|1.1 什么是5G|

1.1.1 移动通信技术的五次迭代

截至目前，全球移动通信已历经了四代发展，每代移动通信技术分别简称为1G、2G、3G、4G。1G 是模拟制式移动通信，采用蜂窝无线组网，但只能提供语音通信功能，可以用相对有限的频谱资源为公众在广阔的区域提供无线通信服务，是移动通信走向民用的基础；之后更新换代为数字制式，移动通信从语音时代进入数字时代。

公众移动通信除了要随时随地听到对方的声音，还想看到丰富多彩的视讯信息，信息量暴涨使宽带化成为移动通信发展的主轴线：2G可以传送文字，3G可以传送图像，4G可以传送高清视频。移动通信宽带化开启了人与人之间的数字信息高速通道，催生了蓬勃发展的移动互联网。

正在蓬勃兴起的5G以多能的身手登上历史舞台，其具备三大业务场景能力，即增强型移动宽带、海量机器通信、超可靠低时延，覆盖范围从人联网扩展到物联网，业务纵深从消费互联网扩展到产业互联网，资源禀赋从通信网络扩展到计算网络，万物互联的智能时代随之开启。

多址技术用于区分不同的用户，是移动通信实现规模应用的核心技术，在移动通信中占据着非常重要的地位。频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、正交频分多址（OFDMA）分别代表了四代移动通信技术。

早期的无线电报通信方式采用点对点模式，不需要多址技术。而现在的移动通信为了实现大量用户通信，采用了多点到多点的网状基础网络构架。在这个网络构架当中，基站是相互网状连接的。用户之间使用手机相互通信时，首先将通信内容转化为无线信号传输到离自己最近的基站，然后由基站把无线信号转换成有线信号，通过相互网状连接的有线网络把信号发送到离另一部手机最近的基站，最后由这个基站把无线信号送达目的手机。此时，就需要多址技术区分不同用户的手机信号。

频分多址通过用户和频段一一映射以避免相互干扰，实现多用户的区分。通过滤波器实现用户到频率的映射，作为电子产业最早成熟的技术之一，用在了最早的多址技术上。因为滤波器的阻断过渡带，相邻的两个频率之间会保留一定的带宽作为保护。

时分多址通过把时间分割成互不重叠的时隙与用户一一对应，以此区分不同用户完成多址连接。时分多址较频分多址具有载频效率高的优点，但需要高精度的定时技术提供精确的定时和同步能力，是在石英振荡器成熟之后才被采用的。

时分多址的优势在于系统的宽带化，把多个用户的信息组合在一个载频（可传向远方的高频电磁波）上，一个载频承载的信息宽度就加大了，无线载频的利用效率得到极大提升，初步实现了移动通信的宽带化。

码分多址和正交频分多址分别是第三代和第四代移动通信的多址技术。码分多址通过信息的编码序列分割成若干个码隙来区分用户；正交频分多址中的每一个频率叫作一个子载波，可以把一部分子载波分配给一个用户，把另一部分子载波分配给其他用户，相互正交作为多址的手段。采用正交很好地消除了各个子载波相互之间的干扰，无须浪费宝贵的无线频段作为保护带，所以码分多址和正交频分多址比传统的频分多址有更大的频谱效率优势。

就像一群人在一个大厅里通话，频分多址把大厅隔离成一个个单间，人群分成一个个小组，每个小组分配一个单间互不影响；时分多址进一步细分，每组通话仅占用一个时段，互不影响；码分多址相当于每组通话用不同的语言，一组人说汉语，一组人说英语，关注各自能听懂的信息，即使在同一时间也互不影响；正交频分多址相当于从传统频分多址的一层平房变楼房。每一代移动通信技术都极大地提升了无线载频的信息承载效率，让移动通信宽带化的道路得以扩展，从2G到4G通信速度提升了近万倍。

