1.1 5G发展态势

5G主要面向2020年以后的人类信息社会需求，移动通信的演进历程如图1-1所示。不同于以往的移动通信系统，5G将渗透到社会的各个领域，实现万物互联，并以用户为中心构建全方位的信息生态系统。国际电信联盟（International Telecommunication Union,ITU）、第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project,3GPP）、中国通信标准化协会等通信标准化组织围绕5G总体设计、网络架构、无线关键技术及器件展开研究，基于ITU定义的5G需求[1]，在全球范围开展基于5G新空口（New Radio,NR）标准的频谱分配与网络部署。

图1-1 移动通信的演进历程

ITU关于5G核心能力的要求[1]如图1-2所示。与4G不同，5G将不再单纯强调峰值速率，而是综合考虑峰值速率、用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、连接数密度、网络能量效率和流量密度[2]这8项技术指标。ITU 定义的5G 三大应用场景[1]如图1-3所示，包括增强型移动宽带（enhanced Mobile BroadBand,eMBB）、低时延高可靠通信（Ultra-Reliable and Low-Latency Communication,URLLC）以及海量机器类通信（massive Machine-Type Communication,mMTC）。eMBB场景的理想峰值速率将达到20 Gbit/s，其保障的最低速率为100 Mbit/s，可以支持500 km/h的移动性及10～100 Mbit/(s · m2)的业务容量提升，主要面向超高清、增强现实（Augmented Reality,AR）/虚拟现实（Virtual Reality,VR）、云游戏等大流量移动宽带业务，旨在通过更高的带宽和更短的时延增强用户的视觉体验；URLLC场景旨在保障最低1 ms的超低时延以及99.999%的高可靠性，主要面向自动驾驶、工业自动化等特殊垂直行业中需要低时延/高可靠连接的业务[3];mMTC场景专注网络及设备的优化，可以实现每平方千米支持100万个接入设备，满足大量移动通信传感器网络对接入数量和能量效率的高要求，主要面向如泛在电力物联网、智慧家居、智慧城市等大规模物联网业务。5G不仅包含传统移动互联网的升级，还将解决多种场景下的物联网应用需求。

5G标准的发展是一个不断演进的过程，当前R15、R16标准已经冻结，R17标准已于2022年6月9日完成版本协议代码冻结，5G标准未来还会针对行业应用的新需求向新版本演进。3GPP于2018年发布了第一个R15标准版本。R15标准主要面向超高清视频、AR/VR等eMBB场景和基础的URLLC场景，已于2019年全部完成。基于此标准的商用网络已经在全球建设，因此云 AR/VR、云游戏等高清流媒体业务将率先落地。R16标准作为5G 演进的第一个版本，也是第一个完整的5G标准版本，能够满足ITU提出的eMBB、URLLC及mMTC三大场景对网络性能的需求。对 URLLC 需求强烈的车联网、自动驾驶和工业互联网等应用场景预计在R16版本具备商用条件后才能迎来较快的发展。R17标准及之后的演进主要围绕垂直行业应用功能拓展进行研究，将进一步满足mMTC场景，并在数据采集、垂直行业应用能力增强等方面加大研究力度，以拓展5G网络应用范围。

图1-2 ITU关于5G核心能力的要求

图1-3 ITU定义的5G三大应用场景

2018年是5G技术R15标准冻结并且逐步进行试点实验的一年，2019年多国宣布5G商用，这标志着5G时代正式开启。5G正在全球范围内快速发展，众多电信运营商均已经宣布或即将宣布5G商用。美国在5G网络部署上率先实现毫米波领域规模商用，2018年运营商威瑞森通信（Verizon）公司完成首个基于3GPP标准毫米波频段5G呼叫。美国电话电报（AT&T）公司推出了世界上第一个毫米波标准型商用5G移动设备，目前该公司拟在全美实现5G覆盖，完成企业用户和个人用户的共同接入。韩国在平昌冬奥会上已提供5G通信服务，并于2019年4月实现5G商用。韩国运营商是全球第一个大规模部署5G的运营商，2020年年底，韩国科学技术信息通信部发布的最新统计数据显示，韩国三大运营商已建成约17万个5G基站，支持5G用户数超过1 000万，覆盖全国85%的城市与95%的人口。2021年，韩国首次实现5G网络流量超越4G。日本在2019年4月正式将5G频谱分配给运营商，截至2020 年年底，基站总数为3～4万个，用户总数约500万。据全球移动供应商协会最新报告显示，截至2021年9月底，全球有139个国家和地区的465家运营商正在投资5G网络服务，包括对5G网络的测试、试验、试点、计划和实际部署。同时，全球5G商用网络数量已达180张，分布在72个国家和地区。全球5G网络建设将持续至2025年，预计2021年—2025年全球运营商将有55%的资本支出（约8 900亿美元）用于5G网络，覆盖全球45%的人口。

中国于2019年正式发放5G牌照，时至今日，5G创造的社会价值不断提升。根据工业和信息化部数据，中国已经建成全球最大规模的5G商用移动网络。截至2021年6月底，我国建成5G基站96.1万个，约占全球的70%，覆盖全国所有地级以上城市，并且5G手机终端连接数达3.92亿。中国电信、中国移动、中国联通三大运营商均已实现5G独立组网规模部署，面对行业市场和需求，能够提供更加优质的网络和服务。中国信息通信研究院预测我国5G网络发展主要分为3个阶段：2020年—2024年为规模建设期；2025 年—2028年为完善期；2029年左右为网络替换期，6G开始被引入，应用方面呈现阶段性推进特征。