在談這個(gè)問題之前，首先我們來談?wù)劻硪粋€(gè)問題：為什么我們需要一個(gè)新的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)？

一定是出現(xiàn)了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法解決的新問題。

總體上看，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的誕生，從整個(gè)流程來看應(yīng)該會(huì)大致分成四個(gè)階段：

1、 問題發(fā)現(xiàn)和抽象階段；
2、 定義系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo) –KPI
3、 制定并發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)；
4、 標(biāo)準(zhǔn)完善與演進(jìn)階段。

一、問題的發(fā)現(xiàn)與抽象

因此，制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)第一步就是找到新的問題，而這些問題通常是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)很難解決的。

以制定5G標(biāo)準(zhǔn)為例：上一代，也就是4G的LTE-Advanced系統(tǒng)可以很好的提供單小區(qū)（峰值速率）大約1Gbps的移動(dòng)寬帶接入服務(wù)，用戶在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好的情況下可以享受到大于1Mbps的用戶體驗(yàn)速率，目前的視頻、微信等各種APP都能正常的運(yùn)行。那么，是不是就沒有問題了呢？不是的，還有至少兩個(gè)問題需要解決：

1． 面對類似VR、AR這類新的業(yè)務(wù)模式，用戶需要更高的體驗(yàn)速率。在ITU M.2083 (IMT.Vision)中，提出了5G系統(tǒng)需要提供高達(dá)100Mbps的用戶體驗(yàn)速率，這個(gè)以目前LTE-A的設(shè)計(jì)能力上限（32載波聚合+ MIMO + 256QAM）很難實(shí)現(xiàn)。

2． 針對物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的優(yōu)化。IoT[業(yè)務(wù)的應(yīng)用場景很多，熱門的包括智能穿戴設(shè)備、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等。在5G的應(yīng)用場景討論時(shí)，這些應(yīng)用場景被分為兩類：海量物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）和低時(shí)延高可靠（URLLC）。

a. mMTC包括智能穿戴設(shè)備、智慧城市等場景，目標(biāo)是提供極大的系統(tǒng)容量，為百萬計(jì)的低功耗IoT終端提供服務(wù)。目前大紅大紫的NB-IoT就是針對這種場景設(shè)計(jì)的，未來NB-IoT在5G的演進(jìn)版本將會(huì)滿足這個(gè)場景對應(yīng)的百萬終端連接能力、低功耗、大覆蓋等設(shè)計(jì)指標(biāo)。

URLLC（也稱為關(guān)鍵業(yè)務(wù)控制- Mission Critical）包括車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、無人機(jī)控制等場景，目標(biāo)是在保證超低時(shí)延的同時(shí)提供超高的傳輸可靠性。在移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中高可靠傳輸通常是犧牲時(shí)延通過多次重傳（HARQ/ARQ）達(dá)到的，而低時(shí)延傳輸通常又是放松可靠性要求滿足的，可以說二者是矛盾的一對設(shè)計(jì)指標(biāo)。在工業(yè)控制場景中控制信號要求1ms的傳輸時(shí)延內(nèi)達(dá)到10^-5的錯(cuò)誤率。這個(gè)指標(biāo)非常苛刻，即便采用了rel-14/15優(yōu)化后的LTE幀結(jié)構(gòu)（shorten TTI）也很難達(dá)到。同時(shí)，URLLC還定義了新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo) – 可用性（availability），即終端在絕大多數(shù)時(shí)間(如95%)都可以享受服務(wù)，同時(shí)中斷服務(wù)的時(shí)間上限應(yīng)小于某個(gè)門限（如10ms）。