不同于前几代的移动通信，5G不仅是一个通信网络，更是一个具备数据计算、存储能力的网络。5G将业务纵深从公众生活扩展到各行各业的垂直生产领域，生产领域海量数据的采集、传输、处理，在全国乃至全球范围内的行政、研发、办公中心和工厂间流动，生产和办公、有线和无线、云上和云下、内部与外部、传统与新生业务领域全方位协同。就像手机终端从功能机向智能机演进一样，5G不仅是一个多技术融合的万物互联网络，更是面向多业务领域的智能网络，为万物互联的智能时代带来了不可或缺的通信能力和计算能力。

1.1.2 通信标准的演变

在通信技术早期，各国各自进行通信标准的制定。因此，那个时期的通信技术标准繁多，不同的通信标准使设备和服务难以通用。

1G：美国先行

20世纪60年代，美国贝尔实验室发明了蜂窝网络。受到硬件限制，20世纪70年代才正式向产业化发展。1978年底，全球第一个移动蜂窝电话系统——先进移动电话系统（Advanced Mobile Phone System,AMPS）由美国贝尔试验室研制成功。

同一时期，欧洲各国也建立了自己的第一代移动通信系统。北欧四国在1980年成功研制了NMT-450移动通信网络系统并投入使用；联邦德国在1984年完成了 C-Netz移动通信网络系统并投入使用；英国则于1985年开发了频段在900MHz的全接入通信系统（Total Access Communications System,TACS）并投入使用。

1987年11月18日，中国的1G模拟移动通信系统在广东第六届全运会上开通并正式商用。从1987年11月中国电信开始运营模拟移动电话业务，到2001年12月底中国移动关闭模拟移动通信网络，1G系统在中国的用户数最高曾达到了660万个，运行时间达14年。

2G：欧洲崛起

1991年，爱立信和诺基亚率先在遥远的欧洲大陆上架设起了全球第一个GSM网络，移动通信从模拟时代跨入了数字时代。

因为1G 时代受制于美国，所以在数字通信起步时，欧洲各国就吸取了各自为政的失败教训。1982年，欧洲电子标准协会（ETSI）成立了移动特别小组，向全球推广基于时分多址技术的全球移动通信系统（Global System for Mobile communications,GSM）。

欧洲这边如火如荼，美国也不甘示弱，高通推出了码分多址（CDMA）技术。从技术来看，CDMA在容量与通话质量上更优。但因GSM起步早、推力大，短时间内在全球广布基站，致使CDMA在当时雷声大、雨点小，欧洲在2G时代终于超越了美国，诺基亚力压摩托罗拉在十年间成为全球最大的移动电话商。

3G：中国发力

3G时代，欧洲国家联合起来成立了3GPP（3rd Generation Partnership Project）组织，负责制定全球第三代移动通信标准，开发了WCDMA。

美国高通不甘落后，和韩国联合成立3GPP2（3rd Generation Partnership Project 2）与3GPP抗衡，开发了CDMA2000。

中国于1998年6月29日由原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信科技股份有限公司）向国际电信联盟（ITU）提出了TD-SCDMA移动通信技术标准。ITU在2000年5月正式宣布，将TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000并列为三大3G国际标准。

4G：三强鼎立

3GPP从2005年初就开始研究长期演进技术（Long Term Evolution,LTE），并于2008年将其作为3.9G移动通信技术标准；2011年又提出长期演进技术升级版（LTE-Advanced,LTE-A）作为4G 移动通信技术标准。随后，各大运营商和巨头甚至包括高通自己都相继加入了LTE阵营。

LTE包括全球标准化组织提出的FDD LTE、TDD-LTE及中国的TDD-LTE。中国的TDD-LTE标准保留了大唐提出的帧结构，被中国称为“TD-LTE”。

正是由于3G时代TD-SCDMA的技术基础，中国主导了4G标准的TD-LTE技术，在通信领域开始与世界比肩同行。

5G：标准统一

2020年，ITU要求3GPP提出首个正式的商用5G标准。为了能够尽早提供5G服务，一些激进的运营商对5G标准制定进度提出了更加苛刻的要求。3GPP在5G标准的制定上面临时间紧、任务重的双重压力。

