华信咨询设计研究院专家团队
5G核心网规划与应用
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
5G核心网规划与应用/吴成林等编著.--北京：人民邮电出版社，2020.10
ISBN 978-7-115-54626-5
Ⅰ.①5… Ⅱ.①吴… Ⅲ.①无线电通信—移动通信—通信技术 Ⅳ.①TN929.5
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第144395号
◆编著 吴成林 陶伟宜 张子扬 赵迎升 周悦 徐伟杰 景建新
责任编辑 赵娟 王建军
责任印制 彭志环
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 https://www.ptpress.com.cn
三河市中晟雅豪印务有限公司印刷
◆开本：787×1092 1/16 彩插：7
印张：28.5 2020年10月第1版
字数：685千字 2020年10月河北第1次印刷
定价：188.00元
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本书首先介绍了5G在全球的商用情况及5G对未来发展的展望，以及国际、国内各组织对5G发展的推动情况；其次介绍了5G核心网NSA和SA架构，对5G SA核心网的关键技术（例如，SBA架构、网络切片、边缘计算等）进行了详细阐述，结合5G网络的技术特点，全面介绍了5G的主要应用场景；然后详细介绍了5G SA核心网的规划思路和方法，并对5G SA核心网各网元在网络中的功能用途进行了阐述；最后对5G的安全进行了系统的说明。
本书适合从事5G移动通信网络核心网规划、设计和维护的工程技术人员、管理人员参考使用，对从事5G安全以及5G业务应用相关的工程技术人员有参考价值，也可供高等院校移动通信相关的专业师生阅读。
策划
余征然 朱东照 汪丁鼎 肖清华 彭 宇
编委
丁 巍 许光斌 汪丁鼎 张子扬 汪 伟
吴成林 张建国 肖清华 李燕春 杨东来
单 刚 周 悦 赵迎升 徐伟杰 徐 辉
黄小光 陶伟宜 景建新
PREFACE
当前，第五代移动通信（5G）技术已日臻成熟，国内外各大主流运营商均在积极准备5G网络的演进升级。促进5G产业发展已经成为国家战略，我国政府连续出台相关文件，加快推进5G技术商用，加速5G网络发展建设进程。2019年6月初，工业和信息化部发放5G商用牌照，标志着中国正式进入5G时代。4G改变生活，5G改变社会。新的网络技术带动了多场景服务的优化和互联网技术的演进，也将引发网络技术的大变革。5G不仅是移动通信技术的升级换代，还是未来数字世界的驱动平台和物联网发展的基础设施，将对国民经济的方方面面带来广泛而深远的影响。5G和人工智能、大数据、物联网及云计算等的协同融合点燃了信息化新时代的引擎，为消费互联网向纵深发展注入后劲，为工业互联网的兴起提供新动能。
作为信息社会通用基础设施，当前国内5G产业建设及发展如火如荼。在5G产业上虽然中国有些企业已经走到了世界前列，但并不意味着在所有方面都处于领先地位，还应该加强自主创新能力。我国5G牌照虽已发放，但是5G技术仍在不断的发展中。在网络建设方面，5G带来的新变化、新问题也需要不断探索和实践，尽快找出解决办法。在此背景下，在工程技术应用领域，亟须加强针对5G网络技术、网络规划和设计等方面的研究，为已经来临的5G大规模建设做好技术支持。“九层之台，起于累土”，规划建设是网络发展之本。为了抓住机遇，迎接挑战，做好5G建设准备工作，作者编写了相关图书，为5G网络规划建设提供参考和借鉴。
本书作者工作于华信咨询设计研究院有限公司，长期跟踪移动通信技术的发展和演进，一直从事移动通信网络规划设计工作。作者已经出版过有关3G、4G网络规划、设计和优化的图书，也见证了5G移动通信标准诞生、萌芽、发展的历程，参与了5G试验网的规划设计，积累了5G技术和工程建设方面的丰富经验。
本书作者依托其在网络规划和工程设计方面的深厚技术背景，系统地介绍了5G核心网技术以及网络规划设计的内容和方法，全面提供了从5G理论技术到建设实践的方法和经验。本书将有助于工程设计人员更深入地了解5G网络，更好地进行5G网络规划和工程建设。本书对将要进行的5G规模化商用网络部署有重要的参考价值和指导意义。
FOREWORD
4G改变生活，5G改变社会。相对4G,5G不仅能够提供更高带宽、更低时延、更大容量的移动互联网服务，而且极大地拓展了物联网和高可靠、低时延业务的应用场景。5G作为新一代信息通信技术演进的重要方向，是实现万物互联的关键基础设施，对促进社会经济数字化转型具有重要的支撑引领作用。基于5G SA（独立组网）的行业应用正处于不断的培育和丰富中，5G将推动各行各业的开放与创新，将进一步与社会各领域深度融合。5G必将为更多垂直行业赋能、赋智，促进产业转型升级，支撑经济高质量发展。
建设和发展5G是我国当前信息化发展的重中之重。2018年10月，国务院印发《完善促进消费体制机制实施方案（2018—2020年）》，该方案要求加快推进第五代移动通信（5G）技术商用。2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会议，提出加快5G网络等新型基础设施建设进度。当前5G建设如火如荼，我国在现有提供5G NSA（非独立组网）服务的基础上，在2020年下半年提供基于SA的5G服务。在此背景下，5G工程技术应用、5G行业应用和解决方案以及5G安全应用等领域，需要加强针对5G网络规划、设计、应用、安全等方面的研究，为5G大规模建设和广泛应用做好技术指导和参考。
