第一篇
5G基础篇

第1章
广电5G介绍

1.1　5G发展演进

1.1.1　移动通信发展史

现在移动通信技术经过近四十年的爆发式增长，经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，极大地改变了人们的生活方式，并成为推动社会发展的重要动力之一。从第一代模拟蜂窝移动通信系统发展至今，移动通信已历经五代系统的演进，如图1-1所示。

1）第一代移动通信系统

第一代移动通信系统（1G）于20世纪80年代初提出，完成于20世纪90年代初，其主要代表包括：美国先进的移动电话系统（AMPS）、英国的全球接入通信系统（TACS）和日本的电报电话系统（NTT）。

第一代移动通信系统主要采用模拟调制技术与频分多址接入（FDMA）技术，模拟语音调制技术将电磁波进行频率调制后，将语音信号转换到载波电磁波上，载有信息的电磁波发布到空间后，由接收设备接收，并从载波电磁波上还原语音信息；频分多址接入技术把系统带宽分成若干个子带，通过给不同的用户分配不同的频率子带，并利用带通滤波器来进一步减少不同用户之间的干扰。

第一代移动通信系统的应用包括蜂窝、无绳、寻呼和集群通信等，克服了传统无线通信系统大区制容量低、活动范围受限的问题。但其容量还是比较有限，传输速率约2.4kbit/s，一般只能传输语音信号，存在语音品质低、讯号不稳定、涵盖范围不够全面，安全性差和易受干扰等问题，功能非常有限，仅能服务于军事、政府机构和名人等市场，且不同国家采用不同的工作制式，无法实现国际漫游。

我国第一代模拟移动通信商用系统由中国电信公司建设，于1987年在广东第六届全运会上开通并正式商用，采用的是英国TACS制式。从中国电信1987年11月开始运营模拟移动电话业务，到2001年12月底中国移动公司关闭全国模拟移动通信网，第一代移动通信系统在我国的应用长达14年，用户数最高曾达到了660万。

2）第二代移动通信系统

为了解决第一代移动通信系统（1G）中模拟通信存在的各种技术缺陷，以数字移动通信技术为基础的第二代移动通信系统应用而生。第二代移动通信系统采用的是数字调制技术，主要业务是语音，能提供数字化的话音业务及低速数据业务。与第一代移动通信系统相比，第二代移动通信系统多了数据传输的服务，这样手机就不仅仅只能接打电话，还能发短信。同时数字无线电技术的引入，有效改善了语音通话质量，提高了通话的保密性，也为移动用户提供了无缝的国际漫游。

第二代移动通信系统主要以GSM（全球移动通信系统）和窄带CDMA（IS-95）为代表，其他还包括D-AMPS（数字先进移动电话服务）、PDC（日本数字蜂窝系统）等。GSM系统1992年开始在欧洲商用，最初仅为泛欧标准，随着该系统在全球的广泛应用，其含义已成为全球移动通信系统。GSM系统具有标准化程度高、接口开放的特点，强大的联网能力推动了国际漫游业务，用户识别卡的应用真正实现了个人移动性和终端移动性。GSM标准体系较为完善，技术相对成熟，不足之处是相比模拟系统容量增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右，无法与模拟系统兼容。窄带CDMA系统，也称CDMA One、IS-95，是北美的另一种数字蜂窝标准，具有容量大、覆盖好、话音质量好、辐射小等优点，1995年在香港开通第一个商用网。但由于窄带CDMA技术成熟较晚，标准化程度较低，在全球的市场规模远不如GSM系统。窄带CDMA系统全球用户约4 000万，其中约70%的用户在韩国、日本等亚太地区国家。

3）第三代移动通信系统

尽管第二代移动通信系统技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模不断扩大，频率资源已接近枯竭、语音质量不能达到用户满意标准，且数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务需求。尤其是日益增长的图片和视频传输的需要，人们对于数据传输速度的要求日趋高涨，2G时代的网速不能支撑满足这一需求，于是高速数据传输的蜂窝移动通信技术——第三代移动通信系统（3G）应运而生。

第三代移动通信的概念及主要技术最早于1985年由国际电信联盟（ITU）提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），1996年更名为IMT-2000（国际移动通信-2000），表示该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kbit/s，在2000年左右得到商用。第三代移动通信系统是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，能够提供高质量的宽带多媒体综合业务，并实现全球无缝覆盖、全球漫游。第三代移动通信系统的主要特征是可提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kbit/s，步行慢速移动环境支持384kbit/s，室内支持2Mbit/s的数据传输。其设计目标是为了提供比第二代移动通信系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，考虑与已有第二代移动通信系统实现良好兼容。

CDMA是第三代移动通信系统的技术基础，全球主流的第三代移动通信系统标准主要有3个：欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000和中国的TD-SCDMA，共同组成一个IMT-2000家庭。由于采用更宽的频带，传输的稳定性也大大提高。速度的大幅提升和稳定性的提高，使大数据的传送更为普遍，移动通信有更多样化的应用，因此3G被视为开启移动通信新纪元的关键，使得智能手机的浪潮席卷全球，人们可以从手机上直接浏览电脑网页，收发邮件，视频通话，观看直播。以前在电脑上才可以使用的网络服务，在第三代移动通信系统时代，使用者可以在手机上有更好的体验，触屏操控，各类应用软件开始了不断更新迭代，人类正式步入移动多媒体时代。

4）第四代移动通信系统

第四代移动通信系统（4G）是继第三代移动通信系统以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性——提高移动装置无线访问互联网的速度。第四代移动通信系统的主要技术指标包括：数据速率从第三代移动通信系统的2Mbit/s提高到100Mbit/s，移动速率从步行到车速，甚至更快；在覆盖范围、通信质量、系统造价上满足第三代移动通信系统所不能达到的支持高速率数据和高分辨率多媒体的服务的需要。

为了适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，第四代移动通信系统主要采用以下关键技术：接入方式和多址方案OFDM（正交频分复用）、新的调制与编码技术、高性能的接收机、智能天线技术等，这些技术的采用既能改善信号质量又能增加传输容量。第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。

