1.2 移动通信标准化组织

面对新一轮移动通信技术更迭的重大机遇，全球业界已将研发重点投向面向2020年及未来商用的第五代移动通信系统。5G的标准化主要由国际组织ITU与3GPP主导，ITU负责研究提出5G的需求与愿景，3GPP负责5G标准的制定。电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）、移动和无线通信推动未来2020信息社会（Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society，METIS）/5G公私伙伴关系（Public Private Partnership，PPP）、下一代移动网络（NextGeneration Mobile Network，NGMN）、国际移动通信-2020推进组（International Mobile Telecommunication-2020，IMT-2020）、中国通信标准化协会（China Communications Standards Association，CCSA）等标准化组织先后启动了面向5G的概念及技术研究工作，旨在加速推动5G标准化进程。主要国家及相关企业纷纷提前加大5G研发投入，积极引导技术发展，争夺5G发展主导权，争取在新一轮的国际竞争中占据优势地位。全球5G主要研发机构及组织示意如图1-3所示。

1.2.1 ITU

作为通信领域权威的国际标准化组织，ITU通过开展5G需求愿景、技术趋势和频谱方案的研究，主导了全球5G研究和标准化制定等工作。

2012年7月，ITU开始筹备启动IMT愿景研究工作，旨在研究面向2020年及未来的IMT市场、用户、业务应用的趋势，并提出未来IMT系统的总体框架和关键能力。

ITU完成并发布了《IMT愿景》《IMT未来技术趋势》《面向2020年及以后的IMT流量》《IMT系统部署于6GHz以上频段的可行性研究》等多个建议书。

《IMT愿景》建议书指出，IMT-2020系统将支持增强的移动宽带、海量的机器间通信及超高可靠和超低时延通信三大类主要应用场景，同时将支持10Gbit/s～20Gbit/s的峰值速率，100Mbit/s～1Gbit/s的用户体验速率，每平方千米100万的连接数密度，1毫秒的空口时延，相对4G提升了3倍～5倍的频谱效率，相对4G百倍提升的能效，500km/h的移动性支持，每平方米10Mbit/s的流量密度等关键能力。

《IMT未来技术趋势》建议书总结分析了未来IMT系统的技术发展趋势。该建议书指出，IMT-2020系统将优化空口接入技术、覆盖更多业务、增强用户体验、提升网络能效，并支持新型终端技术和网络优化技术，全面提升系统性能。

《面向2020年及以后的IMT流量》建议书指出，未来IMT流量增长的主要驱动力为视频流量增长、用户设备增长和新型应用普及。2020—2030年，全球IMT流量将增长几十到100倍，并体现两大发展趋势：一是大城市及热点区域的流量快速增长；二是上下行业务的不对称性将进一步深化，尤其体现在不同区域和每日各时间段。

《IMT系统部署于6GHz以上频段的可行性研究》建议书指出，在重点研究的IMT部署场景中，6GHz～100GHz频谱资源可用于IMT-2020系统的部署，代表频段为10GHz、28GHz、60GHz、73GHz等。

在5G关键能力方面，ITU定义了八大关键技术指标。

（1）峰值速率：单用户可获得的最高数据速率。

（2）用户体验速率：处于覆盖范围内的单个用户可获得的最小数据速率（当该用户有相应的业务需求时）。

（3）时延：数据包从网络相应节点传送至用户的时间间隔。

（4）移动性：在不同用户移动速度下获得指定服务质量以及在不同无线接入点间无缝迁移的能力。

（5）连接数密度：单位面积内的连接设备总量。

（6）能效：与网络能量消耗对应的信息传输总量，以及设备的电池寿命。

（7）频谱效率：单位频谱资源提供的数据吞吐量。

（8）流量密度：单位面积区域内的总流量。

1.2.2 3GPP

3GPP是权威的3G技术规范机构，3GPP标准组织主要包括项目合作组（PCG）和技术规范组（TSG）。其中PCG主要负责3GPP总体管理、时间计划、工作的分配等，具体的技术工作则由各TSG完成。目前，3GPP包括4个TSG，分别负责EDGE无线接入网（GERAN）、无线接入网（RAN）、系统和业务（SA）、核心网与终端（CT）。