本书作者均是华信咨询设计研究院有限公司从事移动通信核心网的专业技术人员，长期跟踪研究5G通信系统标准、规范与组网技术，参与国内多个省市的5G试验网、试商用网规划、设计和测试，以及5G新业务试点、5G安全研究等工作，对5G网络技术有较深刻的理解。本书在编写过程中融入了作者长期从事移动通信网络规划设计工作积累的经验和心得，便于读者全面地理解5G核心网技术和5G网络规划、设计及应用等内容。
本书第一章讲述的是5G部署及标准发展，简述了5G在全球商用的现状以及国内5G商用进程，同时介绍了5G相关国际标准组织和5G标准进展。第二章重点阐述了5G核心网架构及5G核心网与4G核心网对比，重点对5G NSA组网和SA组网进行了分析和对比。第三章介绍了5G核心网关键技术，重点介绍了5G的服务化架构、网络切片和多接入边缘技术（Multi-acess Edge Computing, MEC）3种关键技术的原理、流程、应用及安全。第四章描述了5G的主要业务场景以及基于3GPP相关技术研究，并论述了eMBB、大规模物联网、关键通信、增强的车联网等业务场景的应用、流程及性能要求。第五章重点分析了5G核心网规划、5G核心网规划的流程、网络组织架构、各网元的配置、组网方案和容灾备份方案，以及5G核心网的基础设施云资源池的规划方案。第六章描述了5G核心网设备要求，详细介绍了5G核心网AMF（接入与移动性管理功能）、UPF（用户面功能）、SMF（会话管理功能）、AUSF（鉴权服务功能）、UDM（通用数据管理）、UDR（用户数据寄存器）、PCF（策略控制功能）、NSSF（网络切片选择功能）、NRF（网络存储功能）的设备功能及要求，并给出部分设备重点功能的应用场景。第七章讲述了5G核心网安全，基于3GPP 标准介绍了5G网络的安全架构、5G网络的各安全实体的机制以及5G网络的认证和鉴权、接口安全、切片管理安全等内容。
全书由华信咨询设计研究院有限公司5G编委会统稿，并按照个人专业分工完成全书的编写，第一章由周悦执笔，第二章、第五章、第六章、缩略语由吴成林执笔，第四章由赵迎升执笔，第七章由张子扬和景建新执笔，第三章的3.1节、3.2节、3.3节以及附录由陶伟宜执笔，第三章的3.4节由徐伟杰执笔。华信咨询设计研究院有限公司是国内最早从事移动通信网络规划、设计和咨询的设计院之一，在5G网络规划、设计、咨询和安全等方面具备雄厚的技术实力和丰富的实践经验。本书的编写工作得到了华信咨询设计研究院有限公司多位领导和同事的大力支持，特别是余征然总经理和朱东照总工程师的大力支持，在此表示感谢！同时，本书的编写工作还得到了中国电信原北京研究院、原广州研究院核心网专家的支持和帮助，参考了许多学者的专著和研究论文，在此一并致谢。
5G的标准还在发展和完善中，编者的认知水平有限，书中难免有疏漏与不妥之处，欢迎读者批评指正。
编者
2020年8月于杭州
导读
2019年是5G“商用元年”， 全球多个国家和地区都把5G建设列为重中之重。2019年4月，韩国、美国率先启用5G商用，随后瑞士、英国等国家也宣布5G商用。2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放了5G商用牌照。这个时间比业界预期至少提前了大半年。2019年10月31日，三大运营商共同宣布推出5G套餐，2019年11月1日，我国正式启用5G网络服务。与此同时，5G的全球发展速度始终领先于业界预期。5G发展之所以这么快，是因为“5G将改变整个社会”，推动整个社会的发展，全球很多国家纷纷将5G作为国家战略加以发展。2020年5G进入全面建设时期，SA网络的推出也意味着真正5G核心网进入了规模建设。5G建设，标准先行，3GPP是5G标准的主要制定者，5G第一阶段标准R15版本已全部完成。我国IMT-2020（5G）推进组负责我国5G的发展推进，为3GPP提供需求的输入和技术协同。2020年，5G第二阶段标准R16版本已于2020年7月正式冻结，ITU也将批准正式的IMT-2020标准。
第五代移动通信系统5G一直是2019年的热点新闻。2018年中央经济工作会议明确把“加快5G商用步伐，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”作为2019年经济工作的重点任务之一。2019年3月召开的全国两会，各行各业代表对5G的发展与现状持以高度的关注和期待，5G也成功应用于2019年全国两会的直播。
移动通信从1G到4G，还没有哪一代技术像5G这般受到全社会如此的关切。4G促进了移动互联网革命，从而改变了人们的生活方式，而5G则将改变整个社会！因为与4G相比，5G的性能指标有了数量级的提升，5G使虚拟现实、无人驾驶、工业互联网等成为可能，结合人工智能、大数据等新技术，将全面加速社会各行各业的数字化、网络化和智能化转型，并将催生更多的新兴需求。智慧城市、智能家居、智慧医疗……每一个具体应用都将创造一个巨大的产业。
在2017年年初召开的5G峰会上，美国高通公司发布了《5G经济》报告。该报告指出：“5G技术将成为和电力、互联网等一样的通用技术，成为社会经济发展主要动力的一部分，未来5G技术将成为转型变革的催化剂，而这些变革将会重新定义工作流程并重塑经济竞争优势规则。”
根据IHS Marki（t 埃信华迈）的预测，从2020年到2035年，全球实际GDP将以2.9%的年平均增长率增长，其中，5G将贡献0.2%的增长。从2020年到2035年，5G为年度GDP创造的年度净值贡献将达3万亿美元，预计到2035年，全球5G产业链将创造3.6万亿美元的经济产出，在全球其他行业中将创造12.3万亿美元的经济产出，同时创造2230万个工作岗位。
