5G时代将至 专业移动通信该如何发展？

2017年4月7日我在环球专网通信的深圳会议上做了《专业移动通信应移植公众移动通信技术》的报告，随着公网对讲（PoC）的发展，9月27日泉州会议又发表了《拥抱公网对讲的春天 ——专业移动通信还应利用公众移动通信网络》一文。

我国公众移动通信产业经过三十多年的高速增长，实现了从“2G跟随”“3G突破”到“4G同步”以至“5G领跑”的跨越。4G以前所未有的速度迅猛发展，建成了全球规模最大的4G网络。为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，5G应运而生，即将建网运营。在此关键时刻，专业移动通信该如何发展？这就需要业界高瞻远瞩，深入思考，为此，本文拟发表个人浅见，抛砖引玉，供业界参考。首先需要全面深刻地理解5G的优势。

5G的优势

当前，全球新一轮科技革命和产业变革正孕育兴起，跨行业、跨领域的融合创新不断深入。5G作为新一代移动通信技术发展的方向，移动互联网和物联网是其两大主要驱动力，将在提升移动互联网用户业务体验的基础上，进一步满足未来物联网应用的海量需求，与工业、医疗、交通等行业深度融合，为5G提供广阔的前景。它将以全新的网络架构，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

1．5G三大业务

5G网络将来不仅用于人与人之间的通信，还会用于人与物以及物与物之间的通信、控制。

5G业务大致可以分为3种场景：eMBB、mMTC和uRLLC。

(1) eMBB增强移动宽带

eMBB聚焦对带宽有极高需求的业务，满足人们对于数字化生活的需求。移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、超高清(3D)视频、移动云等更加身临其境的极致业务体验，将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新一轮变革。

(2) mMTC海量机器类通信

mMTC聚焦对于连接密度要求较高的业务，满足人们对于数字化社会的需求。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业。同时，也会给移动通信带来新的技术挑战。

(3)uRLLC超可靠低时延通信

uRLLC聚焦对时延极其敏感的业务，满足人们对于数字化工业的需求。低时延和高可靠性是自动驾驶、远程控制等uRLLC业务的基本要求，车联网业务在通信中如果受到安全威胁则可能会涉及到生命安全，因此要求高级别的安全保护措施且不能额外增加通信时延。5G超低时延的实现需要在端到端传输的各个环节进行一系列机制优化。

2．5G的6大性能指标与3大关键能力

5G需要具备比4G更高的性能：

(1)用户体验速率(bps)——真实网络环境下用户可获得的最低传输速率，支持0.1～1Gbps；

(2)连接数密度(/km2)——单位面积上支持的在线设备总和，每平方公里一百万；

(3)端到端时延(ms)——数据包从源节点开始传输到被目的节点正确接收的时间，毫秒级；

(4)流量密度(bps/km2)——单位面积区域内的总流量，每平方公里数十Tbps；

(5)移动性(km/h)——满足性能要求下收发双方间的最大相对移动速度，每小时500km以上；

(6)单用户峰值速率(bps)——单用户可获得的最高传输速率，数十Gbps。

其中，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。

同时，5G比4G还需要大幅提高网络部署和运营的三大效率：

(1)频谱效率（bps/Hz/cell或bps/Hz/km2）——每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量，提升5～15倍；

(2)能源效率（bit/J）——每焦耳能量所能传输的比特数，提升百倍以上；

(3)成本效率（bit/Y）——每单位成本所能传输的比特数，提升百倍以上。

3．5G在中国

2018年6月14日，3GPP全会批准了5G独立组网标准，去年12月完成非独立组网标准，为运营商和产业合作伙伴带来了新的商业模式。中国引领全球5G，已经完成关键技术验证、技术方案验证、系统组网技术功能和性能测试。2018年三大运营商各在6-7个城市建立试验网，2019年一季开始将在12个城市进行业务示范。牌照发放时间将在2019-2020年间，很可能在全球最先规模部署。

中国移动李正茂副总裁认为：5G时代的新价值，在于从老3C(即通信communication、消费电子consume、计算机computer)，全面转向新3C(即连接connect、控制control、融合convergence)。过去通信仅是信息的交互流动，但在5G时代信息流是通过控制行为实现工业自动化、智能化，比如远程医疗、远程教育等。融合即众多垂直行业融合，将产生更多的业态和新的商业模式，是今后新价值的增长点。可以说控制是专网通信的主旨，融合是公专通信的归宿。由于性能指标与关键能力的大幅提升，5G在物联网、车联网等各个行业广泛应用。因此5G将为专业移动通信的发展奠定技术基础，将能促进专业移动通信充分满足人们对于数字化生活、数字化社会与数字化工业的需求。