与3G相比，4G系统的技术有许多超越之处，其特点主要有：高速率，对于大范围高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。在4G系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高了用户容量。同时，4G系统实现全球统一的标准，让所有移动通信运营商的用户享受共同的4G服务，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信，具有较强的灵活性。

5）第五代移动通信系统

第五代移动通信系统（5G）作为新一轮移动通信技术发展方向，5G把人与人的连接拓展到万物互联，使信息突破时空限制，提供了极佳的交互体验。5G系统通过定义灵活的物理层资源配置，引入大规模MIMO、毫米波、上下行解耦、LTENR双链接等技术，具有更高容量、更强的业务能力，服务范围从4G时代面向个人进一步扩展到万物互联。

1.1.2　5G无线技术演进路线

面对5G应用场景和技术需求，需要选择合适的无线技术路线以指导5G标准化及产业发展。综合考虑需求、技术发展趋势以及网络平滑演进等因素，在5G的技术路线方面，3GPP定义了并行的两条路线：第一条路线是演进路线，LTE-A的持续演进，在6GHz以下的频带上以向兼容的方式持续提升系统性能。例如，基于免调度的时延降低，以及将空口时延降至1ms以下的短传输时间周期（TTI）。第二条路线就是被广泛知晓的新空口（RAT）路线，它不受后向兼容性限制，能够整合各类技术来实现更高的性能。新的RAT系统需要实现5G的需求，因为它终将在未来替代上一代的系统。新的RAT路线同样需要一个可扩展的设计，它能够无缝支持小于6GHz和大于6GHz频率的无线通信。

1）5G空口技术框架

LTE/LTE-Advanced技术作为事实上的统一4G标准，已在全球范围内大规模部署。为了持续提升4G用户体验并支持网络平滑演进，在保证后向兼容的前提下，4G演进以LTE/LTE-Advanced技术框架为基础，在传统移动通信频段引入增强技术，进一步提升4G系统的速率、容量、连接数、时延等空口性能指标，在一定程度上满足5G技术需求。受现有4G技术框架的约束，大规模天线、超密集组网等增强技术的潜力难以完全发挥，全频谱接入、部分新型多址等先进技术难以在现有技术框架下采用，4G演进路线无法满足5G极致的性能需求。因此，5G需要突破后向兼容的限制，设计全新的空口，充分挖掘各种先进技术的潜力，以全面满足5G性能和效率指标要求，新空口是5G主要的演进方向，4G演进将是有效的补充。5G技术路线与场景如图1-2所示。

5G通过工作在较低频段的新空口来满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验和海量设备连接，同时需要利用高频段丰富的频谱资源，来满足热点区域极高的用户体验速率和系统容量需求。综合考虑国际频谱规划及频段传播特性，5G应当包含工作在6GHz以下频段的低频新空口以及工作在6GHz以上频段的高频新空口。

5G低频新空口采用全新的空口设计，引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构，更精简的信令流程，更灵活的双工方式，有效满足广覆盖、大连接及高速移动等多数场景下的体验速率、时延、连接数以及能效等指标要求。在系统设计时构建统一的技术方案，通过灵活配置技术模块及参数来满足不同场景差异化的技术需求。

5G高频新空口需要考虑高频信道和射频器件的影响，并针对波形、调制编码、天线技术等进行相应的优化。同时，高频频段跨度大、候选频段多，从标准、成本及网络运维的角度考虑，应当尽可能采用统一的空口技术方案，通过参数调整来适配不同信道及器件的特性。高频段覆盖能力弱，难以实现全网覆盖，需要与低频段进行联合组网。由低频段形成有效的网络覆盖，对用户进行控制、管理，并保证基本的数据传输能力；高频段作为低频段的有效补充，在信道条件较好情况下，为热点区域用户提供高速数据传输。

根据移动通信系统的功能模块划分，5G空口技术框架包括帧结构、双工、波形、多址、调制编码、天线、协议等基础技术模块，通过最大可能地整合共性技术内容，从而达到“灵活但不复杂”的目的，各模块之间可相互衔接，协同工作。根据不同场景的技术需求，对各技术模块进行优化配置，形成相应的空口技术方案。5G空口技术框架如图1-3所示。

（1）帧结构及信道化。

面对多样化的应用场景，5G的帧结构参数可灵活配置，以服务不同类型的业务。针对不同频段、场景和信道环境，可以选择不同的参数配置，具体包括带宽、子载波间隔、循环前缀（CP）、传输时间间隔（TTI）和上下行配比等。参考信号和控制信道可灵活配置以支持大规模天线、新型多址等新技术的应用。

（2）双工技术。

5G支持传统FDD、TDD及其增强技术，支持灵活双工和全双工等新型双工技术，可以灵活分配上下行时间和频率资源，更好地适应非均匀、动态变化的业务分布。在5G系统中，低频段可采用FDD和TDD，高频段更适宜采用TDD。

（3）波形技术。

除传统的OFDM和单载波波形外，5G可支持基于优化滤波器设计的滤波器组多载波（FBMC）、基于滤波的OFDM（F-OFDM）和通用滤波多载波（UFMC）等新波形。这类新波形技术具有极低的带外泄露，不仅可提升频谱使用效率，还可有效利用零散频谱并与其他波形实现共存。不同波形的带外泄漏、资源开销和峰均比等参数各不相同，可根据不同的场景需求，选择适合的波形技术，同时可存在多种波形共存的情况。

（4）多址接入技术。

5G除支持传统的OFDMA技术外，还支持SCMA、PDMA、MUSA等新型多址技术。新型多址技术通过多用户的叠加传输，不仅可提升用户连接数，还能有效提高系统频谱效率，通过免调度竞争接入，可大幅度降低时延。

（5）调制编码技术。

5G既有高速率业务需求，也有低速率小包业务和低时延高可靠业务需求。对于高速率业务，多元低密度奇偶校验码（M-aryLDPC）、极化码、新的星座映射以及超奈奎斯特调制（FTN）等可进一步提升链路的频谱效率；对于低速率小包业务，极化码和低码率的卷积码可在短码和低信噪比条件下接近香农容量界；对于低时延业务，需要选择编译码处理时延较低的编码方式；对于高可靠业务，需要消除译码算法的地板效应。此外由于密集网络中存在大量的无线回传链路，5G可通过网络编码提升系统容量。