2019年是5G“商用元年”， 全球多个国家都把5G建设列为重点项目。2019年4月3日23时，韩国率先宣布启用5G服务，韩国成为全球第一个5G商用的国家。数小时后，美国 Verizon（威瑞森电信）在芝加哥和明尼阿波利斯推出美国第一个5G商用网络。2019年4月17日，瑞士宣布5G商用，成为欧洲第一个5G商用的国家，2019年5月30日，英国宣布5G商用，2019年6月15日，西班牙也加入5G商用行列。全球5G部署可谓争先恐后。
当时，全球移动通信系统协会（Global System for Mobile Communications Association, GSMA）预测至2019年年底，18个市场将推出5G网络。而现实是5G超出预期发展，根据GSMA 2020年1月发布的《全球5G形势2019年第四季度报告》,28个市场共53家运营商已经推出符合第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project,3GPP）标准的商用5G服务（含固定无线接入）,24个市场的46家运营商已经推出了5G商用移动服务。
以韩国为例，作为首个5G商用国家，韩国的5G发展较为突出，短短69天，至2019年6月10日5G用户突破100万，渗透率接近2%，较4G时代快了11天；2019年8月8日， 5G用户突破200万， 2019年10月底，5G用户接近400万。截至2019年年底，韩国的5G用户达到467万，三家运营商合计部署约19万台5G基站，覆盖85%的城市和93%的人口。5G整体的发展速度明显快于4G。
同时Strategy Analytics （一家全球著名的信息技术、通信行业和消费科技市场研究机构）于2020年发布的研究报告指出，2019年全球5G智能手机出货量达到1870万台，市场对5G智能手机的需求远高于预期。2019年全球5G智能手机出货量见表1-1。
2020年年初，韩国最大的电信运营商SK电讯（SK Telecom）宣布已经准备好提供独立的5G服务，与此同时，我国三家运营商正在加紧5G SA部署，计划于2020年尽快推出5G SA服务。在此之前，所有5G商用网络都是基于4G核心网的非独立组网（Non-Stand Alone, NSA），即5G基站接入4G核心网。SA网络是基于5G核心网的独立组网，是端到端完整的5G网络，真正支持5G特有的场景和功能。可以说，2020年是5G核心网建设的元年，是5G SA的商用元年；同时，3GPP R16已正式冻结。这意味着，从2020年开始，5G正式进入大规模部署时期。
GSMA预测，2020年全球将有178家运营商实现5G商用，5G网络覆盖主要的国家和地区，5G连接数（不含物联网）将达到1.8亿个，2023年将超越2G的连接数，这一数据将达到10亿个。2025年，全球411家运营商将在119个国家和地区商用5G网络，预计全球5G 连接数将达到18亿个，超越3G，占比达到20%。其中，亚太地区占比最大（连接数占全球65.2%），其次是欧洲（13.1%）和北美（11.6%），这3个区域占全球总连接数的90%。
《中国移动经济发展2020》显示，2025年，中国5G连接数将超8亿个，5G占比达47%,4G占比为53%；到2026年，5G占比将反超4G。
2020—2025 年，中国运营商对 5G 网络的资本投入将超过 1600 亿美元，占总资本支出的90%，占全球5G资本支出的19%。在此期间，受益于企业物联网和新型5G服务收入的日益增长，移动营收将以每年约1%的速度稳定增长。
物联网将成为5G时代不可或缺的一部分。2019—2025年，全球物联网连接数量将达到250亿个。全球物联网收入将增长两倍以上，达到1.1万亿美元。中国物联网连接数从36.3亿达到80亿，其中，大部分增长来自企业市场。2020—2025年中国物联网连接数增长如图1-1所示。对于企业市场，就增速和规模而言，智能楼宇和智能制造是关键的垂直领域。对于消费者市场，智能音箱和联网家用设备将引领增长，而家庭安全将是最大的垂直市场。
（摘自《中国移动经济发展 2020》）
而《爱立信移动性报告（2019年11月版）》显示，爱立信的预测更乐观。
到2025年年底，5G用户将突破26亿。
到2025年年底，5G将覆盖全球65％的人口，并处理全球45％的移动数据流量。
到2025年年底，北美5G用户占比74％，东北亚将紧随其后，达到56％，欧洲将达到55％。
随着视频使用量的增加和新服务的推出，每部智能手机产生的移动数据流量在2025年将从目前的7.2 GB/月增长到24 GB/月。
到2025年年底，物联网总连接数约为249亿，而到2019年年底为108亿。
2018年4月，国家发展和改革委员会批准三大运营商在北京、天津、青岛、杭州、南京、武汉、贵阳、成都、深圳、福州、郑州和沈阳12个城市进行5G规模组网建设及应用示范工程。
2018年12月6日，工业和信息化部发放5G系统试验频率使用许可，三大运营商获得全国范围5G中低频段试验频率。5G频率分配见表1-2。
2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国广播电视网络有限公司颁发基础电信业务经营许可证，批准4家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”。
这次的牌照发布比业界预期至少提前大半年，因此4家公司均未马上推出正式的5G商用服务。