這是IMT-2020PG的例子

在問題發(fā)現(xiàn)和抽象階段，來自世界各地的5G工作組和論壇起到了巨大作用。這其中包括IMT-2020推進(jìn)組（中國）、未來移動(dòng)通信論壇（中國）、5GPPP（歐洲）、5G Forum（韓國）、5GMF（日本）、5G Americas（美國）和運(yùn)營商論壇 –NGMN。各個(gè)工作組、論壇分別搜集、整理來自本國或本地區(qū)的需求，并抽象成對應(yīng)的場景。這些場景大部分都以白皮書的形式發(fā)布，作為5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參考。

為了制定全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，這些場景需要有一個(gè)國際性的權(quán)威組織統(tǒng)一整理后，制定一個(gè)正式的5G需求并發(fā)布。這個(gè)5G通信標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定、發(fā)布的唯一機(jī)構(gòu)就是ITU（國際電聯(lián)）。ITU是通信界的聯(lián)合國，是由各國政府組成的。在中國，ITU代表團(tuán)是由多個(gè)政府部門組成的，其中移動(dòng)通信的代表是由工信部選定并領(lǐng)導(dǎo)的。需要注意的是：ITU只負(fù)責(zé)發(fā)布5G標(biāo)準(zhǔn)的場景和設(shè)計(jì)目標(biāo)并最后評估、認(rèn)定5G標(biāo)準(zhǔn)；ITU并不具體制定5G標(biāo)準(zhǔn)，這些具體技術(shù)工作是由3GPP、IEEE等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織完成等。ITU在收到以上各個(gè)組織的輸入后，經(jīng)過會(huì)議討論，發(fā)布了5G的場景和需求報(bào)告 –ITU Recommendation M.2083 –IMT.Vision，用以指導(dǎo)5G標(biāo)準(zhǔn)的制定。

下圖就是ITU整理出的三大5G應(yīng)用場景和對應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。三個(gè)應(yīng)用場景分別是：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、低時(shí)延高可靠通信（URLLC）和海量物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）。圖中的應(yīng)用實(shí)例分別對應(yīng)不同的場景，有些的還會(huì)兼具不同場景的特點(diǎn)。例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）業(yè)務(wù)，既要求eMBB的大數(shù)據(jù)量，還要求URLLC的較低傳輸時(shí)延。而智能家居中既有遙控器、傳感器這種低功耗（mMTC）設(shè)備，又包括視頻共享這種典型的eMBB大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)。

二、定義系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo) –KPI

歸納定義好通信場景后，就進(jìn)入了系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。第一步，我們需要針對每個(gè)場景抽象出通信系統(tǒng)需要具備的能力，也就是關(guān)鍵性能指標(biāo) –KPI（Key Performance Indicator）。對于通信系統(tǒng)而言：應(yīng)用場景是面向最終用戶的，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是工程師的工作。KPI連接了用戶和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工程師，就像是嬰兒的臍帶：源源不斷為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供素材，供應(yīng)著5G系統(tǒng)的成長。

IMT.Vision針對三個(gè)場景定義了一系列設(shè)計(jì)目標(biāo)，其中包含了8個(gè)量化的KPI：數(shù)據(jù)峰值傳輸速率、用戶可體驗(yàn)傳輸速率、時(shí)延、可靠性、單位面積的連接密度和流量密度、最大移動(dòng)速度、頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)能效。此外，還有一些設(shè)計(jì)目標(biāo)（如安全和隱私保護(hù)、頻率使用的靈活性、低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端的工作周期）不易被量化，被保留到制定標(biāo)準(zhǔn)階段再具體定義。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)需要同時(shí)滿足IMT.Vision中所有的KPI中，才能稱之為5G標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，僅僅滿足其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)是不能被稱為5G標(biāo)準(zhǔn)的。目前看起來，只有3GPP有制定滿足一整套5G需求標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)劃，其他標(biāo)準(zhǔn)組織都聚焦在其中部分應(yīng)用場景。

考慮到大家比較熟悉IMT-2020推進(jìn)組的5G之花，這里沒用IMT.Vision的雷達(dá)圖，而是用了5G之花來介紹一下5G的KPI。考慮了（中國以外）別的國家和地區(qū)的需求，兩者在KPI的取值上有一些區(qū)別，但KPI的定義是基本一樣的。