（6）多天线技术。

5G系统天线及端口数相比4G系统有大幅度增长，可支持配置上百根天线和数十个天线端口的大规模天线，并通过多用户MIMO技术，支持更多用户的空间复用传输，数倍提升系统频谱效率。大规模天线还可用于高频段，通过自适应波束赋形补偿高的路径损耗。为支持大规模天线技术的应用，5G需要在参考信号设计、信道估计、信道信息反馈、多用户调度机制以及基带处理算法等方面进行改进和优化。

（7）底层协议。

5G系统空口协议需要支持各种先进的调度、链路自适应和多连接等方案，还支持5G新空口、4G演进空口及WLAN等多种接入方式，可灵活配置，以满足不同场景的业务需求。为减少海量小包业务造成的资源和信令开销，采用免调度的竞争接入机制，以减少基站和用户之间的信令交互，降低接入时延。5G系统的自适应HARQ协议能够满足不同时延和可靠性的业务需求。此外，5G支持更高效的节能机制，以满足低功耗物联网业务需求。

5G空口技术框架可针对具体场景、性能需求、可用频段、设备能力和成本等情况，按需选取最优技术组合并优化参数配置，形成相应的空口技术方案，实现对场景及业务的“量体裁衣”，并能够有效应对未来可能出现的新场景和新业务需求，从而实现“前向兼容”。

2）5G低频新空口设计

低频新空口可广泛用于连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠场景，其有效整合大规模天线、新型多址、新波形、先进调制编码等关键技术，在统一的5G技术框架基础上进行优化设计。

在连续广域覆盖场景中，低频新空口可利用6GHz以下低频段良好的信道传播特性，通过增大带宽和提升频谱效率来实现100Mbps的用户体验速率。在帧结构方面，为了有效支持更大带宽，可增大子载波间隔并缩短帧长，并可兼容4G系统的帧结构，如：帧长可被1ms整除，子载波间隔可为15kHz的整数倍。在波形方面，可沿用OFDM波形，上下行可采用相同的设计，还可以采用F-OFDM（Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing，子带滤波的正交频分复用）等技术支持与其他场景技术方案的共存；在多址技术方面，可在OFDMA基础上引入基于叠加编码的新型多址技术，提升用户连接能力和频谱效率；在信道设计方面，针对大规模天线、新型多址等技术需求，对参考信号、信道估计及多用户配对机制进行全新设计；在双工技术方面，TDD可利用信道互易性更好地展现大规模天线的性能。此外，宏基站的控制面将进一步增强并支持CU/DU分离，实现对小站和用户的高效控制与管理。

在热点高容量场景中，低频新空口可通过增加小区部署密度、提升系统频谱效率和增加带宽等方式在一定程度上满足该场景的传输速率与流量密度需求。本场景的技术方案应与连续广域覆盖场景基本保持一致，并可在如下几方面做进一步优化：

（1）帧结构的具体参数可根据热点高容量场景信道和业务特点做相应优化；在部分干扰环境较为简单的情况下，可考虑引入灵活双工或全双工。

（2）调制编码方面，可采用更高阶的调制方式和更高的码率；为了降低密集组网下的干扰，可考虑采用自适应小小区分簇、多小区协作传输及频率资源协调。

（3）可通过多小区共同为用户提供服务，打破传统小区边界，实现以用户为中心的小区虚拟化；为了给小小区提供一种灵活的回传手段，可考虑接入链路与回传链路的统一设计，并支持接入与回传频谱资源的自适应分配，有效提高资源的使用效率。同时，在系统设计时还要考虑集中式、分布式和无线网状网（MESH）等不同无线组网方式带来的影响。

在低功耗大连接场景中，由于物联网业务具有小数据包、低功耗、海量连接、强突发性的特点，虽然总体数量较大，但对信道带宽的需求量较低，本场景更适合采用低频段零散、碎片频谱或部分OFDM子载波。在多址技术方面，可采用SCMA、MUSA、PDMA等多址技术通过叠加传输来支持大量的用户连接，并支持免调度传输，简化信令流程，降低功耗；在波形方面，可采用基于高效滤波的新波形技术（如：F-OFDM, FBMC等）降低带外干扰，利用零散频谱和碎片频谱，有效实现子带间技术方案的解耦，不同子带的编码、调制、多址、信令流程等都可进行独立配置；可通过采用窄带系统设计，提升系统覆盖能力，增加接入设备数，并显著降低终端功耗和成本；此外，还需大幅增强节能机制（包括连接态和空闲态），在连接态通过竞争接入方式，简化信令流程，降低用户接入时延，减少开启时间；空闲态采用更长的寻呼间隔，使终端更长时间处于休眠状态，实现更低的终端功耗。在低时延高可靠场景，为满足时延指标要求，一方面要大幅度降低空口传输时延，另一方面要尽可能减少转发节点，降低网络转发时延。

为了满足高可靠性指标要求，需要增加单位时间内的重传次数，同时有效提升单链路的传输可靠性。为有效降低空口时延，在帧结构方面，需要采用更短的帧长，可与连续广域覆盖的帧结构保持兼容。在波形方面，由于短的TTI设计可能导致CP开销过大，可考虑采用无CP或多个符号共享CP的新波形；在多址技术方面，可通过SCMA、PDMA、MUSA等技术实现免调度传输，避免资源分配流程，实现上行数据包调度“零”等待时间。为有效降低网络转发时延，一方面可通过核心网功能下沉，移动内容本地化等方式，缩短传输路径；另一方面，接入网侧可引入以簇为单位的动态网络结构，并建立动态MESH通信链路，支持设备和终端间单跳和／或多跳直接通信，进一步缩短端到端时延。为了提升数据传输的可靠性，在调制编码方面，可采用先进编码和空时频分集等技术提升单链路传输的可靠性；在协议方面，可采用增强的HARQ机制，提升重传的性能。此外，还可以利用增强协作多点（CoMP）和动态MESH等技术，加强基站间和终端间的协作互助，进一步提升数据传输的可靠性。

