)據(jù)流量保持快速增長的趨勢下，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡部署將成為現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡面對移動數(shù)據(jù)業(yè)務挑戰(zhàn)的一種有效解決方案。通過超密集異構(gòu)部署，可以直觀有效地提升網(wǎng)絡容量，因此也成了國際上研究的重點對象。當前該領(lǐng)域已經(jīng)取得一定的研究成果，但是未來5G 網(wǎng)絡中還有一些未突破的研究內(nèi)容，首先是密集多小區(qū)場景中基于干擾協(xié)調(diào)的干擾消除方法;其次是密集多小區(qū)場景中能量與頻譜高效協(xié)作的波束成形方法。

二是D2D(device to device)通信。目前，隨著移動社交、近距離數(shù)據(jù)分享等應用的高度普及，近距離數(shù)據(jù)通信的使用頻率和業(yè)務量逐漸增大。但是，傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)在近距離通信業(yè)務中缺乏足夠的靈活性，在面對不同業(yè)務時，很難達到實時性和可靠性方面的高要求。而D2D 通信有助于無線數(shù)據(jù)流量的大幅提升、改善功率效率以及增強實時性和可靠性，能夠?qū)ΜF(xiàn)有蜂窩通信系統(tǒng)起到非常好的支持和補充作用。未來5G網(wǎng)絡中D2D通信仍有一些亟待解決的問題，例如無線頻譜資源管理、干擾抑制等。

三是大規(guī)模MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output)。MIMO 可以在不增加帶寬或總發(fā)送功率耗損的情況下大幅增加系統(tǒng)的吞吐量及傳送距離，該技術(shù)在近幾年受到關(guān)注?，F(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡的 8 端口多用戶MIMO 不能滿足頻譜效率和能量效率的數(shù)量級提升需求，而大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)可以顯著提高頻譜效率和能量效率。

除此之外，還有毫米波通信、新型多址接入技術(shù)、多技術(shù)載波融合等關(guān)鍵技術(shù)。集中力量突破5G潛在關(guān)鍵技術(shù)，力求掌握更多的知識產(chǎn)權(quán)，進而推動我國5G通信設備和終端形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在國際產(chǎn)業(yè)分工體系中占據(jù)有利地位。

(三)堅持標準制定與產(chǎn)業(yè)“走出去”相結(jié)合

隨著全球一體化進程的加速，世界各國的經(jīng)濟、文化、科技等領(lǐng)域的交流日益密切。作為信息化領(lǐng)域排頭兵的移動通信技術(shù)，更是呈現(xiàn)出各國間高度滲透和交互的態(tài)勢。眾所周知，我國移動通信與歐美發(fā)達國家相比起步晚、底子薄。從1G到4G時代，我國移動通信經(jīng)歷了旁觀、跟隨、追趕、并駕齊驅(qū)四個階段。一方面，在短短的20多年里，我國移動通信領(lǐng)域的技術(shù)、標準、硬件制造都取得了革命性的成果;另一方面，從產(chǎn)業(yè)角度來看，我國主導的TDD制式標準雖然在國內(nèi)得到了快速發(fā)展，但是相比FDD制式標準，TDD產(chǎn)業(yè)的國際化進程不容樂觀。從3G、4G技術(shù)標準制定和產(chǎn)業(yè)推廣實踐來看，只有主導的標準成為國際主流才能真正使我國移動通信產(chǎn)業(yè)“走出去”，進而在國際市場實現(xiàn)主導技術(shù)標準的更大價值。因此，在5G研發(fā)進程中重視自主創(chuàng)新的同時，同樣也要積極開展國際合作，最終促成5G技術(shù)標準的統(tǒng)一。

在這個過程中，一是要理順自主創(chuàng)新和國際合作的關(guān)系。國際合作是技術(shù)進步與經(jīng)濟發(fā)展的外因，自主創(chuàng)新是技術(shù)進步與經(jīng)濟發(fā)展的內(nèi)因，內(nèi)因是發(fā)展的決定因素，要堅定支持自主研發(fā)不動搖。二是要積極做好專利儲備工作。擁有強大的專利儲備，不僅能夠幫助我國移動通信產(chǎn)業(yè)鏈各方在國際市場的競爭中占據(jù)主動位置，更能夠防御來自外國企業(yè)的“攻擊”。尤其是目前世界各地區(qū)對形成統(tǒng)一的5G標準有著強烈的共識，如果未來5G標準統(tǒng)一，那么哪個國家擁有更多的高質(zhì)量專利，就意味著擁有更多絕對的產(chǎn)業(yè)話語權(quán)。三是要加大5G研發(fā)的開放性。利用IMT-2020(5G)推進組，與國際相關(guān)標準化機構(gòu)(3GPP、IEEE等)，5G Forum、5G PPP、20B AH等國外5G研究組織開展多種形式的技術(shù)交流活動，共同參與并推動5G技術(shù)標準的研究和制定。

(四)促進產(chǎn)業(yè)鏈各方協(xié)同發(fā)展形成合力

搶占5G研發(fā)的制高點，其最終目的是讓我國未來的5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展能夠取得先機。技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，但是要使技術(shù)應用產(chǎn)生規(guī)模化效應，必然需要相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈各方的參與和支持。在推進我國5G研發(fā)的進程中，一是要依托IMT-2020(5G)推進組為平臺整合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)力量。推進組包括了我國主要的電信運營商、設備終端制造商、高校以及科研院所等機構(gòu)，匯聚了我國移動通信業(yè)產(chǎn)學研用的主體力量。在此基礎(chǔ)上，進一步推動和建立產(chǎn)學研用一體化的5G研發(fā)及應用產(chǎn)業(yè)體系，加強平臺中各參與者之間的互動，從而能夠有效加快5G的研發(fā)進度。二是盡早開展5G產(chǎn)業(yè)化布局。從我國3G和4G的技術(shù)研發(fā)、標準爭奪到最后的產(chǎn)業(yè)化進程來看，在標準爭奪后更加需要關(guān)注的是產(chǎn)業(yè)之爭。移動通信產(chǎn)業(yè)鏈涉及相關(guān)行業(yè)眾多，結(jié)構(gòu)比較復雜，包含運營、系統(tǒng)設備制造、測試設備制造、終端制造、網(wǎng)絡優(yōu)化、網(wǎng)絡管理等多個硬件、軟件及服務提供諸多參與主體，產(chǎn)業(yè)鏈各方的協(xié)同對于整個產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展有著不可替代的重要作用。

因此，在推進5G研發(fā)的同時，必須重視產(chǎn)業(yè)的提前布局，尤其是對于我國移動通信產(chǎn)業(yè)鏈中薄弱的環(huán)節(jié)，例如基帶芯片領(lǐng)域，一定要強化政府引導、加大研發(fā)力度，爭取在5G時代實現(xiàn)我國移動通信產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈均衡健康發(fā)展的基礎(chǔ)上，進一步提升我國移動通信產(chǎn)業(yè)國際市場的核心競爭力。