在此背景下，2016年7月，美国第一大移动运营商Verizon协同其商业合作伙伴，在3GPP的5G标准尚未明确之前，提前发布了第一个自定义的5G标准——Verizon 5G（V5G）。2016年6月，韩国运营商KT与多家合作伙伴为2018年平昌冬奥会制定了自定义的5G技术规范——PyeongChang 5G（P5G）。V5G和P5G都属于非3GPP标准，业界一度担心5G标准会碎片化。相比3GPP,P5G、V5G的规模较小，表现为5G新空口（5G NR）的子集。在技术特性方面，P5G与V5G在物理层几乎雷同；在高层（如移动性、双连接），二者差异明显，体现了运营商对于优先场景理解的差异。

如今，3GPP 5G NR作为5G主流标准的地位无可撼动。业界已经达成共识，5G标准要统一化。当然，3GPP快马加鞭的节奏与P5G、V5G的刺激也有着不小的关系。

3GPP规划5G标准制定分为多个阶段。R15在2018年中完成，支持运营商2020的商用部署，主要关注运营商早期商用的关键功能，包括增强型移动宽带（Enhanced Mobile Broadband,eMBB）和部分超可靠低时延（Ultra-reliable and Low Latency Communications,URLLC）功能；R16在2020年3月完成，支持ITU定义的全部5G功能。

5G第一版成型的商用化标准是R15，重点关注新空口（波形、编码、参数集、帧结构、大规模阵列天线等）、网络架构（非独立组网、独立组网、集中单元/分步单元切分等），并聚集在增强型移动宽带场景，支持部分超可靠、低时延功能；2018年6月启动R16的研究，到2019年12月发布，R16是5G的第一个增强版本标准。R17也已经纳入3GPP的规划，主要包含车联网、工业互联网的增强，预计在2021年上半年发布。

1.1.3 从MBB到eMBB

现代移动通信极大地改善了人们的生活，并成为推动社会发展的重要动力。但是，各个国家的1G通信标准各不相同，使移动用户在1G时代不能“全球漫游”，极大阻碍了移动通信的发展。另外，1G采用模拟信号调制及频分复用多址技术，传送信息容量非常有限，只能传输信息量有限的语音信号。

2G采用数字调制，并用时分多址技术把多个用户的信息组合在一个载频（能传向远方的高频电磁波）上，一个载频的信息承载宽度就加大了，无线载频的利用效率得到极大提升，实现了移动通信的宽带化。信息量更大的文字信息得以传送，手机可以上网浏览简要文字信息，成为当今移动互联网的发端。

为了满足人们日益增长的图片和视频传输需求，具备更高速数据传输的下一代蜂窝移动通信技术——3G应运而生。通过使用新的电磁波频谱及码分复用多址技术，3G的信息传输速度得到了极大的提高，户外行走达384kbit/s，在室内稳定环境下达2～10Mbit/s。数据传输速度大幅提升，使人类社会步入移动多媒体时代。

4G采用更加先进的基于正交频分复用多址技术，信息传输速度是3G的10倍左右，上网速度可以媲美固定网络，可让人们流畅地观看高清电影，数据传输速度又上一个台阶。

5G具备比4G更高的数据传输速度及多业务场景适应能力，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上，如图1-1所示。5G将渗透到未来社会的各个领域，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，如虚拟现实；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式便捷地实现人与万物的智能互联。

