中国电信5G技术白皮书

导读

为真正实现 5G 和通信行业的健康发展，中国电信认为 5G 应以业务需求为驱动，以未来 5G 网络架构为目标，针对 5G 发展中的主要挑战，提出中国电信5G 网络演进策略和阶段目标，探索新的 5G 网络建设方案与运营模式，同时积极推动 5G 与垂直行业相结合的业务创新，构筑健壮的 5G 生态圈。

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国家“十三五”规划纲要中全明确提出“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术，启动 5G 商用”的要求。为贯彻国家十三五规划，工信部于2017年 1 月公布的《信息通信行业发展规划（2016-2020 年）》中提出，“十三五”时期支持 5G 标准研究和技术试验，推进 5G 频谱规划，启动 5G 商用服务，突破5G 关键技术和产品，成为 5G 标准和技术的全球引领者之一。

5G 将是引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台，中国电信作为国家信息基础设施的建设者和运营者，需要坚定不移落实网络强国和 5G国家战略。同时，中国电信也要坚持市场导向和技术创新双驱动的原则，以技术创新、业务创新、运营管理创新接应中国电信转型 3.0 战略，脚踏实地推动CTNet2025 网络架构重构的实施，实现企业的创新发展。

为真正实现 5G 和通信行业的健康发展，中国电信认为 5G 应以业务需求为驱动，以未来 5G 网络架构为目标，针对 5G 发展中的主要挑战，提出中国电信5G 网络演进策略和阶段目标，探索新的 5G 网络建设方案与运营模式，同时积极推动 5G 与垂直行业相结合的业务创新，构筑健壮的 5G 生态圈。在 5G 的创新驱动下，中国电信将进一步推动“网络智能化、业务生态化、运营智慧化”的内涵向“泛网络智能、广业务生态、精智慧运营”方向发展。

 

国家“十三五”规划纲要中全明确提出“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术，启动 5G 商用”的要求。为贯彻国家十三五规划，工信部于 2017年 1 月公布的《信息通信行业发展规划（2016-2020 年）》中提出，“十三五”时期支持 5G 标准研究和技术试验，推进 5G 频谱规划，启动 5G 商用服务，突破5G 关键技术和产品，成为 5G 标准和技术的全球引领者之一。

5G 将是引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台，中国电信作为国家信息基础设施的建设者和运营者，需要坚定不移落实网络强国和 5G国家战略。同时，中国电信也要坚持市场导向和技术创新双驱动的原则，以技术创新、业务创新、运营管理创新接应中国电信转型 3.0 战略，脚踏实地推动CTNet2025 网络架构重构的实施，实现企业的创新发展。

为真正实现 5G 和通信行业的健康发展，中国电信认为 5G 应以业务需求为驱动，以未来 5G 网络架构为目标，针对 5G 发展中的主要挑战，提出中国电信5G 网络演进策略和阶段目标，探索新的 5G 网络建设方案与运营模式，同时积极推动 5G 与垂直行业相结合的业务创新，构筑健壮的 5G 生态圈。在 5G 的创新驱动下，中国电信将进一步推动“网络智能化、业务生态化、运营智慧化”的内涵向“泛网络智能、广业务生态、精智慧运营”方向发展。

2 5G需求及挑战

2.1 5G业务 发展 需求

5G 的愿景与需求，是为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，同时与行业深度融合，满足垂直行业终端互联的多样化需求，实现真正的“万物互联”，构建社会经济数字化转型的基石。

ITU 为 5G 定义了 eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量大连接）、URLLC（低时延高可靠）三大应用场景。实际上不同行业往往在多个关键指标上存在差异化要求，因而 5G 系统还需支持可靠性、时延、吞吐量、定位、计费、安全和可用性的定制组合。万物互联也带来更高的安全风险，5G 应能够为多样化的应用场景提供差异化安全服务，保护用户隐私，并支持提供开放的安全能力。eMBB 典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实等。这类场景首先对带宽要求极高，关键的性能指标包括 100Mbps 用户体验速率（热点场景可达1Gbps）、数十 Gbps 峰值速率、每平方公里数十 Tbps 的流量密度、每小时 500km以上的移动性等。其次，涉及到交互类操作的应用还对时延敏感，例如虚拟现实沉浸体验对时延要求在十毫秒量级。

URLLC 典型应用包括工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等。这类场景聚焦对时延极其敏感的业务，高可靠性也是其基本要求。自动驾驶实时监测等要求毫秒级的时延，汽车生产、工业机器设备加工制造时延要求为十毫秒级，可用性要求接近 100%。

mMTC 典型应用包括智慧城市、智能家居等。这类应用对连接密度要求较高，同时呈现行业多样性和差异化。智慧城市中的抄表应用要求终端低成本低功耗，网络支持海量连接的小数据包；视频监控不仅部署密度高，还要求终端和网络支持高速率；智能家居业务对时延要求相对不敏感，但终端可能需要适应高温、低温、震动、高速旋转等不同家具电器工作环境的变化。移动视频业务将是 5G 时代个人用户 ARPU 值增长的首要关键，而 5G 与垂直行业物联网应用的深度结合是运营商最大的增收契机。中国电信将在 5G 时代围绕网络＋连接＋内容＋应用，聚焦重点应用，积极发展 5G 业务。

