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陈志刚
本文是由欧洲议会经济，科学和生活质量政策政策司内部政策总司按照ITRE委员会要求对5G的深入分析，编辑是 Colin BLACKMAN和Simon FORGE，发表于2019年4月。该报告系统的检视了5G商业模式、技术、挑战以及在欧洲、美国、亚洲的部署进展，并从欧洲如何提高竞争力的角度给出了建议，不失为一面观察中国5G的镜子，也是大家系统了解全球5G竞争格局的重要报告。
0 前言及摘要
这项深入分析是由政策部门应ITRE委员会的要求编写的。它将欧盟的5G部署与其他主要经济体 - 美国，中国，日本，韩国，新加坡和台湾进行比较。在一系列指标上，欧盟比较好。但是，这不是一场短期比赛。5G比以前的无线技术更复杂，应被视为解决技术挑战和制定明确业务案例的长期项目。
根据一系列技术标准和其他标准，欧洲与其他主要国家和5G发展经济体（如美国，中国，日本，韩国，新加坡和台湾）相当。在分析各个国家参与者的市场和地位时，将国家和经济分类为5G技术（例如韩国，台湾）的生产者，5G技术的消费者（例如新加坡）或两者的分类是有帮助的。与美国，中国和日本一样，欧洲属于后一类。
事实上，在许多方面，欧洲处于有利位置，拥有先进的试点计划，城市试验和测试，以及对频谱分配和分配的共识。与其他一些国家相比，它也具有一些关键的战略优势。例如，尽管日本，美国或中国企业拥有所有权，但它仍然是重要设备供应商（例如诺基亚和爱立信）以及各种关键集成电路设计者（例如ARM /软银）的所在地。此外，关键技术标准组织ETSI / 3GPP位于欧盟，是其所依据的技术，标准和专利的智能中心。
越来越清楚的是，5G的部署成本将比以前的移动技术（可能是其三倍）更加复杂，并且需要更密集的基站覆盖以提供预期的容量。欧盟委员会估计，它将耗资5000亿欧元来实现其2025年的连通性目标，其中包括所有城市地区的5G覆盖率。
由于5G是由电信行业及其设备制造商推动的，因此该行业正在开展一项重大活动，以说服政府，5G部署将极大地刺激经济和就业。但是，大家还没有看到可以确保市场的重要“需求拉动”。这些活动也针对移动网络运营商，但他们投资新技术和基础设施的能力有限，因为他们对3G和4G投资的回报仍在收回。
“竞赛”的概念是竞选活动的一部分，但很明显，这项技术需要比前几代人更长的时间来完善。例如，中国认为5G至少是一个十年计划，可以全面运作并在全国范围内全面推广。这是因为与5G相关的技术要复杂得多。例如，目前尚未很好理解的一个方面是不可预测的传播模式，其可能导致人类暴露于电磁辐射的不可接受水平。 该报告提出了四项建议，以改善5G在欧盟的长期成功：
增加对5G的长期研发工作对于理解多个传播未知数（例如，在mmWave频率下使用MIMO测量和控制RF EMF暴露）至关重要。
需要对业务模型进行更详细的研究，以更好地确定5G的目标，范围和收入来源。
5G网络政策应基于鼓励基础设施共享和基础设施与服务的分离。
为小型无线接入点（SAWAP）的部署开发轻量级监管框架，这对于所设想的5G网络的密集化至关重要，对于在必要的大规模基站上轻松部署至关重要。
1 5G的挑战
1.1概况
移动运营商和设备商承诺推出一种新的无线技术，称为5G，这可以为移动设备提供高速且可靠接入。更重要的是，5G基于全新架构和关键技术可以更好的应用于智慧城市、先进制造业、医疗和车联网等行业。
如果满足欧盟2025年连接目标，这个目标包括：5G覆盖城市和乡村、在竞争性数字单一市场实现全连接、迈向欧洲千兆社会，那么整个成本大约为5000亿欧元。