IMT-2020针对2020年后的通信愿景，提出了超越现有IMT架构，相关的应用情境包括以下三个。

增强移动宽带

增强移动宽带除了可针对现有的通信服务提高其传输效能并为用户提供无缝的传输体验以外，还可进一步开拓新的应用领域和需求。这种宽带应用情境可涵盖不同的传输范围，包括广域覆盖和热点传输。对于广域覆盖的情况，无缝的覆盖及较高的移动速度是主要需求，其数据传输速率也须高于现有的数据传输速率。在热点的应用主要针对高密度用户区域，其对移动性的需求较低，但会需要非常高的数据传输量。因此，此类用户的数据传输率比广域覆盖的用户还高。然而，其高数据传输需求会小于热点传输的应用。增强型移动宽带预期将传输速度再提升至下行20Gbit/s、上行10Gbit/s。

超可靠低时延通信

这个应用情景对时延和可靠性的要求非常严格。例如，工业自动化制造或生产过程的无线控制、远程医疗手术、智慧电网配电自动化、运输安全及无人驾驶等，需要高可靠度（错误率低于10−5）、低时延（低于1ms）的通信应用。

大规模机器类通信

大规模机器类通信（Massive Machine Type Communications,mMTC）的特征在于连接大量元件设备，约每平方千米有100万个设备的机器间通信需求，其发送数据量较低，而且对于传输资料的时延要求不高。此外，此元件设备须具有非常低的制造成本，以及很长的电池寿命。

1.1.4 中国的移动通信发展进程

中国移动通信业历经30多年的发展，经历了1G、2G、3G、4G、5G 时代的探索历程。

1G：空白时代

中国移动通信的历史一片空白，发端也比较晚。1987年，原邮电部确定以TACS制式作为我国模拟制式蜂窝移动通信的标准。

2G：跟随时代

在中国，移动通信技术上仍以学习为主。随着移动通信从模拟制式向数字制式演进，轻快便捷的移动终端引起了全国人民广泛的反响，以GSM和CDMA为标志的2G移动通信技术在全国也得到了广泛的应用。

3G：寻求突破

1G到2G的更新换代，也让中国看到了寻求突破的希望。1998年6月29日，中国大唐电信科技股份有限公司向国际电信联盟提出了TD-SCDMA标准。2000年5月，国际电信联盟正式宣布，中国提交的TD-SCDMA移动通信标准、欧洲主导的WCDMA、美国主导的CDMA2000并列为三大3G国际标准。

4G：比肩世界

在3G的基础上，中国主导研发了4G标准的TD-LTE技术，在移动通信领域开始与世界比肩同行。

5G：引领全球

目前，中国、韩国、美国三国处于5G发展的前列，其次是日本、澳大利亚及欧洲各国等。从5G的战略意图来看，中国、德国侧重5G应用，美国、英国意在维持通信技术领先者地位，日本侧重于在机器人、AR、VR等领域的应用，韩国意在通过5G实现“创新经济”。

德国专利数据公司IPlytics发布的报告显示，截至2019年3月，中国4家公司（华为、中兴、大唐电信、OPPO）拥有全球34.08%的5G标准必要专利，占比最高；中国华为技术有限公司的5G专利占比（12.54%）已经超过美国高通（8.65%）。

中国将5G列为国之重器，5G网络将推动经济更大范围的数字化转型。中国三大运营商继2018年底获得全国5G中频频谱（2.6GHz、3.4～3.6GHz、4.8～4.9GHz）后，2019年6月6日，工业和信息化部发放了5G商用牌照，意味着我国正式进入5G商用元年。2020年，全国新建5G基站超过60万个，实现所有地级以上城市5G网络全覆盖。预计2021年全国还将新建5G基站60万个。从国际5G网络基站规划表来看，目前韩国与中国的5G基站建设进展最迅速。全球移动通信系统协会（GSMA）智库预测，到2025年，中国将拥有全球最大的5G消费用户市场，5G用户数将接近8亿。