5G为专业移动通信奠定了技术基础

专业移动通信广泛应用于各种专业部门的生产调度、指挥控制，以提高效率，对国民经济的发展、社会的稳定和人民生命财产的安全等有着极其重要的作用。因此，与公众移动通信不同，有虚拟专网、群组业务、快速呼叫、安全可靠、高抗毁性、高突发性等一系列特点和要求。而5G 的三大业务eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）和uRLLC（超可靠低时延通信）完全对口专业移动通信这些特点和要求，下面分别进行分析探讨：

1．虚拟专网

专业移动通信网的发展要求具备虚拟专用网(VPN)的功能，以适应不同专业部门垂直行业的需求。集群系统能为不同集体用户提供各项所需的优良服务，使公众网的公共性和专业网的独立性比较好地得到协调解决，使每个原拟单独建网的部门都从该集群系统的VPN中感到一样方便，一样安全可靠。VPN在构成上与实在的网络不同，它是建立在实际集群网络基础上的一种功能性网络；但对用户来说，在功能上则相当于实在的专用网络，能向用户提供传统专业网的功能。原来集群系统从模拟发展到数字，都是作为专业移动通信网来设计研制，我国也曾在2G时代尝试利用现成GSM、CDMA等公众移动通信网来开发数字集群网，但都因不能完全满足专业移动通信群组、时延的要求而没有得到推广应用。

2014年由工信部电信研究院联合行业、制造、科研等部门共同成立宽带集群(B-TrunC)产业联盟。依托我国4G LTE技术的发展基础，以标准为龙头、认证为保障，打通芯片、终端、系统等产业关键环节，构建坚实的宽带集群产业群体，组织制定宽带集群通信(B-TrunC)标准，极大地提高了各专业部门群组通信业务的频谱效率，集群功能性能指标达到或超过专业数字集群的技术水平，是国际上首个支持点对多点语音通话、多媒体集群调度等公共安全与减灾应用的宽带集群通信标准。2016年11月B-TrunC标准成为ITU-R推荐的集群空中接口标准，进一步提升了我国专网通信技术的国际地位。

国内外基于B-TrunC标准的LTE宽带集群系统在北京、广州等主要城市已经用于无线政务、公共安全、地铁线路、机场、港口、铁路站场、电力、水利、石油石化、矿山和林业景区等众多行业，实现了规模应用，满足各行业对集群调度和宽带数据业务应用的需求。为提升行业的信息化、智慧化水平作出了重要贡献。

实践表明B-TrunC是移植4G LTE技术的成功范例，专业移动通信移植公众移动通信技术是一条多快好省的捷径。5G的网络功能虚拟化（NFC）和软件定义网络（SDN）是实施5G新型设施平台技术，NFC通过软件与硬件的分离，为5G网络提供更具弹性的基础设施；SDN通过控制与转发的分离，实现网络连接的可编程；因此，更易于实施虚拟专网，完全可以在基于4G的B-TrunC标准基础上升级为基于5G的宽带数字集群新标准。

2．群组业务

专业移动通信体制有一个共同的技术特征就是都具备单工按讲（PTT）功能。强调对其所属各级用户组呼、群呼、广播呼叫等群组业务。PTT的一呼百应特性，与一对一的传统电话不同，适合需要即时协调工作关系的众多职工群组沟通。

建筑在公众移动蜂窝网络之上的公网对讲，与只能近距离通话的传统单工对讲不同，其服务可以通达至蜂窝网络覆盖的任何地方，几乎没有距离的限制；具有方便快捷的跨区域一键通、多功能服务、接入方式灵活、无需新的频谱资源、不要新建网络基础设施、经济实惠、绿色环保等优势。

由于2G、3G、4G的多种技术体制导致了各种公网对讲的平台与对讲机，不能互联互通；在公网不可能普遍覆盖的穷乡僻壤，公网对讲也就无用武之地；公网的基础设施对天灾人祸的顽存性达不到专网的严格要求，碰上遭灾紧急情况，急需公网对讲时反而熄火。5G是全球统一的标准，其uRLLC具有超可靠低时延的优势，这就为形成统一的高可靠的公网对讲、提高公网对讲的性价比奠定了基础，不仅在国内而且为开拓国际市场创造了条件。