3）LTE-A空口技术演进

LTE-A演进空口基于LTE/LTE-Advanced技术框架，在帧结构、多天线、多址接入等方面进一步改进优化，从而在保持平滑演进的基础上，满足5G在速率、时延、流量密度和连接数密度等方面的部分需求。在帧结构方面，可减少每个TTI的OFDM符号数量，并引入优化的调度和反馈机制，以降低空口时延；在多天线方面，可以利用三维信道信息实现更精准的波束赋形，支持更多用户和更多流传输；在多址接入方面，可以利用多用户叠加传输技术和增强的干扰消除算法，提升系统频谱效率及用户容量；针对物联网应用需求，可引入窄带设计方案，以提升覆盖能力，增加设备连接数，并降低功耗和实现成本。此外，4G演进空口应当能够与5G新空口密切协作，通过双连接等方式共同为用户提供服务。

1.1.3　5G发展现状

1）全球5G发展现状

从2019年全球5G开始商用两年来，在5G网络部署、产业发展等多方面创造了移动通信发展的新的历史纪录，与垂直行业融合应用的创新探索也持续深入。当前全球主要国家和地区均出台了各自的5G扶持政策，各运营商亦开始在5G网络方面进行投资。

（1）美国：毫米波领域率先实现规模商用。从产业实践上来看，美国尚未公布基站数和用户数等指标，但5G网络主要覆盖少数城市，5G用户数约在数百万（美国媒体估算）；其特色是全球范围内率先实现毫米波频率组网，其中Verizon已经商用，AT&T计划实施，这与美国政府释放更多毫米波频段，用于5G网络相关。

（2）日本：发展落后于预期计划。日本计划从5G时代开始，构建移动通信领域长期的国家优势。为此，2018年发布了“Beyond 5G”战略，计划在2023财年达到21万基站的规模，并且总共投入110MHz的频段宽度用于5G网络实施（其中30MHz来自重耕，80MHz来自新增）；在无人驾驶、无线输电等前瞻性技术上加大研发；2030年前，在全球率先实现6G商用，并获得全球基础设施30%的份额。目前，日本四家移动运营商均实现5G商用，受新冠疫情以及由此导致的东京奥运会延期等因素影响，日本5G发展乏力，基站总数和用户总数都规模不大。

（3）韩国：全球5G商用样板化地区。韩国5G商用后，韩国科学技术信息通信部发布《实现创新增长5G＋战略》，旨在将5G全面融入韩国社会经济，使韩国成为引领全球5G新产业、领先实现第四次工业革命的国家。目前，韩国的5G用户数超过1 000万，5G基站12万（相当于4G基站的1/7），根据2020年10月份的统计，约有56万用户重返4G，主要原因包括5G网络虽可实现4倍数据传输速率提升，但缺乏匹配的内容和应用；套餐价格比4G高；网络覆盖不完善，众多地方无法使用。前期运营经验，也给其他国家运营商提供了借鉴。

（4）欧盟：众多国家初步开展商用。欧洲运营商众多，且都重视5G的发展，但截至2020年10月末，全欧洲范围5G基站总数仅在5万左右。这一方面与欧洲各国运营商相互竞争性不足有关，另一方面与20年前3G频谱天价拍卖，导致运营商元气大伤有密切关联。在德国，截至2020年末，德国电信5G服务已覆盖全国550万人口，5G基站达4.5万座，已在4 700个城镇部署了5G网络。到2021年年底为80%的人口提供5G服务，到2025年年底，将覆盖至少99%的人口和90%的国土面积。在法国，2020年9月29日法国完成5G频谱拍卖，由于疫情影响，不再要求各运营商（共4家）在2020年年底前完成部分城市的网络部署，但是要在2022年年底之前，确保覆盖率达到75%。在西班牙，2018年5月，通过频谱拍卖，沃达丰、Orange和西班牙电信获得经营资质。在2019年6月（沃达丰）、2020年9月（Orange和西班牙电信）分别开展商用。以西班牙电信为例，至2020年末，5G服务覆盖人口已达76%，并且计划在2025年底前，完成3G网络关闭及频率重用工作，覆盖率达到85%。

截至2021年上半年，全球已有70个国家的169个运营商发布了5G，再加上正在投资5G的运营商，总体数量上已经超过了400个，全球运营商5G现状如图1-4所示。

欧洲、亚太、北美属于5G的先发地区，已经基本完成了5G网络的商用；南亚、东欧、北非、中南美洲等地区也紧随其后进行5G部署和预商用；在撒哈拉以南的非洲，绝大部分地区5G还是空白。

从各运营商投资的5G频谱上看，n77（3 300~4 200MHz）和n78（3 300~3 800MHz）是绝对的主流，n257, n258和n261这三个毫米波频段紧随其后，接下来就是700MHz, 2.6GHz, 2 100MHz, 1 800MHz等频段，如图1-5所示。

在5G网络建设前期，NSA是5G部署网络的主流，但增长数量渐趋平缓；随着SA生态的成熟，将带动5G在垂直行业的迅速发展，SA网络从2020第三季度开始出现并逐年增长。

2）国内5G发展现状

我国在通信技术标准领域经历了1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步的加速发展，在5G时代力争取得主导地位。早在2013年2月由科技部、工信部和发改委主导，成立了IMT-2020（5G）推进组以全面推进5G研发、国际合作和融合创新发展。2017年，IMT-2020（5G）推进组顺利推进了二阶段5G技术研发试验，2018年已启动第三阶段试验。华为、中兴、大唐和诺基亚贝尔等通信设备企业以及电信运营商积极开展5G技术及产品测试，力争2020年前实现商用。2017年工信部对3 000~5 000MHz频段内5G通信系统频率进行划分，2018年12月进一步对三家运营商5G商用频段进行明确划分。2018年开始，中国移动等三家运营商陆续在全国十几个大城市开展5G试验网。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国也成为继韩国、美国、瑞士、英国后，第五个正式商用5G的国家。