3GPP组织于2016年年初启动5G标准立项研究，5G标准化阶段划分和时间表如图1-4所示。Release 15是真正可商用的5G一阶段标准，分为以下3个阶段。

（1）早期版本（Early drop）：非独立组网（Non-Standalone，NSA）规范（Option 3系列），ASN.1已于2018年3月冻结。

（2）主要版本（Main drop）：独立组网（Standalone，SA）规范（Option 2系列），ASN.1已于2018年9月冻结。

（3）延迟版本（Late drop）：其他迁移体系结构（Option 4、Option 7和双连接），ASN.1比原计划推迟了3个月，于2019年6月完成。

Release 16是5G二阶段标准，比原计划推迟3个月，计划于2020年3月完成功能冻结，2020年6月完成ASN.1制定。

Release 17版本在2019年6月开始立项讨论，12月通过“立项包”，2020年3月开始制定标准。

1.2.3 IEEE

IEEE对于5G的发展主要是从其WLAN技术，即802.11系列，进行增强演进，称为高效WLAN（High Efficiency WLAN，HEW）。主要有英特尔（Intel）、LG、三星（Samsung）、苹果（Apple）、Orange、NTT等公司加入。HEW致力于改善WLAN的效率和可靠性，主要研究物理层和媒体访问控制层（Media Access Control，MAC）技术，主要包括以下技术点。

（1）边缘吞吐量增强技术：混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ），更长的CP。

（2）MAC增强：接入机制增强，动态感知控制，业务优先级，多播传输。

（3）多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术：大规模MIMO和MIMO预编码，上下行多用户多输入多输出（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，MU-MIMO），波束赋形。

（4）复用方案：正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA），空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA），信道耦合等。

（5）基站子系统（Base Sub-System，BSS）操作：干扰管理，天线模式陷零，高效资源利用，控制开销降低。

（6）同时发送和接收：MAC和物理层机制。

1.2.4 METIS/5GPPP

为了研究5G，欧盟于2012年11月启动了METIS科研项目，开展5G应用场景、技术需求、关键技术、系统设计、性能评估等方面的研究和测试样机开发验证。项目研究组由爱立信、华为、法国电信等通信设备商和运营商，宝马集团以及欧洲部分学术机构共29个成员组成。

METIS的研究目标：为建立5G移动和无线通信系统奠定基础，为未来的移动通信和无线技术在需求、特性和指标上达成共识，在概念、雏形、关键技术组成上达成统一意见，通过移动无线通信系统构建互联互通的信息社会。

METIS的愿景：所有人都可以随时随地地获得信息、共享数据、连接到任何物体。这样“信息无界限”的“全连接世界”将会推动社会经济的发展和增长。5G系统应在能耗、成本以及资源使用效率上有显著的改善；5G系统需要具备良好的多功能性，以支持各种各样的性能需求和应用场景——尤其是那些和海量机器通信有关的应用场景；5G系统还需要支持良好的可扩展性，使系统能够满足各种广泛的需求，同时保持在能耗、成本和资源使用上的高效。

METIS构建的5G系统概念支持：1000倍的区域无线数据流量；10倍到100倍的联网设备；10倍到100倍的用户数据速率；为低功耗海量机器间通信提供10倍的电池使用时间。

为了构建5G系统概念，METIS对四大关键技术进行研究：无线链路概念、多节点和多天线传输技术、多接入技术和多层网络及频谱使用技术。

在5G场景方面，METIS提出了虚拟现实办公、超密集城区、移动终端远程计算、传感器大规模部署和智能电网等12个典型的5G应用场景，并分析了每个典型场景下的用户分布、业务特点和相应的系统关键能力需求。在5G业务方面，METIS提出了包含增强型移动互联网业务、大规模机器类通信和低时延高可靠通信。

METIS项目对5G需求进行了系统性的研究，重点强调了新一代系统需要更好地支持物联网类业务，该项目的研究成果作为欧盟在5G关键技术和系统设计的重要参考，输入ITU、3GPP等国际标准组织，体现欧盟的核心观点。

另外，欧盟还启动了规模更大的科研项目5GPPP，并将METIS项目的主要成果作为重要的研究基础，以更好地衔接不同阶段的研究成果。5GPPP包括信息和通信技术（Information and Communication Technology，ICT）的各个领域：无线/光通信、物联网、IT（虚拟化、软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）、云计算、大数据）、软件、安全、终端和智能卡等。