3．快速呼叫

专业移动通信突出的特点表现为“急”。这就要求能“快速反应”，能进行紧急呼叫、强插强拆和不同的呼叫优先级别等调度指挥功能。调度指挥强调缩短呼叫的建立时间，一个公众网的电话用户，从拨号到接通所需时间一般为几秒到十几秒甚至更长，这不会造成太大影响；而对专业网用户来说就不行，在紧急情况下，希望一按即通(小于0.1秒)，否则会造成相当严重的后果，特别在交通工具速度日益提高的情况下如高速列车就尤为迫切。

受限于2G、3G、4G的技术水平，呼叫建立时间嫌长。5G的uRLLC端到端时延(ms)——数据包从源节点开始传输到被目的节点正确接收的时间，要求毫秒级；车联网要求高级别的安全保护措施且不能额外增加通信时延。5G超低时延的实现需要在端到端传输的各个环节进行：优化业务接入过程身份认证的时延、数据传输安全保护带来的时延、终端移动过程由于安全上下文切换带来的时延、以及数据在网络节点中加解密处理带来的时延。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。

4．安全可靠

专业移动通信核心要求就是安全性。由于无线通信空间传播信道的开放性会导致多种不安全因素，包括信息窃取、假冒攻击、网络欺骗等，这使得网络安全和信息安全都受到极大威胁。需要采取一系列安全措施，以防止信息被敌对势力轻易截收、诱骗欺诈等等。因此必须采取双向鉴权、高级信息加密等措施。

5G的eMBB广泛的应用场景将带来不同的安全需求，同一个应用场景中的不同业务其安全需求也有所不同，例如，VR/AR等个人业务可能只要求对关键信息的传输进行加密，而对于行业应用可能要求对所有环境信息的传输进行加密。5G网络可以通过扩展LTE安全机制来满足eMBB场景所需的安全需求。

5G面向物联网繁杂的应用种类和成百上千亿的连接，考虑了其安全需求的多样性。如果采用单用户认证方案则成本高昂，而且容易造成信令风暴问题，因此在5G网络中，需降低物联网设备在认证和身份管理方面的成本，支撑物联网设备的低成本和高效率海量部署（如采用群组认证等）。针对计算能力低且电池寿命需求高的物联网设备，5G网络应该通过一些安全保护措施（如轻量级的安全算法、简单高效的安全协议等）来保证能源高效性。

5G从安全角度考虑了优化业务接入过程身份认证、数据传输安全保护，终端移动过程安全上下文切换以及数据在网络节点中加解密处理。

5．高抗毁性

专业移动通信网络关键要求是持续保证动中通。在极端情况下，因人为因素（如恶意破坏等）或自然因素（如天灾地震等）导致网络不能正常工作时，系统以故障弱化方式可以保证基站在一定范围内仍能服务，当交换控制失灵不至网络瘫痪。还要求移动终端之间在脱离网络的情况下，能直接互通，以便在网络无覆盖区应用。

5G采用终端协作通讯技术，未来通讯系统中，不仅网络侧可以相互协作，终端之间也可以相互协作，通过临近终端之间的短距离技术连接，即终端直接通信（D2D），终端之间可以协作互助，互相中转数据，这样就使得任一终端设备与基站间可有多条信道，可避免基站与终端间的长距离传输，当某一信道状况不好时，总可选择其它更优的信道通讯，从而进一步提升系统吞吐量，提高用户通信可靠性。

专业移动通信设备要有抗拒各种自然灾害的能力，确保电力持续供应等等，即具有高抗毁性。5G在低功耗大连接场景，海量的设备连接、超低的终端功耗与成本是该场景面临的主要挑战。新型多址技术通过多用户信息的叠加传输可成倍提升系统的设备连接能力，还可通过免调度传输有效降低信令开销和终端功耗；F-OFDM和FBMC等新型多载波技术在灵活使用碎片频谱、支持窄带和小数据包、降低功耗与成本方面具有显著优势。