按照工信部和运营商的部署规划，目前我国四大运营商5G普遍采用Sub6GHz频段。截至2021年6月，我国已累计开通5G基站96.1万个，已覆盖全国所有地级以上城市，占全球的70%以上；5G终端连接数约3.65亿，占全球比例超过了80%。国际知名专利数据公司IPLytics在2021年2月发布的专利分析报告，显示了全球各大科技公司在5G专利的占比情况，其中华为以15.4%的占比获得第一，三星、诺基亚分列第二和第三，中国的中兴集团以5.6%的占比排名第六位。

目前国内大力培育5G应用生态，“5G＋”模式有潜力伴随各行业互联互通和数字化转型推进，形成在全球具有先进意义的各类应用场景，并进一步催生面向新一轮科技变革和产业革命的动力产业、先导产业和引致产业，构成现代化经济体系和高质量发展的重要基础。截至2021年6月，全国“5G＋工业互联网”项目超过1 500个，覆盖了22个重要行业，已形成远程设备操控、柔性生产制造、现场辅助装配、机器视觉质检、无人智能巡检等多个典型应用场景。国内各大运营商也在重点城市、典型领域开展5G应用示范。中国移动成立了5G联合创新中心，汇聚400余家成员单位，其“5G＋”计划提出面向工业、农业等14个重点行业进行5G应用开发，面向大众重点开发5G超高清视频、5G快游戏等应用；中国联通网络研究院设立了5G创新中心，下设新媒体、智能制造、智能网联、智慧医疗、智慧教育、智慧城市等10个行业中心，并编制六大行业5G工作指引。中国电信积极开展5G＋云创新业务、5G＋行业应用和5G＋工业互联网三方面5G示范应用，包括智慧警务、智慧交通、智慧生态、智慧党建、媒体直播、智慧医疗等共10大行业；中国广电在5G创新及智慧广电方面进行了积极探索，像5GNR广播、5G＋VR，是5G为传统广电领域的赋能；5G＋智慧养老、5G＋智慧驾驶，是广电在垂直行业进行5G改变生活、5G改变社会的探索；8K超高清视频、智慧新数字家庭网关，为广大观众带来了家庭应用的震撼新体验；新时代文明中心、智慧文旅以及智慧医疗，建设了便民利民的新平台。

1.2　广电5G定位与愿景

1.2.1　广电5G定位

中国广电的传统业务结构相对比较单一、营收渠道集中，广播电视业务是广电的传统业务，主营收入仍来源于电视传输费及其附加收入。随着信息来源和渠道的多元化，传统电视的中心地位不断遭遇挑战，国内有线电视用户出现负增长的趋势，有线电视入户率也出现下滑，有线电视整体发展不容乐观。

以5G为契机，中国广电可以建设一个以广播电视、现代通信、物联网服务为基础的5G网络，使用户体验到超高清电视、物联网、高速5G网络带来的“智慧广电”服务。中国广电5G发展定位的探索可结合自身的特点，充分利用已有优势，弥补自身不足，以技术创新、业务创新、运营管理创新，加快推动广电5G网络建设及5G行业应用。

1）5G网络是中国广电探索新型媒体转型的抓手

首先，广播电视节目内容的IP分发是广播电视传播技术发展的重要趋势，下一代数字电视标准（如美国ATSC 3.0）、下一代卫星数字电视标准（如日本ISDBS3）都是全IP传输。端到端的全IP广播电视被广泛看好，云、管、端协同布局实现全IP贯通。广播电视实现端到端的全IP传输，有利于与全IP通信的融合，如ATSC 3.0就实现了广播电视与无线移动宽带的融合，且基于此，正在研究与5G的融合。下一代的无线广播电视趋于在应用层实现个性化的全媒体呈现及应用，在协议层进行统一的全媒体内容耦合并采用全IP传输方式，在物理层着重考虑与5G相兼容的数据帧结构设计以及窄带回传技术，最终实现广播与5G相融合的新一代地面无线交互广播电视网络。

其次，混合广播电视向“无线化”演进是另一个趋势。混合广播电视基于“IP插播”功能和无线化的探索可以更好地实现广播电视与宽带的“无缝”融合。混合广播电视是全球广播电视的重要发展方向，欧洲HbbTV（混合电视标准）2.0、日本Hybridcast 2.0（先进的混合广播和宽带系统）等都在基于固网进行探索，欧盟5G-PPP（5G公私合作组织）的研究项目5G-Xcast已经在探索如何通过5G网络无线化地传输混合广播电视，该项目旨在实现地面数据电视广播网、5G网、无线宽带网的“无缝”融合，以此更好地传输广播电视内容，并提供更多形态的广播电视新业务、新服务。

再次，广播电视有向更强沉浸感演进的趋势。随着技术、业务和终端产品的发展革新，广播电视业务向着能够提供给用户更强沉浸感的方向演进。随着3D电视、4K UHDTV、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等技术的逐渐成熟，相关业务将会得到市场的接受和认可，用户群体将有望得到孕育和发展。5G作为兼具高性能和高安全性的移动接入技术，在“末端十米”范围的无线接入具有明显的比较优势。

最后，向移动终端提供广播电视业务是另一个不可忽视的趋势。数据显示，2019年中国手机用户总数已经达到10.8亿户，成年人中智能手机的普及率约68%。向移动终端提供广播电视业务能够将更多的公众纳入广电主流媒体的宣传范围，符合中国广电“党媒政网”的定位；另一方面，曾经备受市场欢迎的CMMB业务也说明了这一举措的正确性。美国最大的有线电视公司康卡斯特（Comcast）通过成为Verizon的移动通信虚拟运营商来提供4G通讯与移动互联网业务，并成为目前美国移动通信运营商中用户增长速度最快的公司，其业务开展模式对于后期广电网络开展5G业务及网络业务整合可提供参考借鉴。康卡斯特在美国所有移动运营商中用户增长速度最快的原因，第一在于拥有较便宜的流量资费；第二在于将4G与现有业务捆绑形成融合套餐，其中包括了有线电视、固网宽带、移动语音和移动数据。