2019年9月9日，中国联通与中国电信发布公告称，双方将进行5G网络共建共享合作。根据签署的《5G网络共建共享框架合作协议书》，双方在15个城市分区承建：在北京、天津、郑州、青岛、石家庄5个城市，中国电信与中国联通的建设区域比例为4:6；在上海、重庆、广州、深圳、杭州、南京、苏州、长沙、武汉、成都10个城市，中国电信与中国联通的建设区域比例为6:4。除上述城市之外，中国电信独立承建广东省10个地市、浙江省5个地市及其他17个省份；中国联通独立承建广东省9个地市、浙江省5个地市及其他8个省份。如此大规模的共建共享合作在国内尚属首次。
2019年10月31日，三大运营商共同宣布推出5G套餐，2019年11月1日正式启用5G网络服务。
2019年10月底 5G正式商用后，我国5G用户规模与网络覆盖范围同步快速扩大。截至2019年年底，我国5G基站数超过13万个，用户规模以每月新增百万用户的速度扩张。35款5G手机获得入网许可，国内市场5G手机出货量达1377万部，占国内全部手机市场的3.5%。
2019年11月21日，中国广播电视网络有限公司（简称“中国广电”）董事长在北京举办的世界5G大会上表示，2020年中国广电5G将正式商用，直接采用SA路线，实施700MHz+4.9GHz“低频+中频”的协同组网策略。中国广电已经加入3GPP国际组织，牵头制定700MHz 5G大频宽国际标准，计划于3GPP R16版本冻结前完成。2019年的11月23日，中国广电5G站在长沙开通，这是中国广电在取得5G牌照后，开通的首个5G基站，也是全球首个700MHz+4.9GHz的5G基站。
2019年12月24日，工业和信息化部发布重要通告，正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电核发190号段、197号段、196号段、192号段公众移动通信网网号。中国广电获得192号段公众移动通信网网号。
2020年1月3日，工业和信息化部依照申请向中国广播电视网络有限公司颁发4.9GHz频段5G试验频率使用许可，同意其在北京等16个城市部署5G网络。2020年4月1日，工业和信息化部发布《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，正式将702—798MHz频段频率使用规划调整用于移动通信系统，并将703—743/758—798MHz频段规划用于频分双工（Frequency Division Duplexing,FDD）工作方式的移动通信系统。
另外，《中国广电5G试验网建设实施方案》显示，2020年上半年，中国广电已完成将近40个大中型城市的建网，在2020年下半年完成334个地市及重点旅游城市的网络建设，并在2021年争取完成全国所有城市、县级、乡镇和重点行政村的覆盖，逐步实现覆盖全国95%以上人口的目标。
与此同时，三大运营商在2020年正在大规模铺设5G SA网络。时任工业和信息化部苗圩部长在2020年1月20日的工业和信息化部新闻发布会上表示：下一步5G发展要重点加快独立组网的建设，只有独立组网的方式才能更进一步显现出5G的性能。2020年3月初，中国移动启动5G SA核心网设备采购，力争在本年度的第四季度实现SA商用。中国电信一直以来坚持以SA为主，2020年2月，中国电信宣布率先完成5G SA核心网商用设备整系统性能验证、5G端到端系统功能验证及异厂商互通测试，计划在本年度的第四季度推出SA商用。中国联通与中国电信达成共识：初期实现NSA共享，控制性部署NSA，以SA为目标，2020年第一季度启动网络向SA的演进升级。2020年3月中旬，中国电信、中国联通联合启动5G SA无线主设备集中采购，采购规模不少于25万个，计划在2020年第三季度前完成全部建设进度。三大运营商5G投资计划见表1-3。
另外，中国铁塔发布的《2019年业绩报告》显示，截至2019年年底，中国铁塔共承接26.5万个5G站址需求，建成16.1万个，交付站址中已起租的有3.8万个。2020年资本开支中计划将170亿元用于5G基站建设，目前，中国广电也正在与中国铁塔接触，提出站址需求。
值得关注的是，政府在5G发展中起到了积极的引领和推动作用，自2018年年底，中央经济工作会议提出“加快5G商用步伐，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”以来，5G已成为新基建的抓手，中央多次会议强调5G建设，尤其进入2020年，2 月21 日中央政治局会议、2020年3月4日中央政治局常务委员会会议均提到推动和加快5G建设。2020年的第一季度大部分省份也明确公布2020年5G发展目标。2020年3月6日，工业和信息化部召开加快5G发展专题会。2020年3月24日，工业和信息化部下发《关于推动5G加快发展的通知》，全力推进5G网络建设、应用推广、技术发展和安全保障，充分发挥5G新型基础设施的规模效应和带动作用，支撑经济高质量发展。《关于推动5G加快发展的通知》重点内容如图1-2所示。
2019年年底，中国国际经济交流中心和中国信息通信研究院联合发布的《中国5G经济报告2020》预测，2020—2025年，5G网络总投资额达9000亿～15000亿元。2020年， 5G商用将直接为社会创造约54万个就业机会，到2030年，在直接贡献方面，5G将带动的总产出、经济增加值、就业机会分别为6.3万亿元、2.9万亿元和800万个；在间接贡献方面，5G将带动的总产出、经济增加值、就业机会分别为10.6万亿元、3.6万亿元和1150万个。到2025年，5G 用户将达到 8.16 亿，中国将成为全球最大的5G市场。
1.ITU