鉴于投资规模的巨大性，移动运营商需要让政府相信5G的确能够带来经济和社会效益，而不是单纯的营销炒作。比如给行业政策制定者一种假象，让他们认为各国之间的竞争焦点是谁能够第一个推出5G服务和欧洲落后了。
电信业和主流媒体每日热衷于报道关于5G的最新的发展和谁在这场比赛中领先了。但是关于更基本问题，比如：5G到底是什么，能够用于什么、是否安全、是否物有所值以及否有人愿意为此付钱，却鲜有答案。
分析美国、中国以及其他国家的战略来看，欧洲最重要的教训是亚洲国家开发和部署新的无线技术是一个更长远的项目，那么短期比赛到底又能意味着什么呢？（Jefferies，2017）。
本报告检视了5G的商业模式，技术，标准，试点示范和全球商业推广的现状，以比较欧盟与美国，中国和其他亚洲国家的进展。
1.2 5G的商业模式
5G的目标之一是以10Gbps的宽带速度提供移动和固定互联网接入，比当前技术LTE的理论速度快约100倍。该背后的商业驱动因素是：
更快地传输更大量的数据，用于满足娱乐内容的视频和社交网络上的实时流媒体需求。
减少移动网络上用于游戏和某些垂直行业业务应用的响应时间（或延迟），例如：实时制造和过程控制的物联网（IoT）应用。
国际电信联盟（ITU）将5G业务模型分为三个用例，每个用例都有不同的通信需求：
增强型移动宽带（eMBB），旨在通过更高速率的视频通道进行娱乐，视频社交网络和多媒体通信。
大规模机器类型通信（mMTC），设计用于每平方公里数十万设备的广域覆盖，通常用于确保低价、 软硬一体娿设备的无处不在的低功耗的连接，例如：监控城市的空气质量。
关键机器类型通信（cMTC），用于实时监控和控制，具有极低的端到端延迟和高可靠性。这些可称为超可靠的低延迟用于工业工作流程的通信（URLLC），例如智能电网中的能量分配自动化，工业过程控制和传感器网络，其中在可靠性和低延迟方面有严格的要求。
最重要的是，当前的移动网络运营商（MNO）的商业模式可能受到工业用户的挑战。这些用户不愿为昂贵的5G连接付费，特别是对他们而言，在智能制造等行业可能出现新的商业模式：网络所有权和运营的新模型。在垂直工业部门（例如航空航天和汽车制造，建筑，卫生服务，公用事业等）中，行业参与者可能成为普遍的5G网络建设者，所有者和运营商。此外，可能存在多运营商“小小区”网络，在普通公众需要连接的情况下，出现网业分离的情况（应用服务和基本网络基础设施分离）。
1.3 5G带来了新的挑战
对于5G而言，与前几代移动基础设施相比，获得更高数据速度和更低延迟的技术方法非常复杂。5G修改了基本的蜂窝无线电技术模型：
波束成型技术：一种不是在基站周围的一部分小区上发送广域广播，而是使用“有源天线”技术形成一组可控无线电波束，其功率集中在一个小区域 接收手机。
更高的数据速率需要更高的频率和更大的带宽：尽管在5G Phase 1提出了低频率（UHF范围内频率），但是更高的频段也被提出来，这些频段此前多用于雷达和微波链路。是否会发生这种情况仍有待商榷。部分运营商在高频频率进行了商业测试（例如，在美国的AT＆T，28GHz）。新频段远高于UHF范围，无论是厘米（3-30 GHz）还是毫米频段（30-300 GHz）和普遍“mmWave”，但目前的技术挑战是成本太高。在这些较高频段中，更多频谱仍然未分配，因此更宽频带的更宽频带对于更多信道而言也是空闲的，并且也更高每个信道的数据速率。消费者作为目标用户是否会重视更高的数据速率尚不清楚，或者他们是否需要更高的容量，或者能够负担得起手机和服务资费（Webb，2018）。预计运营商的带宽为100 MHz至400 MHz，而UHF频道的带宽为10至20 MHz（Bertenyi，2017）。这可以同时为更多用户提供服务，并且对于希望更加密集的人类用户群（可能是更快的数据速率）或物联网机器用户的商业模型可能需要。