专业移动通信终端要求适应各种运载体与运行环境，要特别抗振抗冲击、具备三防能力。现阶段公众移动通信的终端产品无论是体积、重量、功耗，适应各种恶劣气候、不同环境、各种移动体的安装运动以及恶劣移动传播变参条件等方面丝毫不亚于战术通信电台；而数据速率、容量等性能则大大优于专业移动通信。即将出炉的5G手机将是7纳米工艺的芯片，这就是5G终端性能得以保证、成本大大降低的根本原因。如果未来基于5G芯片制造专业移动通信终端那其质量就完全可以与手机媲美了。

6．高突发性

专业移动通信业务关键要求是容量能承受灾害爆发瞬刻突发的极大量呼叫，不会堵塞；能组织地区各种通信手段一起来提供服务；可将先前来到的呼叫暂存，依次视信道情况及时有序发出。

由于2G有GSM、CDMA、PHS，3G有TD-SCDMA、WCDMA、cdma2000多种体制标准，公网对讲也就多种标准，这就限制了其发展的速度与广度，也限制了其承受灾害爆发瞬刻突发的极大量呼叫。5G全球是一种体制标准，这就为公网对讲的统一打下了基础，能组织地区全部通信手段一起来提供服务。5G具备比4G更高的性能指标：其连接数密度(/km2)——单位面积上支持的在线设备总和，每平方公里一百万；其流量密度(bps/km2)——单位面积区域内的总流量，每平方公里数十Tbps；在低功耗大连接场景，能应对海量的设备连接与突发的流量密度。 

从上述分析5G的6大性能指标与3大关键能力，5G 的3大业务eMBB、mMTC和uRLLC完全满足专业移动通信6项特点和要求。这样就自然会提出一个问题，当5G充分发展之后专业移动通信还有必要吗？5G会不会使公众网与专业网融合成为一体化综合性网？专网会不会面临衰退甚至终结？在此关键时刻，我之所以提出这一问题就是鉴于人工智能的发展，会促使司机、银行职员等失业，也就是想提醒现在从事专网的人赶紧学习研究5G，提前做好准备，以使自己能生存下去。希望我们专业移动通信界必需高瞻远瞩，看清未来技术的发展走向，分析专网的前景，及时组织探讨基于5G条件下的专业移动通信何去何从？才有可能与时俱进。

国际发展动态

除了上述全面深刻理解5G的优势、分析5G完全满足专业移动通信的特点和要求之外，我们还有必要了解在公专通信领域国际各方面的发展动态，以资借鉴。

1．国际组织——关注通信技术演进是先决条件

TCCA，全球关键通信行业协会，其最新的《融合网络研究—关于使用商用和专用网络提供关键移动宽带服务的讨论》白皮书为政府实施基于LTE的公共安全通信网络明确了四个关键方面的考虑：即频谱、安全、所有权和资金，是政府和公共安全通信负责人决策关键通信宽带解决方案时必须考虑的四个领域。

在TCCA的主导下，正积极推动关键通信向宽带的演进。基于3GPP（3G合作伙伴项目组织）Release14版本的第二次MCPTT互通性测试包括MCPTT、MCData、MCVIDEO，成功率达到92%，这是关键通信向“宽窄融合、公专结合”发展的重大进展。

3GPP是以ETSI、ARIB、TTC、TTA、T1为核心发起成立的移动通信标准组织，专门研究如何从2G的GSM 系统向3G的IMT-2000、4G以至5G IMT-2020演进标准。从2014年开始已经关注并制定专业移动通信的技术标准：

•    在2014 R11中，增加了高功率终端的定义和实现方式，扩大上行覆盖范围，有助于接近或达到集群大区制的要求；

•    在2015 R12中，明确定义组呼功能及其流程，完善了增强多播组播（eMBMS）特性，以满足集群下行信道业务共享需求，有利于集群组呼业务的实现；补充了端到端D2D（Device to Device）特性，实现与数字集群通信类似的脱网直通功能；

•    在2016 R13中，增加了SC-PTM，进一步完善集群组呼功能；增加了基于LTE的MCPTT（The Mission Critical Push To Talk over LTE）服务；

•    在2017/2018 R14中，增加了关键任务视频（Mission Critical Video）、关键任务数据（Mission Critical Data）的功能定义和实现流程，满足集群通信专网对视频、数据业务的需求。