5G之花的花瓣就是IMT-2020推進(jìn)組提供的5G和4G在6個(gè)指標(biāo)上的對比。我們可以看到在eMBB最重要的指標(biāo) – 數(shù)據(jù)傳輸速率上：5G能實(shí)現(xiàn)大于10Gbps的峰值速度，是4G的10倍以上；100Mbps以上的用戶體驗(yàn)速率，也是4G的10倍以上。而三片綠葉指出：5G需要對能效、頻譜效率和成本效率三個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和提升。

三、5G標(biāo)準(zhǔn)制定

KPI把場景量化到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，之后就進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)制定階段。在行業(yè)里有句話叫：標(biāo)準(zhǔn)組織搭臺(tái)、企業(yè)唱戲。針對這些場景和KPI，各個(gè)公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)分別選擇關(guān)鍵技術(shù)并設(shè)計(jì)自己的解決方案。這些企業(yè)來自通信行業(yè)的各個(gè)協(xié)作角色：提供基站的華為、愛立信、諾基亞和中興；銷售芯片的高通、英特爾和展訊等；運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的中國移動(dòng)、中國聯(lián)通和中國電信等；制造手機(jī)的三星、聯(lián)想、酷派、OPPO、VIVO、蘋果等。值的注意的是，一些互聯(lián)網(wǎng)巨頭（Ali、Google、Facebook）和汽車行業(yè)的GM（通用汽車）也加入了3GPP參與到5G標(biāo)準(zhǔn)制定的行列。

在各個(gè)技術(shù)方案提交到標(biāo)準(zhǔn)組織討論之前，大多數(shù)會(huì)通過各個(gè)場合互相交流，并試圖通過充分的討論完善整個(gè)技術(shù)方案。這個(gè)時(shí)期的交流既包括各種5G峰會(huì)，也有行業(yè)內(nèi)的大公司之間的交流，為的是統(tǒng)一思想、保證5G設(shè)計(jì)不出現(xiàn)方向性的分歧。

經(jīng)過長時(shí)間的醞釀和準(zhǔn)備，3GPP在2015年9月召開了一次5G研討會(huì)，各家公司都描繪了心目中的5G關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)被總結(jié)、歸納之后，隨后3GPP在2015年12月正式啟動(dòng)了5G的標(biāo)準(zhǔn)制定。簡單的說，標(biāo)準(zhǔn)制定分為研究階段和標(biāo)準(zhǔn)制定階段，前者是確定技術(shù)方向（如信道編碼采用Turbo、LDPC還是Polar），后者是確定具體設(shè)計(jì)（如LDPC的編碼矩陣設(shè)計(jì)）。

在標(biāo)準(zhǔn)制定階段，各個(gè)公司的參會(huì)代表將方案分別提交給對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組織，并在標(biāo)準(zhǔn)會(huì)場進(jìn)行技術(shù)討論。通過充分的技術(shù)討論，標(biāo)準(zhǔn)組織在每個(gè)技術(shù)點(diǎn)（編碼、調(diào)制、多址、接入、波形等等）分別選擇出最優(yōu)秀的技術(shù)方案，并根據(jù)這些方案設(shè)計(jì)出完整的通信系統(tǒng)。

標(biāo)準(zhǔn)通常并不記載全部的系統(tǒng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，而只規(guī)定必要的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體（如基站、終端、各種核心網(wǎng)邏輯設(shè)備）和不同網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的接口和通信方法。例如：基站與手機(jī)之間的信令會(huì)影響到來自不同制造商的基站和手機(jī)之間通信，因此需要被標(biāo)準(zhǔn)化；而基站調(diào)度小區(qū)內(nèi)多個(gè)手機(jī)的方法是基站的實(shí)現(xiàn)方法，并不需要手機(jī)知曉，因此就不需要標(biāo)準(zhǔn)化。