国际电信联盟（International Telecommunication Union,ITU）是联合国负责信息通信技术（Information Communications Technology,ICT）事务的专门机构，成立于1865年，旨在促进国际上通信网络的互联互通，负责分配和管理全球无线电频谱、制定全球电信标准，其成员包括193个成员国和700多个部门成员及部门准成员和学术成员。ITU的组织结构主要包括电信标准化部门（Telecommunication Standardization Sector,TSS，即我们常说的ITU-T）、无线电通信部门（Radio communication Sector,RS，即我们常说的ITU-R）和电信发展部门（Telecommunication Development Sector,TDS，即我们常说的ITU-D）。各部门设立研究组［Study Groups,SG（n）］。ITU-R下设6个研究组，为世界无线电通信大会的决策制定技术基础，并制定有关无线电通信事项的全球标准（建议书）、报告和手册。第五研究组（SG5）聚焦于地面无线电通信服务，SG5下面设置4个工作组（Working Parties, WPs），各工作组定期召开会议来讨论相关的ITU-R建议书。其中，WP 5D工作组主要研究国际移动通信系统（International Mobile Telecommunications,IMT），包括5G。WP 5D设置总体工作组、频谱工作组和技术工作组3个常设工作组和1个特设组，开展具体工作。
ITU计划在2020年完成制定IMT-2020空口技术规范。任何的标准组织都可以在规定的时间内提交完整的解决方案，通过ITU指定的第三方机构验证后，能够满足ITU需求的方案就被认定为5G标准。
2.3GPP
3GPP全称为3rdGeneration Partnership Projec（t 第三代合作伙伴计划），成立于1998年12月，最初目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制定和实现全球性的第三代移动通信电话系统技术规范和宽带标准，致力于全球移动通信系统（GSM）到通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System,UMTS）/宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA）的演进。同期成立的3GPP2则致力于CDMA2000标准体系。随着技术和产业的发展，3GPP逐渐成为4G、5G标准的权威组织。
3GPP的“合作伙伴”主要包括组织合作伙伴（Organizational Partners,OP）、市场代表合作伙伴（Market Representation Partners,MRP）和观察员（Observers）三类。其中，组织合作伙伴是签署合作协议的标准开发组织（Standards Development Organization, SDO），包括欧洲电信标准协会（ETSI）、美国电信行业解决方案联盟（ATIS）、日本无线工业及商贸联合会（ARIB）、日本电信技术委员会（TTC）、中国通信标准化协会（CCSA）、印度电信标准开发协会（TSDSI）以及韩国电信技术协会（TTA）。每个SDO都有自己的个体成员，这些成员来自运营商、设备制造商，终端制造商、芯片制造商、学术界、研究机构以及政府机构等不同领域。这些个体成员必须通过SDO才能成为3GPP会员。市场代表合作伙伴是可以提供市场建议并为3GPP带来市场需求的共识，任何组织均可申请成为市场代表合作伙伴。观察员是针对潜在的合作伙伴，即未来可能成为OP的SDO。例如，中国无线通信标准研究组（CWTS）于1999年正式签字加入3GPP， 成为OP，在此之前， CWTS就是以观察员的身份参与3GPP活动的。2002年CCSA成立后，CWTS并入CCSA，因此2003年CCSA取代CWTS成为OP。3GPP“合作伙伴”构成如图1-3所示。
在3GPP的组织结构中，项目协调组（Project Cooperation Group,PCG）是最高管理机构，代表OP负责全面协调工作，负责总体时间表和技术工作管理，以确保根据项目参考中包含的原理和规则按照市场要求及时生成3GPP规范。技术方面的工作由技术规范组（Technology Standards Group,TSG）完成，TSG下设多个工作组（Work Group,WG）。每个WG分别承担具体的任务。TSG向项目协调小组PCG报告，组织WG的工作，并酌情与其他小组联络，TSG的主席和副主席从3GPP的成员中选出。PCG每6个月正式开会一次，以最终采纳TSG的工作项目、批准选举结果和保障3GPP的资源。3GPP组织架构如图1-4所示。
3GPP 目前有三大TSG:TSG无线接入网（TSG Radio Access Network,TSG RAN）、TSG服务和系统方面（TSG Service & Systems Aspects,TSG SA）和TSG核心网与终端（TSG Core Network & Terminals,TSG CT）。其中，TSG CT负责指定终端接口（逻辑和物理）、终端能力（例如，执行环境）和3GPP系统的核心网络部分。核心网部分具体包括：用户设备——核心网络L3层无线电协议移动性管理（Mobility Management,MM）、呼叫控制（Call Control,CC）、会话管理（Session Management,SM），与外部网络的互联、网络实体之间的各类协议、智能卡应用（Smart Card Application Aspects）以及与移动终端的接口。
