在談這個問題之前，首先我們來談談另一個問題：為什么我們需要一個新的移動通信標準？

一定是出現了現有標準無法解決的新問題。

總體上看，一個標準的誕生，從整個流程來看應該會大致分成四個階段：

1、 問題發現和抽象階段；
2、 定義系統關鍵性能指標 –KPI
3、 制定并發布標準；
4、 標準完善與演進階段。

一、問題的發現與抽象

因此，制定一個標準第一步就是找到新的問題，而這些問題通常是現有標準很難解決的。

以制定5G標準為例：上一代，也就是4G的LTE-Advanced系統可以很好的提供單小區（峰值速率）大約1Gbps的移動寬帶接入服務，用戶在網絡質量好的情況下可以享受到大于1Mbps的用戶體驗速率，目前的視頻、微信等各種APP都能正常的運行。那么，是不是就沒有問題了呢？不是的，還有至少兩個問題需要解決：

1． 面對類似VR、AR這類新的業務模式，用戶需要更高的體驗速率。在ITU M.2083 (IMT.Vision)中，提出了5G系統需要提供高達100Mbps的用戶體驗速率，這個以目前LTE-A的設計能力上限（32載波聚合+ MIMO + 256QAM）很難實現。

2． 針對物聯網（IoT）的優化。IoT[業務的應用場景很多，熱門的包括智能穿戴設備、智慧城市、車聯網和工業控制等。在5G的應用場景討論時，這些應用場景被分為兩類：海量物聯網（mMTC）和低時延高可靠（URLLC）。

a. mMTC包括智能穿戴設備、智慧城市等場景，目標是提供極大的系統容量，為百萬計的低功耗IoT終端提供服務。目前大紅大紫的NB-IoT就是針對這種場景設計的，未來NB-IoT在5G的演進版本將會滿足這個場景對應的百萬終端連接能力、低功耗、大覆蓋等設計指標。

URLLC（也稱為關鍵業務控制- Mission Critical）包括車聯網、工業控制、無人機控制等場景，目標是在保證超低時延的同時提供超高的傳輸可靠性。在移動通信系統設計中高可靠傳輸通常是犧牲時延通過多次重傳（HARQ/ARQ）達到的，而低時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計指標。在工業控制場景中控制信號要求1ms的傳輸時延內達到10^-5的錯誤率。這個指標非常苛刻，即便采用了rel-14/15優化后的LTE幀結構（shorten TTI）也很難達到。同時，URLLC還定義了新的系統設計指標 – 可用性（availability），即終端在絕大多數時間(如95%)都可以享受服務，同時中斷服務的時間上限應小于某個門限（如10ms）。

這是IMT-2020PG的例子

在問題發現和抽象階段，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推進組（中國）、未來移動通信論壇（中國）、5GPPP（歐洲）、5G Forum（韓國）、5GMF（日本）、5G Americas（美國）和運營商論壇 –NGMN。各個工作組、論壇分別搜集、整理來自本國或本地區的需求，并抽象成對應的場景。這些場景大部分都以白皮書的形式發布，作為5G系統設計的重要參考。

為了制定全球統一的5G標準，這些場景需要有一個國際性的權威組織統一整理后，制定一個正式的5G需求并發布。這個5G通信標準認定、發布的唯一機構就是ITU（國際電聯）。ITU是通信界的聯合國，是由各國政府組成的。在中國，ITU代表團是由多個政府部門組成的，其中移動通信的代表是由工信部選定并領導的。需要注意的是：ITU只負責發布5G標準的場景和設計目標并最后評估、認定5G標準；ITU并不具體制定5G標準，這些具體技術工作是由3GPP、IEEE等行業標準化組織完成等。ITU在收到以上各個組織的輸入后，經過會議討論，發布了5G的場景和需求報告 –ITU Recommendation M.2083 –IMT.Vision，用以指導5G標準的制定。

下圖就是ITU整理出的三大5G應用場景和對應的應用實例。三個應用場景分別是：增強移動寬帶（eMBB）、低時延高可靠通信（URLLC）和海量物聯網（mMTC）。圖中的應用實例分別對應不同的場景，有些的還會兼具不同場景的特點。例如增強現實（AR）業務，既要求eMBB的大數據量，還要求URLLC的較低傳輸時延。而智能家居中既有遙控器、傳感器這種低功耗（mMTC）設備，又包括視頻共享這種典型的eMBB大數據量業務。

二、定義系統關鍵性能指標 –KPI

歸納定義好通信場景后，就進入了系統設計階段。第一步，我們需要針對每個場景抽象出通信系統需要具備的能力，也就是關鍵性能指標 –KPI（Key Performance Indicator）。對于通信系統而言：應用場景是面向最終用戶的，而系統設計則是工程師的工作。KPI連接了用戶和設計系統的工程師，就像是嬰兒的臍帶：源源不斷為系統設計提供素材，供應著5G系統的成長。

IMT.Vision針對三個場景定義了一系列設計目標，其中包含了8個量化的KPI：數據峰值傳輸速率、用戶可體驗傳輸速率、時延、可靠性、單位面積的連接密度和流量密度、最大移動速度、頻譜效率和網絡能效。此外，還有一些設計目標（如安全和隱私保護、頻率使用的靈活性、低功耗物聯網終端的工作周期）不易被量化，被保留到制定標準階段再具體定義。