总之，随着网络信息技术的高速发展，传统广播电视媒体的播送具有网络IP化、接入无线化、能力宽带化和终端移动化的趋势，5G作为一种更高性能的移动通信技术，将是广电探索新型媒体转型的关键契机和重要抓手。

2）5G是中国广电构建“党媒政网”生态体系的平台

业务平台的构建是一个很重要的发展方向。美国有线电视网络运营商Comcast在2017年5月成为美国第一大移动通信运营商Verizon的虚拟运营商，以自有品牌“XfinityMobile”开展4G移动通信业务。依靠Xfinity的平台，Comcast作为一个新的运营商成功打入美国已经相对饱和成熟的4G移动通信市场，并以移动视频、与电视捆绑等方式获得了快速发展。目前Comcast正酝酿为运营商的5G移动通信提供承载网络服务，利用Xfinity平台进行延伸，业务平台的构建成为其布局5G时代的重要一环。5G高清视频应用的内容储备已经开始。在国内，由工信部、发展改革委、科技部多部门共同支持成立的5G推进组对5G在各个重要垂直行业的应用进行探索研究，“视频新媒体”即是其中一大垂直领域。为向5G用户提供优质的视频服务，欧美运营商已着手进行优质内容储备，如Comcast收购欧洲付费电视机构Sky、美国第二大移动通信运营商AT&T收购时代华纳，都是在以优质的电视内容为即将到来的5G商用作战略储备。除了聚焦于广播电视内容，新兴视频网站的内容怎样通过5G网络更好地传输也值得关注，正在进行5G商用的Verizon正在寻求与谷歌、YouTube、苹果、Netflix等合作提供5G电视服务。

互联网发展的历史经验告诉我们，内容（或业务）是决定互联网运营成败的关键因素。正确面对“信息浪潮”时代媒体多元化的现实，发挥广电在内容建设上的优势，打造全新生态体系，构建面向5G时代的、融传统广播电视业务与新兴互联网业务于一体的融合业务平台，是实现“党媒政网”和市场化运营的共同目标诉求。5G时代的人工智能、大数据、云计算、切片和边缘计算等诸多技术是打造这一平台的技术基础。

综上所述，中国广电5G发展应充分发挥广播电视内容的优势和5G的能力优势，将中国广电的5G网络建设成为一个文化特色鲜明、具有核心竞争力、差异化运营、安全可控的移动超高清融合媒体传播网、智慧物联网和基础战略资源网。具体体现为“新动能”“新场景”和“新支撑”三个方面。

新动能：利用多元智能服务体系为广电广覆盖物联服务，同时为智慧广电和有线电视升级提供技术基础。

新场景：四大应用场景，两大公众服务，“政用、企用、民用、商用”（2G、2E、2C、2B）相结合的国家信息化基础设施和战略资源基础设施，突出安全可管理，做大做实智慧广电业务，更多承担国家应急广播、监听监管等网络服务和管理，同时提供远程医疗、远程教育、精准扶贫、社区治理等。

新支撑：融合媒体传输平台，有线和无线一体化发展。

在网络基础上，广电5G坚持“多云十多平台”的融合战略，以统一的广电云基础设施平台融合承载5G核心网、5G业务网和全国有线电视传输网、互联互通融合服务平台等。从网络的布局来看，5G＋有线、新型广播电视网＋互联网的“两张网”架构是广电未来建设的主旋律。充分发挥广播电视内容优势和5G的支撑能力，将广电5G建设成为一个文化特色鲜明、具有核心竞争力、差异化运营、安全可控的移动超高清融合媒体传播网、智慧物联网、基础战略资源网。

1.2.2　广电5G愿景

未来，5G网络将不断推动互联网向物联网方向发展，随着传感器、人机交互AR&VR等技术不断投入使用，一个人与人、人与物、人与媒体互联互通的“万物互联”世界即将形成，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，其生态系统如图1-6所示。

为了实现这一美好愿景，广电可积极挖掘5G应用场景，不断推动智慧广电网络的建设。

1）5G应用场景挖掘

5G网络的高速率与低延时将推进广电5G在技术与产品层面的创新探索。高速率，是指5G网络每秒可达数十Gbit/s传输速率，比4G快1~100倍，这一特征恰恰满足了AR和VR设备对传输速度的要求；低延时，是指5G网络大大降低了延迟、卡顿的可能性，在此基础上传媒内容的质量将会大大提高。可以说，5G网络释放了智能技术应用于内容产品与模式创新的全方位想象。

当下，5G为中国广电媒体提供了更新视频产品形态与提升观众视觉体验的绝佳机遇。2019年中央电视台春节联欢晚会是国内第一台实现5G网络传输的盛大晚会，在北京主会场预先布放了5G室内数字化设备，现场观众在抢红包等群体互动环节体验到“飞”一般的极致感觉。在井冈山、长春、深圳三地分会场，摄像机和转播车之间不再是通过长距离线缆连接，而是通过高带宽、低时延的5G网络，实现4K超高清视频信号实时回传到北京会场。5G回传不仅大大降低了远程直播成本，而且摆脱了卫星及光缆回传对摄像机位置的限制，丰富了节目设计视角及场景，给予观众全景预览央视春晚直播厅的沉浸式视觉体验。

目前，中国广电在积极探索垂直行业应用，应对合作机遇与挑战。一是5G＋智慧工厂，构建5G工业物联、5G＋MEC的视觉导航＋云化AGV调度、基于5G机器视觉的产品质量检测等多个应用场景，打造智能工厂应用示范；二是5G＋VR/AR，高质量VR/AR内容处理移至云端，满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格；三是5G＋智慧物流，广电用5G网络支持高速移动和覆盖较广，解决物流行业“车、人、货、节点、路线”五位一体的实物流和实现信息流高效管理；四是5G＋物联网，利用5G技术进行实时自然数据采集分析，实现地质灾害预警和安全预警，利用无人机实施日常巡视，通过5G实时画面回传。

同时，广电也积极推进与5G垂直行业领域的龙头企业展开更充分的战略合作，以实现双赢。如发挥广电5G网络覆盖成本优势以及与各地政企市场的客户优势实现对电网、工业制造、车联网、智慧城市、应急通信、精密控制等广覆盖低时延的场景应用，推动与各行业合作伙伴的深度合作，联手各方发展更广范围的行业应用。如联合产业链，推动智慧政务、远程医疗、智慧教育、文化物联等新场景。