WG负责具体的技术规范（Technical Specifi cation,TS）和技术报告（Technical Report,TR）。一般由3GPP的组织成员向3GPP提交项目提案，获TSG采纳后可进入可行性研究，若可行，则进一步制定技术规范。其间，3GPP召开会议进行多次技术讨论，选出最佳方案，形成技术规范。组织成员根据批准后的技术规范，制定各自的标准。
3GPP以项目的形式对工作进行管理和开展，最常见的形式是研究项目（Study Item，SI）和工作项目（Work Item,WI）,SI输出技术报告（TR）,WI输出技术规范（Technical Specifi cation,TS）。
所有3GPP规范都有一个由4或5位数字组成的规范编号，例如，09.02或29.002。前两位数字定义系列，3GPP对技术文件采用分系列的方式进行管理，系列01到13后面跟随两个数字，21到55系列后面跟随3个数字。3GPP规范系列说明见表1-4。
通常规范号码后面是版本Vx.y.z，其中，x表示Release,y表示技术版本，z表示修订版本（非技术的修改）。例如，3GPP TS 29.572 V16.1.0,5G System; Location Management Services; Stage 3表示一个关于5G系统、位置管理服务、第三阶段的技术规范书，为R16版本的第二次技术修订版本。
技术报告分为两类：一类拟由OP作为其自己的出版物转载、发行的出版物；另一类是3GPP内部工作文件，例如，用于记录工作的计划和时间表，或用于保存可行性研究的中期结果。
第一类具有这种形式的数字：xx.9xx，例如，3GPP TR 21.900,Technical Specifi cation Group working methods，定义了TSG的工作方法，它分为多个版本，从最早的V3.1.0到最近的V16.2.0。
第二类具有这种形式的数字：xx.8xx（可行性研究报告等），也有30.xxx / 50.xxx（计划和调度），对于某些规范系 列，若xx.8xx已耗尽，则采用xx.7xx。
本书主要引用的3GPP规范包括22系列、23系列、29系列和33系列。
3.其他组织
欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute,ETSI）成立于1988年，是欧洲地区性ICT标准化组织，由技术委员会（Technical Committee,TC）、ETSI项目（EP）、ETSI合作项目（EPP）、行业规范组（ISG）、特别委员会、专责小组（STF）各类技术小组进行标准化工作。3GPP为现有两个EPP之一，ETSI作为创始成员，与3GPP有着紧密的合作。ETSI的许多组件技术将被集成到未来的5G系统中。例如，网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）、边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）、毫米波传输（mWT）和下一代协议（NGP）。同时，ETSI下属技术委员会数字增强无线通信系统（Digital Enhanced Cordless Telecommunications,DECT）和DECT论坛向ITU递交了自身的5G候选计划方案。
本书主要引用ETSI关于边缘计算及网络虚拟化的相关规范。
电子电气工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE）是国际性的电子技术与信息科学工程师的学会。IEEE于1963年成立，出版了全世界电子和电气还有计算机科学领域30%的文献，制定了超过900个现行工业标准。IEEE下设39个学会（Society），包括通信学会（Communications Society）、计算机学会（Computer Society）等，学会下采用委员会Committee（例如，IEEE802）、工作组WorkGroup（例如，802.11）、任务组TaskGroup（例如，802.11a）等分层级组织开展标准活动。2016年，IEEE推出5G行动计划（5G Initiative）,5G行动计划工作组描绘5G路线图，确定短期（3年）、中期（5年）和长期（10年）的研究、创新和技术趋势。其他工作组制定标准、组织活动和召开会议，例如，IEEE 5G峰会和IEEE 5G世界论坛。IEEE的5G工作重点在于推动并协调其涵盖的各领域向5G及超5G的下一代网络发展。其中，IEEE于1914年定义了5G前传网络的接口和标准，即下一代前传接口（Next Generation Fronthaul Interface,NGFI），它是5G商用的关键技术之一。
值得一提的是，各国和地区还专门成立了5G推进组，例如，中国IMT-2020PG、欧盟 [Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty （2020）Information Society,METIS]、 5G PPP（5G Public Private Partnership,5G PPP）、5G IA（5G Infrastructure Association,5G IA）、英国5G创新中心（5G Innovation Center,5G IC）、日本5G促进论坛5G MF（the Fifth Generation Mobile Communication Promotion Forum,5G MF）、韩国5G Forum、美国5G Americas、巴西5G Brazil等。这些5G推进组负责本国、本地区5G的发展推进，为3GPP提供需求的输入和技术协同。