1.1.5 我国主流电信运营商的思考

5G是一个覆盖范围更广的通信网络，也是一个数字信息计算网络，是各行各业智慧化服务的基础。5G时代海量的设备联网，数字化程度进一步向广阔、纵深延展，包括工业、农业、服务业、金融业等。在5G面向垂直行业的应用过程中，数据将成为更核心的生产资料，数据质量、广度、复杂度较4G时代将跃升几个数量级。同时，现有承载网的带宽、时延等性能无法满足每秒数百Gbit的网络带宽、1ms级的超低时延的需求，这就需要在网络边缘就近部署服务器节点，以提供计算、存储资源。据IDC估计，50%的物联网网络将面临带宽的限制，40%的数据需要在网络边缘分析、处理与存储。

我国三大电信运营商明确表示，将推出5G SA（独立组网）网络支持一系列行业应用。这将推动我国成为SA部署和商用市场的领导者，推动全球设备和终端兼容SA的生态建设。5G是边缘计算（Multi-access Edge Computing,MEC）的关键，不仅将成为边缘部署的主要接入技术，而且是探索应用场景的强大驱动力。由于拥有优质网络、平台资源及部署5G网络的决心，电信运营商是边缘计算的核心参与者。在很大程度上，从中心到边缘的部分算力迁移可以被视为以运营商为中心的技术转变。我国电信运营商将部署和管理最大数量的边缘硬件，并承担绝大多数边缘工作量，运营商将有机会在边缘价值链中发挥越来越大的作用。边缘计算非常契合运营商的云战略，让我国运营商在云市场中的地位得以增强。

中国联通很早就认识到5G超越了通信的边界，是一个算力网络，其以“得云者得天下、失云者失脚下”的战略决心，于2013年成立了三大运营商中最早的云计算专业子公司—联通云数据有限公司，推出了联通自有品牌—沃云，重点布局了三大领域：以当下主流云计算技术为中心，同时向边缘延伸形成了覆盖全国各地的边缘云，以持续深耕的网络资源禀赋为基础进行全方位的云网协同。

云六倍于传统 IT 的能效优势是毋庸置疑的，作为更先进的生产力牵引企业计算资源逐步由企业内部向云上迁移。当前企业外网业务资源已陆续上云，但部署在安全级别最高的企业内网的核心业务资源上云的寥寥无几。因为当前绝大部分云暴露在安全级别最低的公网上，网络安全成为企业（内网资源）上云最担心的问题。这相当于把核心机密业务由安全级别最高的内院迁移到了广场上，如图1-2所示。

如何利用云的高能效降低IT成本，同时解决企业内网资源的网络安全问题，已成为当下的主要矛盾。传统云商的通用办法是在公网上层层叠加安全防护设施，相当于在广场上层层叠加防护栅栏：部署入侵检测、入侵防御、网络层防火墙、漏洞扫描、杀毒软件、应用层防火墙、数据库安全防护软件等。企业客户投入极大，费心费力仍无法从根本上解决企业核心资源暴露在公网的安全风险。尤其是5G时代，企业数字化进程从办公进一步延伸到了生产领域，意味着企业的数字化信息资源分布在广阔的范围内，从覆盖企业核心数据资产的中心云到覆盖企业生产的边缘云，再到企业办公终端。如何确保企业核心业务、机密数据大范围的网络安全畅通，成为业界亟待解决的核心关键问题。

问题的根治需要以客户为中心，从源头解决。从传统企业的IT资源布局来看，第一，企业内网本质上是客户核心IT业务资源所在的封闭网络空间，当前内网节点主要包括企业总部和分支机构，通过租用企业专线接入覆盖全国的运营商专网，满足大范围安全畅通的需要；第二，云本质上是企业服务器资源的延伸，企业服务器资源从内部向云迁移是为了降低计算成本、提升计算能力，是先进生产力的发展方向。