2.2 5G主要挑战

2.2.1 无线设备器件的挑战

无线设备主要包括基带数字处理单元以及 ADC/DAC/变频和射频前端等模拟器件。5G 为了追求更高的吞吐量和更低的空口用户面时延，采用更短的调度周期及更快的 HARQ 反馈，对 5G 系统和终端要求更高基带处理能力，从而对数字基带处理芯片工艺带来更大挑战。5G 支持的频段更高、载波带宽更宽、通道数更多，对模拟器件也提出了更高的要求，主要包括ADC/DAC、功放和滤波器。ADC/DAC 为支持更宽的载波带宽（如 1GHz），需支持更高的采样率。功放为支持 4GHz 以上高频段和更高的功放效率，需采用 GaN 材料。基站侧通道数激增，导致滤波器数量相应增加，工程上需进一步减小滤波器体积和重量，如采用陶瓷滤波器或小型化金属腔设计等有效手段。

总之，模拟器件的主要挑战在于产业规模不足，新型功放器件的输出功率/效率、体积、成本、功耗以及新型滤波器的滤波性能等尚不满足 5G 规模商业化要求，特别是射频元器件和终端集成射频前端方面，尽管已具备一定研发和生产能力，但需要在产业规模、良品率、稳定性和性价比等方面进一步提升。至于未来的毫米波段，则无论是有源器件，还是无源器件，对性能要求更高，需要业界付出更大的努力。

2.2.2 多接入融合的挑战

移动通信系统从第一代到第四代，经历了迅猛的发展，现实网络逐步形成了包含多种无线制式、频谱利用和覆盖范围的复杂现状，多种接入技术长期共存成为突出特征。在 5G 时代，同一运营商拥有多张不同制式网络的状况将长期存在，多制式网络将至少包括 4G、5G 以及 WLAN。如何高效的运行和维护多张不同制式的网络、不断减少运维成本、实现节能减排、提高竞争力是每个运营商都要面临和解决的问题。

面向 2020 年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。如何实现多接入网络的高效动态管理与协调，同时满足 5G 的技术指标及应用场景需求是 5G 多网络融合的主要技术挑战。具体包括：

 网络架构的挑战。5G 多网络融合架构中将包括 5G、4G和 WLAN 等多个无线接入网和核心网。如何进行高效的架构设计，如核心网和接入网锚点的选择，同时兼顾网络改造升级的复杂度、对现网的影响等是网络架构研究需要解决的问题。

 数据分流的挑战。5G 多网络融合中的数据分流机制要求用户面数据能够灵活高效的在不同接入网传输；最小化对各接入网络底层传输的影响；需要根据部署场景和性能需求进行有效的分流层级选择，如核心网、IP或 PDCP 分流等。

 连接与移动性控制的挑战。5G 中包含了更多复杂的应用场景及更加多样的接入技术，同时引入了更高的移动性性能要求。与4G 相比，5G 网络中的连接管理和控制需要更加简化、高效、灵活。

2.2.3 网络架构灵活性的挑战

5G承载的业务种类繁多，业务特征各不相同，对网络要求不同。业务需求多样性给 5G 网络规划和设计带来了新的挑战，包括网络功能、架构、资源、路由等多方面的定制化设计挑战。5G 网络将基于 NFV/SDN、云原生技术实现网络虚拟化、云化部署，目前受限于容器技术标准尚未明确和产业发展尚未成熟的情况，5G 网络云化部署将面临着用户面转发性能待提升、安全隔离技术待完善等方面的挑战。5G 网络基于服务化架构设计，通过网络功能模块化、控制和转发分离等使能技术，可以实现网络按照不同业务需求快速部署、动态的扩缩容和网络切片的全生命周期管理，包括端到端网络切片的灵活构建、业务路由的灵活调度、网络资源的灵活分配以及跨域、跨平台、跨厂家、乃至跨运营商（漫游）的端到端业务提供等，这些都给 5G 网络运营和管理带来新的挑战。

2.2.4 灵活高效承载技术的挑战

承载网络的高速率、低时延、灵活性需求和成本限制：5G 网络带宽相对 4G预计有数十倍以上增长，导致承载网速率需求急剧增加，25G/50G 高速率将部署到网络边缘，25G/50G 光模块低成本实现和 WDM 传输是承载网的一大挑战；URLLC 业务提出的毫秒量级超低时延要求则需要网络架构的扁平化和 MEC的引入以及站点的合理布局，微秒量级超低时延性能是承载设备的另一个挑战；5G核心网云化及部分功能下沉、网络切片等需求导致 5G 回传网络对连接灵活性的要求更高，如何优化路由转发和控制技术，满足 5G 承载网路由灵活性和运维便利性需求，是承载网的第三个挑战。

2.2.5 终端技术的挑战

与 4G 终端相比，面对多样化场景的需求，5G 终端将沿着形态多样化与技术性能差异化方向发展。5G 初期的终端产品形态以 eMBB 场景下手机为主，其余场景（如URLLC和mMTC）的终端规划将随着标准与产业的成熟而逐步明朗。

5G的多频段大带宽接入以及高性能指标对终端实现提出了天线、射频等方面的新挑战。从网络性能角度，未来 5G 手机在 sub-6GHz（6GHz以下）频段可首先采用 2T4R 作为收发信机基本方案。天线数量增加将引起终端空间与天线效率问题，需对天线设计进行优化。对 sub-6GHz 频段的射频前端器件需根据 5G 新需求（如高频段、大带宽、新波形、高发射功率、低功耗等）进行硬件与算法优化，进一步推动该频段射频前端产业链发展。