需要特別強調的是，一個5G標準需要同時滿足IMT.Vision中所有的KPI中，才能稱之為5G標準。也就是說，僅僅滿足其中一項或幾項的標準是不能被稱為5G標準的。目前看起來，只有3GPP有制定滿足一整套5G需求標準的計劃，其他標準組織都聚焦在其中部分應用場景。

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

5G之花的花瓣就是IMT-2020推進組提供的5G和4G在6個指標上的對比。我們可以看到在eMBB最重要的指標 – 數據傳輸速率上：5G能實現大于10Gbps的峰值速度，是4G的10倍以上；100Mbps以上的用戶體驗速率，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方面同時進行改進和提升。

三、5G標準制定

KPI把場景量化到了系統設計目標，之后就進入了標準制定階段。在行業里有句話叫：標準組織搭臺、企業唱戲。針對這些場景和KPI，各個公司的研發團隊會分別選擇關鍵技術并設計自己的解決方案。這些企業來自通信行業的各個協作角色：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；運營網絡的中國移動、中國聯通和中國電信等；制造手機的三星、聯想、酷派、OPPO、VIVO、蘋果等。值的注意的是，一些互聯網巨頭（Ali、Google、Facebook）和汽車行業的GM（通用汽車）也加入了3GPP參與到5G標準制定的行列。

在各個技術方案提交到標準組織討論之前，大多數會通過各個場合互相交流，并試圖通過充分的討論完善整個技術方案。這個時期的交流既包括各種5G峰會，也有行業內的大公司之間的交流，為的是統一思想、保證5G設計不出現方向性的分歧。

經過長時間的醞釀和準備，3GPP在2015年9月召開了一次5G研討會，各家公司都描繪了心目中的5G關鍵技術。這些技術被總結、歸納之后，隨后3GPP在2015年12月正式啟動了5G的標準制定。簡單的說，標準制定分為研究階段和標準制定階段，前者是確定技術方向（如信道編碼采用Turbo、LDPC還是Polar），后者是確定具體設計（如LDPC的編碼矩陣設計）。

在標準制定階段，各個公司的參會代表將方案分別提交給對應的標準組織，并在標準會場進行技術討論。通過充分的技術討論，標準組織在每個技術點（編碼、調制、多址、接入、波形等等）分別選擇出最優秀的技術方案，并根據這些方案設計出完整的通信系統。

標準通常并不記載全部的系統設計細節，而只規定必要的網絡實體（如基站、終端、各種核心網邏輯設備）和不同網絡實體之間的接口和通信方法。例如：基站與手機之間的信令會影響到來自不同制造商的基站和手機之間通信，因此需要被標準化；而基站調度小區內多個手機的方法是基站的實現方法，并不需要手機知曉，因此就不需要標準化。

標準完成后會正式發布，供所有行業內的公司執行。目前3GPP是按照版本（Release）發布的，版本之間間隔大約1年到2年，一個版本內所有的新技術特征會統一發布。按照目前的計劃，3GPP把5G標準分為兩個階段，第一階段（Release-15）會在2018年的6月發布，這個版本不能滿足所有的KPI，因此不是嚴格意義上的5G標準。第二階段（Release-16）將在2019年底發布，這個版本將是真正的5G標準。

標準制定中難免有疏漏和錯誤。各個廠家會將執行中發現的標準錯漏寫成技術文稿（CR）提交到標準組織，討論通過后標準會被相應的修定。相應的標準也會被升級到新的版本。

四、中國產業界的積極參與

題主覺得非常有必要強調一下中國力量在5G標準的積極參與與推動。

中國的移動通信標準界在信通院的領導下，在2013年初成立了IMT-2020推進組。并同時成立了三個工作小組：5G需求、5G無線技術和5G網絡技術。

2014年5G需求小組完成了IMT-2020推進組的《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個場景：廣域連續覆蓋、熱點高容量小區、低時延高可靠和低功率海量物聯網。在ITU中，前兩個場景被歸納為增強移動寬帶（eMBB）業務，而后兩個場景被直接采納。同時，白皮書中5G的9個KPI有8個被ITU采納。由此可見中國5G的研究從需求階段就被業界廣泛認可。

推進組中5G無線技術和5G網絡技術組于2015年發布無線技術和網絡技術白皮書。其中推薦的幾個主要技術UDN、Massive MIMO、新型波形與多址、新編碼、NFV、SDN和網絡切片也都成為標準化的熱點。

目前，中國5G網絡商用時間表已正式出爐，三大運營商將在2020年正式商用5G網絡。2015年9月，工信部領導的5G技術研發試驗正式開始。目前已經完成第一階段的單項技術驗證，并進入驗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，將驗證多廠商的互通能力。2018年9月到2019年底，試驗將進入產品研發試驗階段，為2020年的正式商用5G網絡做好準備。與激進的日、韓、美國相比，這個計劃顯得更加沉著而有備，在商用之前進行為期4到5年的技術和產品研發試驗；與經濟狀況欠佳而行動遲緩的歐洲相比，中國的測試計劃則更加進取，這也是中國在移動通信產業從制造領先轉向研發領先的明證。

參考文獻：

[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推進組，5G Vision and Requirements, Apr. 2014.