未来，中国广电对5G应用场景的挖掘不止于产品形态的更新，还将延伸到基础形态、组织形态乃至渠道生态的深度融合。随着地面数据电视广播网、5G无线宽带网的“无缝”融合，广播电视将开发出端到端全IP传输、全面无线化的新形态和新业务。在“万物互联”时代，广播电视还向家庭无线物联网、车联网延伸，搭建起台网协作感知用户需求的“边看边买”家庭消费网络。

2）智慧广电网络建设

智慧广电网络的搭建一直是广电向传输运营商转型的重要方向。当下，虽然我国通信网络传输主要由三大运营商主导，但是广电总局早就开始了对“下一代广播电视网”的布局，以便建成一个电信网、计算机网和有线电视网三网融合，有线无线相结合、全程全网的广播电视网络。5G时代的到来无疑为广电网络的建设提供了一次前所未有的机遇。

手持5G牌照，广电可以通过搭建开放性的平台和智能化的网络节点，成为平台化的生态服务体系提供者。以贵州“广电云”为参照，智慧广电网络应当实现从“看电视”到“用电视”的转变，从而建立面向普通消费者、企业、政府等多元化、智能化的生态服务体系。近年，贵州省成为全国首个“智慧广电”国家级试验区，省政府围绕政用、商用、民用打造出了一个全新的“智慧广电”生态链。在政用方面，推出新时代学习大讲堂、雪亮工程、智慧城市、智慧旅游等融合创新型业务；在商用方面，“广电云”助力农村电商发展，为实现“黔货出山”“全网购买”提供快速通道，还为金融单位提供专线专网和信息技术服务，延伸金融服务窗口、网点。在民用方面，“广电云”支持远程医疗实施，已完成全省健康医疗平台及200个县级以上医疗机构专线建设。

除了自建平台以外，广电还可以依靠5G牌照寻求外部平台合作，共同打造智慧网络。例如美国有线电视网络运营商Comcast在2017年5月成为美国第一大移动通信运营商Verizon的虚拟运营商，以自有品牌“XfinityMobile”开展4G移动通信业务。依靠Xfinity的平台，Comcast作为一个新的运营商成功打入美国已经相对饱和成熟的4G移动通信市场，并以移动视频、与电视捆绑等方式获得了快速发展。

5G NR广播技术助力广播电视服务重构和革新。未来广电将以有线无线协同、广电通信协同、传播监管协同为发展路径，共同推进广电5G差异化发展。

中国广电将以广电云为基础，以互联互通平台为承载，努力打造移动终端、大屏终端以及未来新的工业互联网终端为主，新的中国广电有线＋5G的协同发展模式，包括广播电视可管可控的安全网络、中国广电宽带电视的技术平台的构架，突出广电行业特色和5G技术优势，推动制播升级、台网融合，以“高新内容”构建常态化直播内容。

中国广电副总经理曾庆军表示：“中国广电5G NR广播技术是5G广播未来发展方向，主流发展也是‘5G NR广播技术’，为此在2019年12月3GPP全会上，中国广电联合IRT等欧洲广播电视机构共同支持推动5G NR广播技术的立项。”

中国广电5G广播网络以移动蜂窝基站组网为主、广播电视发射塔为辅，面向全国5G移动网络用户以及全国有线电视网络提供有线无线融合、大屏小屏联动的全终端、全场景、全内容融合的全新流媒体5G广播服务。

中国广电融合服务平台可作为5G广播的综合业务平台，为用户提供多样化的新型5G广播服务，进一步推进有线、无线、卫星传输网络的互联互通和智能协同覆盖。

5G NR广播技术将助力广播电视服务重构和革新。在终端方面，广播不再局限于电视一种终端设备，而是以通用服务应用的形态在手机、平板、穿戴设备、汽车中控台等全类型终端中运行，是无处不在的泛在化业务。

在业务形态方面，不止于提供数字广播电视节目服务，还能够提供新型交互化视频广播服务、融合信息广播服务等全新服务；在信号覆盖方面，广播电视既可以实现偏远地区信号覆盖，也能够满足热点区域室内室外和移动状态下的深度覆盖。中国广电5G广播将真正做到“终端通、人人通”，极大拓展广播电视受众范围和服务业态，快速实现5G时代下新型广电的融合覆盖。

1.3　广电5G产业链情况

1.3.1　标准推进

700MHz是全球通信业公认的黄金频段，同时也是非常紧俏的频段。对于4G而言，700MHz是全球4G商用网络数第五多的4G频段；对于5G而言，目前全球投入商用的700MHz频段5G网络数量与其他频段相比还是比较少。因此，在积极推动5G 700MHz标准与产业成熟方面，中国广电集团做了许多卓有成效的工作。

（1）2020年3月19日，中国广电推动的5G 700MHz（Band n28）大载频带宽提案在3GPP全会立项通过正式成为5G国际标准，R-16版本支持Band n28中2×30MHz上下行载波频宽。

此前，该频段内全球各国可用于5G的频宽较窄，大多在10MHz左右。中国广电推动的Band n28中2x30MHz上下行载波频宽提案是全球首个5G低频段大频宽国际标准，极大提升了700MHz黄金频谱资源的使用效率，为基于700MH频谱的业态创新提供了全新机遇和可能。

（2）在5G NR广播特性方面，中国广电联合行业伙伴作为支持者共同推动R-17 NR广播提案立项，此提案已在3GPP#86全会上获得通过，同时中国广电还作为牵头单位完成3GPP“5G组播广播服务系统架构增强”项目的国际标准制定工作。

5G NR广播是承载在5G SA网络上，充分利用移动蜂窝网络优势的广播技术。中国广电联合行业伙伴集中攻关及共同推动3GPPR-17 NR广播提案立项，已解决技术难题数十项，成功实现基于700MHz网络的5G NR广播实验。与传统广播业务相比，具备移动性，精准定向等优势，将广播电视业务从家庭扩展到平板、手机等智能终端上，实现广播业务的“人人通”“移动通”和“终端通”。