更短的范围，更多的干扰和室内穿透：无线电信号的有效范围与频率的平方成比例地减小。这对蜂窝无线电网络的资本成本具有重大影响。虽然目前正在试用的许多5G网络将使用低得多的频带，但是未来提出的那些较高频率可能仅提供数百甚至数十米的传播范围。更高频率的信号也会受到更多天气的干扰，包括 雨，雪，雾以及障碍物 - 湿润的树叶或建筑物及其墙壁。这意味着，在较高频率下，如果基于穿墙或窗户穿透，室内使用可能是有问题的。因此，重新使用现在强调现有的UHF频段以及3-10 GHz范围内的频段（“中频”），为5G信号提供更大的范围，同时减少技术挑战。
1.4 网络密集化的挑战
应根据网络经济学来理解上述趋势的含义，网络经济学由信号传播特性决定。较短的范围意味着更多的基站和更高的成本，如图1所示。
随着更高的频率和更短的范围，基站将更紧密地封装到给定区域中，以提供完全覆盖，避免“非点”。每个“蜂窝”的覆盖面积较小，20至150米的范围可能是常见的配置。小区半径20米意味着每平方公里约800个基站（或小区域无线接入点（SAWAP）。这与使用大型或“宏站”的3G和4G形成鲜明对比，它们提供2-15公里或更长的范围，因此可以覆盖更大的区域，但同时用户更少，因为他们拥有更少的个人信道。SAWAP的概念已经在LTE中用于在某些程度上在阿姆斯特丹和新加坡等城市进行非现场填充，但没有达到5G所设想的规模。
这种密集的网络部署将是昂贵的，不仅在安装方面，而且在获得规划许可和任何授权的成本和延迟方面也是如此。因此，对于拥有5G小型蜂窝的城市覆盖，欧盟成员国简化和协调其授权许可和规划许可流程，以实现欧盟标准的致密化方法是明智的：
需要小基站标准，为欧盟提供高质量室外和室内蜂窝连接的前进方向，以支撑轻触监管制度，这对确保每平方公里数百个小基站的快速部署至关重要。
主要工作将包括大规模的安装人员培训和认证
通过令人满意的设计和安装实践，提供美学意义上的设计，降低公众的反对意见.EECC试图通过各种措施（主要是第57条）来解决这个问题。
1.5 更密集的网络成本可能会推动共享基础架构
在目前全球电信行业不确定的状态下，对新投资和重大投资的呼吁都不受欢迎，特别是那些具有不确定性的商业模式的投资 - 总体成本和回报不明确。
5G可以变革基础设施所有权模式，既可以共享物理网络也可以共享频谱，或者通过服务和网络的分离，因此玩家可以选择网络层或服务（Marti，2019a）。这种经过新的的商业模式可能会引入“中立主机”的概念 - 拥有和运营网络的第三方以及共享许可频谱当前基础设施竞争模式的替代方案（Small Cell Forum，2017）。专业的5G网络运营商/所有者中立的方式支撑所有服务，受到全球最大的运营商的欢迎（Grijpink，Hrlin，Lung和Ménard，2019）。商业模式是否依赖于基础设施中立主机，还是具有运营商所有权的较小形式共享网络基础设施尚不清楚。
1.6 5G标准仍有待最终确定
虽然下一代移动无线电业务的技术标准尚未最终确定，但欧盟，美国，中国和其他国家仍计划成为第一个部署工作广告的国家网络。ETSI / 3GPP SDO的5G网络标准的初始规范于2017年发布，但第一个5G标准3GPP Release 15的其余部分于2018年9月出现。它支撑28 GHz mm波频谱和MIMO天线阵列技术。因此，2019年将是国际电联批准的ETSI / 3GPP工作标准的关键一年，其中5G被称为国际移动2020年电信（IMT-2020）。正在讨论三个频谱范围：
此外，世界各地的主要移动网络运营商都期待2020年完整版的后原型设备，包括一系列手机。但是，上述范围并不包含所有可能性。例如，中国目前支撑2.6G用于5G（Handford，2019），这可能会影响其他国家。