標(biāo)準(zhǔn)完成后會(huì)正式發(fā)布，供所有行業(yè)內(nèi)的公司執(zhí)行。目前3GPP是按照版本（Release）發(fā)布的，版本之間間隔大約1年到2年，一個(gè)版本內(nèi)所有的新技術(shù)特征會(huì)統(tǒng)一發(fā)布。按照目前的計(jì)劃，3GPP把5G標(biāo)準(zhǔn)分為兩個(gè)階段，第一階段（Release-15）會(huì)在2018年的6月發(fā)布，這個(gè)版本不能滿足所有的KPI，因此不是嚴(yán)格意義上的5G標(biāo)準(zhǔn)。第二階段（Release-16）將在2019年底發(fā)布，這個(gè)版本將是真正的5G標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)制定中難免有疏漏和錯(cuò)誤。各個(gè)廠家會(huì)將執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)漏寫成技術(shù)文稿（CR）提交到標(biāo)準(zhǔn)組織，討論通過后標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被相應(yīng)的修定。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)被升級到新的版本。

四、中國產(chǎn)業(yè)界的積極參與

題主覺得非常有必要強(qiáng)調(diào)一下中國力量在5G標(biāo)準(zhǔn)的積極參與與推動(dòng)。

中國的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)界在信通院的領(lǐng)導(dǎo)下，在2013年初成立了IMT-2020推進(jìn)組。并同時(shí)成立了三個(gè)工作小組：5G需求、5G無線技術(shù)和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2014年5G需求小組完成了IMT-2020推進(jìn)組的《5G愿景和需求》白皮書，并提交給ITU的需求討論中。這份白皮書將5G歸納為4個(gè)場景：廣域連續(xù)覆蓋、熱點(diǎn)高容量小區(qū)、低時(shí)延高可靠和低功率海量物聯(lián)網(wǎng)。在ITU中，前兩個(gè)場景被歸納為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)，而后兩個(gè)場景被直接采納。同時(shí)，白皮書中5G的9個(gè)KPI有8個(gè)被ITU采納。由此可見中國5G的研究從需求階段就被業(yè)界廣泛認(rèn)可。

推進(jìn)組中5G無線技術(shù)和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組于2015年發(fā)布無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書。其中推薦的幾個(gè)主要技術(shù)UDN、Massive MIMO、新型波形與多址、新編碼、NFV、SDN和網(wǎng)絡(luò)切片也都成為標(biāo)準(zhǔn)化的熱點(diǎn)。

目前，中國5G網(wǎng)絡(luò)商用時(shí)間表已正式出爐，三大運(yùn)營商將在2020年正式商用5G網(wǎng)絡(luò)。2015年9月，工信部領(lǐng)導(dǎo)的5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)正式開始。目前已經(jīng)完成第一階段的單項(xiàng)技術(shù)驗(yàn)證，并進(jìn)入驗(yàn)證基站到終端通信能力的第二階段測試。第三階段將于2017年9月開始，將驗(yàn)證多廠商的互通能力。2018年9月到2019年底，試驗(yàn)將進(jìn)入產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)階段，為2020年的正式商用5G網(wǎng)絡(luò)做好準(zhǔn)備。與激進(jìn)的日、韓、美國相比，這個(gè)計(jì)劃顯得更加沉著而有備，在商用之前進(jìn)行為期4到5年的技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)；與經(jīng)濟(jì)狀況欠佳而行動(dòng)遲緩的歐洲相比，中國的測試計(jì)劃則更加進(jìn)取，這也是中國在移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)從制造領(lǐng)先轉(zhuǎn)向研發(fā)領(lǐng)先的明證。

參考文獻(xiàn)：

[1] ITU-R M.2083, IMT Vision - "Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond", Sep. 2015.

[2] IMT-2020推進(jìn)組，5G Vision and Requirements, Apr. 2014.