美国、中国、欧盟、日本、韩国的5个5G推进组织于2015年10月签署多方合作备忘录，并从2016年起定期联合举办全球5G大会，共同探讨5G政策、频率、标准、试验和应用等议题，共同推进全球5G发展。在第三届全球5G大会上，巴西5G Brazil与之前已签署多方合作协议的5个组织一起签署了新的多方合作协议，因此自2017年第四届全球5G大会起，5G Brazil开始参加5G全球大会，全球5G大会已举办七届。
ITU 2012年启动IMT愿景研究；2015年6月，ITU WP5D第22次会议确定IMT的愿景和时间表，第五代移动通信技术被正式命名为IMT-2020;2015年10月发布ITU-R M.2083-0《IMT愿景：面向2020年及之后的国际移动通信系统未来发展框架与总体目标》;2015年年中启动5G标准制定；2017年年底启动5G候选技术征集；2018年年底启动5G技术方案评估；2020年完成5G技术规范。ITU 5G时间推进如图1-5所示。3GPP和ITU的5G标准化路线如图1-6所示。
3GPP按Release计划制定标准，工作完成后相应的Release就冻结。其中，R99、R4～R7为UMTS标准，R8～R9为LTE标准，R10～R11为LTE-A标准，R13为LTE-Pro标准。
3GPP 5G相关的标准研究工作共分为3个阶段，R14、R15和R16，完整的5G标准于2020年完成并将其提交给ITU。
（数据来源：国际电联）
R14:2017年6月冻结，开展5G系统框架和关键技术研究。
R15（5G标准第一阶段）的具体描述如下。
R15早期版本，5G NSA模式，系统架构选项采用Option3，于2017年12月冻结。
R15主要版本，5G SA模式，系统架构选项采用Option2，于2018年6月冻结。这标志着首个真正完整意义的国际5G标准出炉，也标志着首个面向商用的5G标准出台。
R15延迟版本（late drop），系统架构选项Option4与Option7于2019年3月冻结，比原定的2018年12月推迟了3个月。
R16（5G标准第二阶段）的具体描述如下。
2018年6月确定R16的内容范围：在NR方面，R16将推进毫米波的多波束/ MIMO技术，扩展超高可靠低时延通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communication,uRLLC）和物联网（Internet of Things,IoT）的应用领域；在5G核心网（5G Core,5GC）方面，R16将进一步研究5GC功能演进，以面向未来5G多样化业务应用。受R15延迟版本冻结时间推迟的影响，R16规范冻结时间由原定的2019年12月推迟至2020年3月。2020年受新冠疫情的影响，3GPP再次将R16版本的工作顺延，R16版本已于2020年7月初正式冻结。
Rel-17:5G系统增强功能。
2019年6月开始立项讨论Rel-17,2019年12月通过“立项包”，该项目将于2021年12月完成。
3GPP Release进度如图1-7所示。
中国IMT-2020（5G）推进组于2013年2月由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，是聚合移动通信领域“产学、研、用”力量、推动第五代移动通信技术研究、开展国际交流与合作的基础工作平台。中国IMT-2020（5G）推进组架构如图1-8所示。
IMT-2020 （5G）推进组设置了不同组别，专家组负责制定推进组的整体战略和研究计划；需求工作组研究面向2020年及未来的5G愿景与需求；无线技术工作组研究5G潜在的关键技术和系统框架；网络技术工作组研究5G网络架构及关键技术；频谱工作组研究5G频谱相关问题；标准工作组推动ITU、3GPP和 IEEE等国际标准化组织的相关工作；知识产权工作组研究5G相关知识产权问题。
推进组全面组织开展我国5G的推进工作，特别是在技术创新、标准推进、产业协作和国际合作方面发挥着重要作用。推进组组织技术研发测试，制定设备规范和测试规范，推动产品的研发和应用。推进组通过白皮书的形式向业界和产业界发布推进组的研究成果，与欧洲、日韩等国家和地区的推进组织构建全新的合作平台，通过定期的会议，形成从政府到产业平台，到企业多层次的5G产业合作体系。同时，针对一些比较专业的领域开展国际合作。例如，在车联网领域，在欧洲、韩国，与5G汽车联盟（5G Automotive Association,5G AA）开展深度的合作。IMT-2020（5G）推进组主要成果见表1-5。
2016年1月，IMT-2020（5G）推进组启动5G技术研发试验， 5G技术研发试验共分为3个阶段：第一个阶段（2016.1—2016.9）“5G关键技术验证”；第二个阶段（2016.9—2017.9）“5G技术方案验证”；第三个阶段（2018.2—2019.1）“5G系统方案验证”。
第一个阶段试验包括规模天线、新型多址、新型多载波、高频段通信、超密集组网、全双工、先进编码调制7个无线关键技术以及控制与承载分离、网络功能重构、网络切片和移动边缘计算等4个网络关键技术的性能和功能测试。第一个阶段的试验充分验证了上述关键技术在支持Gbit/s用户体验速率、毫秒级端到端时延、每平方千米百万级连接等多样化5G场景需求的技术可行性，进一步增强了业界推动5G技术创新发展的信心。