在欧盟，无线电频谱政策小组（RSPG）赞成3.6 GHz频段（3.4-3.8 GHz），26 GHz频段（24.25-27.5 GHz）和现有欧盟统一的UHF频段，用于1 GHz以下的移动业务，例如，在UHF范围内的700 MHz频段及以上，在其第三种观点（RSPG，2018）中。
可以在10月至11月在沙姆沙伊赫举行的世界无线电通信大会（WRC-19）上达成关于频谱标准的协议。它应该确定特定光谱的使用。
在接下来的四年及以后的三个全球区域中，每个区域都有5G的频段。为筹备WRC19，首先制定区域规则。CEPT ECC PT-1下的工作组负责欧盟针对WRC的频谱提案。目前在频谱上的发展欧洲5G的协调仍需要更多的努力，建议的频段包括3.6 GHz和26 GHz频段。考虑到WRC-19的准备工作，欧盟各国也有国家战略，欧盟成员国的重点是3.6 GHz频段，但也关注27.5-29.5 GHz频段。
3GPP Release 15支撑高速视频增强移动宽带（eMBB），超可靠低延迟通信（URLLC）和大规模机器类型通信（mMTC）。它完成了机的端到端规范。这些将被苹果，SAMSUNG和其他人使用。现在将构建各种版本的处理器和硬件市场营销，如来自ARM，英特尔，苹果，SAMSUNG高通等的无线调制解调器和处理器芯片组。来自诺基亚，爱立信和思科等供应商的首批小型蜂窝基站也是基于这个规范。
R15支撑所谓的新无线电（NR），它是5G将使用的两个主要频率范围的无线电空中接口。这些频率范围1（FR1）低于6 GHz且远高于此值厘米和毫米范围内的频率，或称为mmWave范围的频率范围2（FR2）（Bertenyi，2017）。5G NR还支撑试用试验的配置，称为非独立模式。它基于LTE用于核心网络，具有5G RAN和5G手机。独立模式是完整的5G实现，具有5G核心网络和5G手机。
下一代3GPP 5G标准贡献版本16适用于智能城市，大型机器通信和互联车辆等的物联网应用，预计将于2019年12月或早期发布。
2020年移交国际电联工作组批准。3GPP已于2017年12月批准了非独立（NSA），并于2018年1月批准了5G独立（SA）标准，以完成第15版。
根据过去的经验，未来十年可以在几个进一步的版本中完成完整的5G标准。但是，只有当且仅当如此，才能实现无线电技术的全部范围。
该技术被可以使用它的垂直行业所采用，所采用的商业模式超过了当今的移动运营商。
1.7 5G电磁辐射与安全
人们对5G引起的射频电磁辐射暴露对健康和安全造成的潜在影响产生了重大关注。辐射暴露增加可能不仅来自5G中更高频率的使用，还来自不同信号聚合、动态性质以及复杂干扰效应，尤其是在密集的城市地区。
5G无线电发射场与前几代产品完全不同，因为它们在两个方向上都有复杂的波束形成传输 - 从基站到手机以及返回。尽管光束高度聚焦场，但它们随时间和运动而快速变化，因此信号水平和模式作为闭环系统相互作用，因此是不可预测的。对于实验室外的实际情况，尚未对其进行可靠对应。
国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）发布指南限制暴露于电场，磁场和电磁场（EMF），欧盟成员国根据ICNIRP指南的理事会建议1999/519 / EC，问题在于目前，无法准确模拟或测量现实世界中的5G辐射。
2.领先国家的5G部署
这一节大家总结了在5G计划中被认为最先进的国家和经济体的5G部署情况 - 美国，中国，日本，韩国，新加坡和台湾。
2.1美国
四大移动网络运营商（AT＆T和Verizon，以及Sprint和T-Mobile）的计划将决定美国未来五年5G的进展。它们在术语“5G”方面非常多样化，他们的商业模式，推出时间表以及将使用哪些部分频谱。目前只有原型手机可用，但预计2019年将首次推出消费者版本。