2．公网运营商——考虑用户需求是业务驱动力

当前公网运营商都面临增量不增收、效益下降的局面，到了5G，专业通信用户使用公众运营商提供的网络成为可能。提供专网服务可以为公网运营商带来优质的客户收入、频率资源、政府资助等等多方面好处。从而都对政府及公共安全用户感兴趣，也愿意增强加固网络，提供优先级，利用网络切片满足这类用户需求，就不是简单的公网对讲了。到时候，大型5G设备提供商都可直接在系统上提供MCS关键通信系统，那目前的这些公网对讲平台商就可能没有生意了。

TCCA对100家公众移动运营商5G应用计划的调查显示：运营商正在寻找超越现有消费者驱动服务的新业务。41％的运营商同意下一个最大的新业务机会是公共安全。47％的运营商认为5G应用将主要由企业用户驱动。这与公网运营商现有的由消费者主导的业务相比，是一个重大的变化。

据全球供应商协会（GSA）的消息，全球26家运营商已开始测试基于3GPP R13标准的多项功能，包括MCPTT。第一个公网运营商瑞典电信Telia正式加入TCCA组织。

不少公网运营商成为专网通信市场新的参与者，这将给未来专网通信市场模式和网络演进路线带来影响。“公专结合”将继“宽窄融合”之后成为行业又一大趋势。

3．专网运营商——着眼网络资源是开拓业务的基础

当前专网服务运营商服务于小众市场都面临频谱、网络基础设施短缺的局面，可以充分利用公网运营商所带来基于4G/5G技术部署的宽带无线通信网络资源，来寻求通过移动宽带产品补充其窄带服务。他们了解其用户需求，可以有效的管理客户，并在符合运营和相关法律要求的合同框架内提供服务。而公众移动运营商负责移动宽带业务，专网服务运营商在公众移动网络之上提供必要的专网通信服务和基于宽带的服务。

在安全性、抗毁性、抗突发性等方面，基于公网提供给专业通信用，公网运营商需要做很多特别的工作，核心网、接入网还必须进行加固，在这方面专网运营商就有用武之地。

将来也不一定是一个公网包打天下，可能会看到有不同的模式，公专结合一定是一个最主要的模式。

4．政府——看重投资规模是应急保障的制约

专业移动通信广泛应用于各种专业部门，对国民经济的发展、社会的稳定和人民生命财产的安全等有着极其重要的作用。发展全国专业移动通信共用网是应急通信保障体系的必然方向。要想确保国家应急通信保障体系，必须具备3个基本条件：即标准、频率和资金，才有可能建成全国性专业移动通信共用网。各国政府多在利用公网运营商来承建国家应急通信保障体系。但公网加固需要很多费用，也需要政府买单。

例如美国的AT&T，正在承建FirstNet宽带数据专网；隶属于英国电信集团的EE公司正在承建英国的ESN网络；韩国电信（KT）和SK电讯（SKT）正在承建韩国的SafeNet应急宽带网络；沙特电信STC旗下公司正在建设公专结合的宽带网络；澳洲电信Telstra、香港电信CSL也表示对专网市场及用户的兴趣，开始参与相关项目。

两点建议

为了探索5G条件下我国如何发展专业移动通信，建议：

1．建立基于5G的专业移动通信论坛

目前对公网对讲的开发呈现百花竞放局面，应加以引导鼓励，建议业内同行首先组织建立基于5G的专业移动通信论坛，可以在网上发扬技术民主，集中技术思路，进行业务调研、技术讨论、分析利用5G技术与网络开展专业移动通信业务的可行性，以求得对我国专网发展的共识。同时对专业移动通信未来的发展趋势如何？中国究竟应该怎样发展？国家应该怎样立项组织其基础应用研究，提出合理的先进的体系和技术体制，为我国未来专业移动通信的健康发展提出建设性意见。

2．制定基于5G的专业移动通信国家标准

针对业界当前“各自为政”的严重现象，平台之间（包括公网对讲和B-TrunC、PDT等专网集群系统之间）互联、互通、兼容等存在困难，不利于保护最终用户利益的情况。应对5G标准深入分析消化，探讨如何利用5G的技术与网络来更好满足专业移动通信的6大特点和要求。对现有各种公网对讲的运用情况进行调查研究，总结经验教训，进行客观公正的试验评审，取长补短，促进融合，可以在此基础上吸收其精华到统一的未来公网对讲国家标准中。建议国家未雨绸缪，需要及早设置5G公专结合的研究子项。

如果业内同行能同心合力，全面深刻消化5G技术，脚踏实地促进公专结合，专业移动通信可能乘5G东风振翅高飞！