（3）2019年中国广电还联合美国无线运营商T-Mobile提交5G 600MHz/700MHz大尺寸终端四接收天线的提案并获通过，可确保700MHz大尺寸终端实现DL Rx 4天线，接入速率及信号稳定性提升近一倍，实现系统性能突破。受限于射频特性对天线的尺寸要求，前期移动终端在低频段频谱始终采用双天线接收方式，此提案通过后确保全球5G CPE等大尺寸终端在600/700MHz低频段能够采用四天线设计，接入速度与信号稳定性提升近一倍。在家庭等FWA（Fixed Wireless Access）固定场景下的5G 700MHz低频段高宽带接入应用领域，实现了系统性能突破。

1.3.2　产业链推动

5G 700MHz产业链推动一直是中国广电着力打造的领域，随着中国广电与中国移动共建共享700MHz网络有序开展，700MHz产业链各环节的协同更为关键。

2020年8月，中国广电组织携手华为、中兴、Vivo、爱立信、高通、联发科等国内外产业伙伴完成型号核准的5G 700MHz设备，产品类别包括700MHz频段的基站设备、5G手机、CPE终端、工业模组等，这标志着我国5G 700MHz产业链进入逐步成熟阶段。

2021年3月，中国广电、中国移动联合产业合作伙伴共同启动了700MHz终端生态共建计划，号召终端产业链升级频段能力，加速支持双方共建共享的2×30MHz大频宽5G 700MHz频段。会上中国移动正式发布了《5G手机产品白皮书》《泛终端产品白皮书》和《行业终端产品白皮书》，在中国广电与中国移动的通力合作下，白皮书相关章节明确了各品类5G终端对于700MHz频段的支持和技术要求，为产业共建700MHz终端生态提供坚实基础。

此外，中国广电5G实验室组织技术验证、产品测试、融合业务开发，先后打通了全球首个700MHz频段2×30M的终端性能验证测试实验、业界首个700MHz频段的5G VoNR电话，同时也打通了700MHz＋3.3GHz＋4.9GHz的协同组网以及中国广电5G融合App的发布。通过测试平台的打造，为产业链的成熟、为协同业界伙伴共同发力5G打下了基础。

（1）华为：完成全球首个5G 700MHz频段2×30MHz大频宽端到端方案的整体业务，该方案采用华为最新支持700频段2×30MHz频宽的4T4R基站设备和华为Mate X手机，下行峰值速率达到300Mbps以上，上行峰值达到150Mbps以上，同时也完成了异终端及芯片厂商的相关互联互通测试。首个700MHz频段5G SA VoNR高清视音频通话的打通，首个低频中频叠加组网覆盖与业务测试，首个5G NR广播业务演示等。

（2）紫光展锐：基于中国广电制定的3GPP 5G国际标准（700MHz大带宽技术标准以及700MHz频段终端四接收天线技术标准），完成了5G 700MHz频段2×30MHz大带宽网络的上行2流和下行4流端到端能力验证，在700MHz 2×30MHz频段下，测试成功，实现下载平均速率673Mbps，上传平均速率352Mbps，刷新了5G低频段终端的网络速率业界纪录。

（3）中兴通讯：在深圳率先完成了700MHz和4.9GHz频谱的5G载波聚合验证，演示基于中兴商用SG无线基站和最新的5GC核心网设备，采用中兴通讯最新的5G测试终端系统，实现了700MHz＋4.9GHz双载波聚合展示，系统下行数据吞吐率达到1.68Gbps。

（4）爱立信：在中国广电的指导下，联合产业合作伙伴基于由中国广电定的3GPP 5G国际标准成功完成了700MHz频段5G商用终端增强下行能力端到端验证。此结果创造了Sub1G低频段5G商用系统的下行速率业界新纪录，远高于下行双接收天线手机在同频段的速率，为中国广电下一步拓展5G低频段创新应用提供了有力支持。

（5）诺基亚贝尔：700MHz频段5G基站具有超强上下行覆盖能力，可明显减少投资、运维费用。基于700MHz频段5G现网的测试数据表明，在天线挂高38m的情况下，诺基亚贝尔700MHz频段5G基站的上下行拉远覆盖，上行最远达到7.1公里，下行到达6.8公里，达到业界顶尖水平。此外，诺基亚贝尔700MHz频段5G VoNR语音业务，在覆盖2.4公里处语音的MoS值还高于4 700MHz频段上的VoNR语音业务，能给终端用户带来极好的用户体验。

（6）鼎桥：针对700MHz频段推出5G模组，有效帮助行业终端厂商和客户完成700MHz终端产品的研制，提升了产品品质。同时还支持700MHz频段重三防的工业级产品CPE Ins 2.0，已经海内外30余个行业客户广泛应用。2021年推出支持700MHz频段的5G轻三防的室外产品CPE Max3，主要针对轻工业部署、家庭宽带室外应用等场景。

广电5G生态共建驱动700MHz产业链日趋成熟。虽然广电5G产业链相对于三大运营商会有所滞后，但根据中国信通院《国内手机产品通信特性与技术能力监测报告》（2021年第一期）显示，2021年第一季度申请进网的52款手机中，支持700MHz的5G手机终端有44款。截至2021年上半年，700MHz频段5G手机终端已达111款、模组13款、CPE28款、笔记本3款，中国广电700MHz频段5G终端已覆盖全品类高中低端市场。此外，利用700MHz频段广覆盖的优势，中国广电在5G网络的基础上也积极推动5G NR广播网的建设，促进全球700MHz相关无线网络设备、终端的产业化成熟，基站、手机终端、CPE、工业模组等均已实现产业支持。2020年以来，中国广电联合华为、中兴、大唐、爱立信、诺基亚等产业合作伙伴共同研发5G NR广播系统方案，并在北京完成了全球首次基于蜂窝基站和广播电视发射塔的NR广播融合方案部署、方案验证、外场覆盖测试及视频服务移动性交互测试等工作，实现了端到端5G广播在电视频道直播和公共安全服务场景的应用。