1.2.5 NGMN

NGMN于2006年正式在英国成立有限公司，由七大运营商发起，包括中国移动、DoCoMo、沃达丰、Orange、Sprint、KPN等，希望以市场为导向推行5G。NGMN的研究全面分析了5G的关键业务、应用场景和技术要求，并从运营商的角度提出了5G系统的需求，相关成果输入ITU和3GPP等主要标准组织，作为研讨5G技术方案的重要依据。

作为全球运营商凝聚共识的主要平台之一，NGMN于2015年3月发布了“5G白皮书”。其主要观点包括：5G应支持更广泛的业务和应用，且不限于空口技术的演进或革命，而是整个端到端系统的演变，很可能是多种无线接入技术的融合。在关键能力方面，5G应支持0.1Gbit/s～1Gbit/s的用户体验速率和数十Gbit/s的峰值速率、毫秒级的端到端时延和500km/h以上的移动性。此外，5G为未来商业应用提供良好的端到端生态系统，且继续强化运营商在身份认证、数据安全、隐私保护、网络可靠性等方面的优势，特别是用户身份信息和相关鉴权数据要安全地存储在运营商可管控的物理实体上。

NGMN公布的“5G白皮书”中将5G网络分为三层，即基础设施层、业务使能层、应用/价值层。基础设施层包括各类无线接入节点设备和基于虚拟化的共享硬件设备；业务使能层包括目前的核心网控制面/媒体面设备和一部分接入侧网元功能，这些功能以网络功能虚拟化方式运行于数据中心（Data Center，DC）统一管理的物理设备中，按照需要共享计算、存储、网络资源；业务使能层向应用/价值层开放网络能力，并根据一定的策略和要求（例如地理覆盖区域、服务时间、业务容量、带宽、延迟要求、可靠性、安全性和可用性）为不同的垂直行业定制个性化的服务能力。业务使能层是现有网络架构的自然演进，应用包括SDN、网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）、边缘计算在内的关键技术，将通信网络纵向细分为多个虚拟专网，在横向则是可编程、弹性、灵活、可靠的分层架构。

1.2.6 IMT-2020推进组

IMT-2020推进组于2013年2月由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构（中国信息通信研究院、中国移动、中国电信、中国联通、华为、中兴、大唐、阿尔卡特—朗讯等）。推进组旨在组织中国“产、学、研、用”的力量，推动中国第五代移动通信的需求、频率、技术与标准研究，积极开展国际交流合作，共同推动5G国际标准发展。其愿景为“信息随心至，万物触手及”。IMT-2020推进组提出的多项建议已被ITU采纳，并且正式发布了“5G愿景与需求白皮书”“5G概念白皮书”“5G无线技术架构白皮书”“5G网络技术架构白皮书”“5G网络架构设计白皮书”“5G经济社会影响白皮书”及“5G网络安全需求与架构白皮书”，并负责中国5G技术试验，截至目前，IMT-2020推进组已经完成了NSA的关键技术验证、技术方案验证和系统组网验证3个阶段的所有测试试验工作，并发布了测试结果。同时，基于SA的测试试验工作也已经全面启动。

1.2.7 CCSA

CCSA无线通信技术工作委员会（TC5）在第33次全会期间，举办了“面向2020年及未来的5G愿景”研讨会，开始了5G研究。CCSA TC5主要以WG6为主、以WG8为辅展开5G研究工作，并持续关注3GPP、IEEE的演进路线。

CCSA已于2017年启动了5G标准化工作，先后于2016年、2017年通过了“5G安全技术研究”“5G NR技术研究”“5G网络架构及关键技术研究”“5G系统高频段研究：24.25GHz～30GHz”和“5G系统高频段研究：30GHz～43.5GHz”5项5G课题研究的立项建议，从5G接入网、核心网、安全和频率方面开展相关研究。随后在TC5第四十三次全会上，确定由移动通信无线工作组（WG9）牵头相关各组共同编制，形成5G标准体系规划。5G标准体系目前分为基础能力、边缘计算和车联网三大板块，其中基础能力又分为总体技术要求、安全技术要求和设备级3个部分，由于设备种类较多，所以设备级又细分为核心网、基站、终端、室分、天馈5个部分。