所有移动网络运营商都已开始试用5G技术和设备，计划于2019年底进行商业发布。联邦通信委员会（FCC）于2018年11月举行了高频频谱拍卖（即10 GHz以上），但目前还不清楚将提供中频频谱（即高于3 GHz - 6 GHz的UHF频段）。到2019年初，已有16个州制定了立法，以便更容易部署小型蜂窝。
Verizon：2018年10月，Verizon推出了“5G Home”，声称它是第一个商用5G服务，超过其专有的5GTF网络标准。速度范围从300 Mbps到1 Gbps，具体取决于位置。
它在四个大城市的部分地区提供固定无线接入（FWA）宽带，用于家庭连接，2019年更多。服务费为每月70美金或现有客户每月50美金。
萨克拉门托5G网络的独立现场测试显示，该市约有10％的5G家庭覆盖率（Dano，2019）。但是，所使用的FWA技术是预标准版本，可能在3GPP标准设备可用时被替换。Verizon的网络基于28 GHz频谱，并持有许可证。这个频段适合快速数据下载，但不适用于大型数据区域。Verizon声称距离发射机站点和潜在客户的位置约300米，但现场测试显示其大约一半。自2017年以来，Verizon一直在测试mm-wave 5G服务在11个城市（安娜堡，亚特兰大，伯纳兹维尔，布罗克顿，达拉斯，丹佛，休斯顿，迈阿密，萨克拉门托，西雅图和华盛顿特区）。它展示了2018年超级碗的5G视频通话以及2018年2月诺基亚和高通的5G NR数据实验室传输。2018年6月，Verizon测试了双向数据传输和多载波聚合以及户外非常高的速度。2018年8月，Verizon与诺基亚成功地将5G NR信号传输到移动车辆，使用频谱在新泽西州试验中的28 GHz频段。然后在2018年9月，它使用带有诺基亚5G无线电的5G原型核心网络完成了对华盛顿28 GHz测试车的5G传输的测试设备。它还在华盛顿特区和明尼阿波利斯的商业试验中传输了5G信号，并为其5G NR网络提供了原型用户设备。
T-Mobile USA：相比之下，虽然T-Mobile并没有忽视高频段频率，但它并不想浪费其600 MHz的频谱投资。为了证明mmWave不是一个5G的先决条件，T-Mobile最新的5G演示，于2019年1月开通，运行频率为600 MHz。它的目标是2019年初的商业发布。MNO预计基于5G的FWA（固定无线接入）覆盖范围将在未来5年内为多达三分之二的美国人口提供100 Mbps的数据速率，并在2024年覆盖美国的90％（欧洲5G天文台，2019年） ）。
600 MHz频段将成为发射和首次部署的载波，第二阶段将有28 GHz和39 GHz频段。他们的策略是展示高速，早期覆盖范围广，并在美国市场占据优势。
在拉斯维加斯举行的2019年1月消费电子展上，它宣布使用600 MHz频段进行首次数据和视频通话。使用3GPP最新的5G新无线电（NR）标准，运行与英特尔和爱立信（Bosnjak，2019）合作设计和创建的实验性5G设置，与企业的实时商用（LTE）网络集成。T-Mobile还确认了一个成功的三频段视频通话，利用其最新技术，通过三个不同的频段--600 MHz，28 GHz和39 GHz连接三个用户。因此，T-Mobile将在2019年将600 MHz 5G部署的资本支出从2018年的58亿美金扩大到2019年的61亿美金（TelecomLead，2019），增长6％。
T-Mobile于2018年8月与爱立信和诺基亚签署了两份价值35亿美金的合同，以支撑全国范围的5G NR网络部署。根据合同，爱立信将为T-Mobile提供5G NR硬件和App，以及爱立信用于管理的数字服务App。T-Mobile还宣布到2020年在达拉斯，拉斯维加斯，洛杉矶和纽约市推出移动5G的目标城市。