以客户为中心，以企业内网为根，以运营商覆盖全国的专网为支撑，可以让企业内网延展到任何一个地方（包括中心云及边缘云）。让云资源池作为内网节点接入运营商专网，可以通过数据链路层隔离技术复用一条物理链路，用以区分企业客户并安全隔离其云上资源。这样就无须每一家企业自己单独新开上云专线，大大降低了客户上云的专线成本及工程周期，企业内网总体规划无须变动，仅增加一个企业内网节点便可把客户在云上的计算资源封闭到企业内网，如图1-3所示。

相对于传统云商以其云计算技术为中心，联通云数据有限公司改变思路，以客户为中心，提出了云网切片技术。具体地说，该方案就是企业内网以覆盖全国的运营商专网为支撑，通过客户专属网络切片[3]延伸到云，把云上企业专属的计算资源切片[4]封闭到企业内网，如图1-4所示。

相对于第三方云，上述方案从根本上解决了企业内网的核心资源上云的网络安全问题。云网切片可让云生态从暴露于公网的广场状态进化到可把云作为企业内院资源的状态，企业内网业务上云最担心的网络安全问题自然消解。云内化于现网，嵌入存量专线，让存量专线内生入云能力。现网客户既不需要新开通专线上云，也不需要层层加设安全设备防护来自外网的安全风险。对于边缘云计算场景采用同样的方案，客户内网节点加一便可延伸到5G网络切片覆盖的企业生产区域，让客户过去部署在企业内网的办公终端及服务器、现在持续向中心云迁移的服务器计算资源、未来覆盖生产的边缘云计算资源，承前启后地统一在企业内网这个封闭空间中，平滑实现了云、边、端一体化的内生性协同。

云网切片让云和网产生内生性的有效协同，对客户益处极大。企业核心计算资源从内部向云迁移，在未来5～10年是一个持续漫长的渐进过程，期间流量流向随之变化，如图1-5所示。

云网切片让企业专线内生上云能力，现网客户一不需要开通新专线，二不需要为上云的核心业务层层加设安全设备防护外网威胁，三不需要自行处理业务需求此消彼长引发的流量流向变化，客户需求指到哪儿，仅是企业内网节点加一。为了节省核心业务成本，计算资源向中心云迁移，内网节点加一；为了企业生产智能化需要通过5G网络切片使用边缘云，内网节点加一；无论是需求迁移，还是新增业务，企业内网节点加一、减一即可。中间极为复杂的网状流量流向变化由运营商专网消化吸收。云网切片的电信运营商云与第三方云对比如图1-6所示。

现网客户上第三方云要确保信息安全仍需单独开通上云专线，会带来新开专线的额外成本、工程周期、安全风险，以及云到企业分支的流量流向迂回绕转问题。在客户两地三中心或多云需求场景中问题更严重，如图1-7所示。客户需要开通多条上云新专线，而且都要绕转企业总部到其他分支，总部专线成为单点瓶颈，全局的变化都叠加到一个瓶颈点上，牵一发而动全身，需要客户自行规划并处理期间的流量流向变化，费心、费力、费钱。

运营商云（含边缘云计算节点）资源池的设置内外有别，沿承企业IT内外网资源布局，有对外服务的云资源池接入公网，用于交付企业外网及DMZ业务需求；有专门封闭隔离的独立云资源池，甚至物理机和机柜接入专网，用于承接企业内网核心业务，不同于第三方云因为数据中心资源匮乏而把企业的内外网业务资源放在同一云池，如图1-8所示，从根本上保障了企业核心及生产资源的安全。

当下三大电信运营商达成广泛的共识，以客户为中心，以企业内网为根，依托国企资质专网资源安全可信，把现网企业上云专线成本（新建变免开）及工期（3个月到秒级）降到最低，让5G的计算资源（云、边、端）和通信资源（无线网络、有线网络）统一在企业内网的封闭空间中协同运转，厚积薄发支撑客户随心所欲地连接企业过去、现在和未来算力。云网一体从根本上解决了5G时代客户广泛、纵深的数字化生产面临的信息安全问题及新旧技术协同问题，让5G得以安全畅通地渗透到垂直行业赋能智能制造。