AT＆T：2018年12月21日，AT＆T成为美国第一家宣布推出基于3GPP标准的移动5G发布商用网络的企业。它计划在2018年底之前向12个城市推出5G服务。有趣的是，AT＆T仍保留5G用于固定无线接入（FWA）。
将在2019年进一步推出另外19个城市。其技术合作伙伴包括爱立信，SAMSUNG，诺基亚和英特尔，这是自2017年初以来在FWA和移动领域进行的四项全市试验5G（欧洲5G天文台，2019年），展示了其首款采用mmWave频谱的移动5G设备以及“首次毫米波移动5G浏览会议”。
此外，AT＆T一直在提供自己的5G形式，引起了一些争议，称为5G +，但实质上是LTE的升级。AT＆T建议Netgear Nighthawk 5G移动热点设备在AT＆T的5G +网络上运行，但超过mmWave频谱而不是UHF。有争议的是，它将其LTE网络标记为5G Evolution或5G E，这是围绕5G大肆宣传的明显例子（Reardon，2019）。 AT＆T还为12个城市的密集城区提供5G热点，并在2019年扩展到其他7个城市的部分地区。在家中，Netgear Nighthawk 5G移动热点设备（或“冰球”） 将在AT＆T的5G +网络上运行28 GHz mmWave频谱。5G +网络覆盖范围之外的客户将能够使用该设备获得最佳接收的本地移动网络，例如AT＆T的5G演进LTE网络（带载波聚合）。请注意，早期的5G客户设备和资费计划并不便宜。Nighthawk热点设备的初始成本为499美金，具有15 GB的数据计划合同5G每月花费70美金。
Sprint：规模小得多的MNO，计划在2019年上半年实现商业发布。九个目标城市的mmWave网络客户应该拥有韩国LG的第一款5G智能手机。
到2019年中期。它在2.5 GHz范围内测试了5G，用于2018年亚特兰大超级碗的密集环境，并为飞行员智能手机提供App升级。Sprint拥有美国任何MNO的2.5 GHz频谱，并建议通过大规模MIMO在城市中心重用LTE和5G，因此它可以利用其当前的宏小区站点和塔（Alleven，2018） ）。Sprint仍在讨论与T-Mobile USA的合并提议，希翼将其2.5 GHz 5G网络与城市中心结合使用T-Mobile用于农村和郊区的600 MHz网络，未来的厘米频段接近26 GHz，更高，适用于未来密集的城市环境。
结论
美国正朝着某种形式推出5G移动宽带，但不一定是整体的，精心策划的运营。它更像是一套临时的商业演习。其中一些只是重塑现有的LTE，而不是提供新颖的网络。在UHF范围（300 MHz至3 GHz）中重用LTE频谱非常重要。后者的决定可能是由于其大型农村空间和位于海岸线的高密度城市中心的地理位置所致。因此，对于高厘米频段（25-30 GHz及更高频段）的5G的坚持可能不如亚洲和欧盟的密集大都市那么合理。
一个重大挑战涉及行政当局阻碍小型基站推出的障碍。对许多小型基站的需求意味着长时间的延迟和高成本。
尽管如此，地方法规继续占上风。联邦通信委员会对light-touch制度和最低许可成本的授权。这导致地方政府和中央政府之间在必须获得推出许可的原则上存在广泛的分歧收费。地方政府，特别是在较大的城市，与FCC（Zima，2018）争论不休。美国联邦通信委员会2018年8月的任务授权正面临一些法院挑战，这些挑战超越了当地对“one touch”权力的反对意见。
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发表于 2019-4-25 15:49:31