第二个阶段试验针对连续广覆盖场景、低时延高可靠场景、低功耗大连接场景、热点高容量（低频）场景、热点高容量（高频）场景、高低频混合场景、其他混合场景七大场景展开测试。测试目标是结合5G典型场景，针对5G概念样机开展单基站测试，评估不同厂商5G技术方案性能，支撑5G国际标准制定，引导芯片/仪表厂商积极参与，开展系统设备厂商与芯片/仪表厂商的多方对接测试，为形成5G产业链奠定基础。
第三个阶段试验分别进行了NSA室内和室外测试，SA室内测试和室外测试注重互操作研发测试（IoDT），验证单系统的组网性能以及高低频多基站的混合组网性能。该测试频段包括2.6GHz、3.5GHz及4.9GHz。该阶段试验的目标有3个方面：第一，制定规范指导5G预商用和商用产品的研发；第二，开展单系统、单终端、系统组网和互操作测试；第三，开展5G典型应用融合实验。
测试结果表明，5G基站与核心网设备均可支持非独立组网和独立组网模式，主要功能符合预期，达到预商用水平。
5G产品研发试验由国内运营企业牵头组织，设备企业与科研机构共同参与，分为规模试验和应用示范两种。如前文所述，中国移动、中国电信、中国联通均在2018年启动了5G规模试验和应用示范，为5G的试商用以及之后的规模商用做准备。
我国主推的灵活系统设计、极化码、大规模天线及新型网络架构等被3GPP采纳为5G国际标准。2016 年 11 月3GPP RAN1 87 次会议，我国主导推动的Polar码被3GPP采纳为5G增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband,eMBB）控制信道标准方案。这也是我国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展。2017年 6 月，3GPP正式确认5G核心网采用中国移动牵头并联合26家公司提出的基于服务的架构（Service Based Architecture,SBA）作为统一基础架构。
2019年7月在ITU-R WP5D#32会议中，中国提交的IMT-2020（5G）候选技术方案获得了ITU关于5G候选技术方案的正式接收确认函。根据ITU的要求，完整的5G技术提交材料包括技术方案描述性模板、链路预算模板、性能指标满足性模板、自评估报告。中国的5G无线空口技术（Radio Interface Technologies,RIT）方案基于3GPP新空口（New Radio, NR）和窄带物联网（Narrow Band-Internet of Things,NB-IoT）技术。其中，NR重点满足eMBB、uRLLC两个场景的技术需求，NB-IoT满足海量机器类通信（Massive Machine Type Communication,mMTC）场景的技术需求。我国自评估研究结果表明，NR+NB-IoT无线空口技术方案能够全面满足IMT-2020的技术愿景需求和技术指标要求。
ITU于2017年10月启动5G候选技术方案征集，2019年7月WP5D#32会议收到了7份候选技术方案，包括3GPP-RIT、3GPP-SRIT、中国、韩国、ETSI（TC DECT）和DECT论坛、TSDSI（印度）、新岸线（Nufront）。这次会议确定3GPP-RIT、3GPP-SRIT、中国和韩国提交的文件符合ITU要求，其他提案尚不完整。2019年12月，日内瓦举行的WP5D#33会议上，确认TSDSI（印度）,ETSI / DECT论坛和Nufront IMT 2020 RIT已更新完整。目前，IMT-2020规范还在进一步完善中，预计于2020年10月举行的WP5D会议中最终确定。
2020年1月9日，由中国通信标准化协会（CCSA）主办的“5G标准发布及产业推动大会”在北京召开。会议期间，CCSA举行了我国首批14项5G标准发布仪式，这些5G标准涵盖核心网、无线接入网、承载网、天线、终端、安全、电磁兼容等领域，是各方携手合作的智慧结晶，也是5G相关产业加速发展的重要标志。
我国首批14项5G标准具体包括如下内容。
① 5G移动通信网 核心网总体技术要求
② 5G移动通信网 核心网网络功能技术要求
③ 5G移动通信网 核心网网络功能测试方法
④ 5G数字蜂窝移动通信网 无线接入网总体技术要求（第一阶段）
⑤ 5G数字蜂窝移动通信网 NG接口技术要求和测试方法（第一阶段）
⑥ 5G数字蜂窝移动通信网 Xn/X2接口技术要求和测试方法（第一阶段）
⑦ 面向5G前传的N×25Gbit/s波分复用无源光网络（WDM-PON）第1部分：总体
⑧ 面向5G前传的N×25Gbit/s波分复用无源光网络（WDM-PON）第2部分：PMD
⑨ 5G数字蜂窝移动通信网 无源天线阵列技术要求（<6GHz）
⑩ 5G数字蜂窝移动通信网 无源天线阵列测试方法（<6GHZ）
5G数字蜂窝移动通信网 增强移动宽带终端设备技术要求（第一阶段）
5G移动通信网 安全技术要求
蜂窝式移动通信设备电磁兼容性能要求和测量方法 第17部分：5G基站及其辅助设备
蜂窝式移动通信设备电磁兼容性能要求和测量方法 第18部分：5G用户设备和辅助设备
2020年3月，Strategy Analytics（一家知名的信息技术、通信行业和消费科技市场研究机构）发布研究报告《谁是5G标准化的领导者？3GPP 5G活动评估》。该报告评估了到目前为止R15、R16中13家公司对3GPP 5G标准的贡献。
通过深入研究3GPP组织和工作程序，从5G相关报告的数量，包括已提交的报告，已批准/同意的报告占总提交报告的比例，主席职位、所有TSG和WG中与5G相关的工作项目（WI）/研究项目（SI）的报告员等方面进行评估，取综合值（单项最高值为10分）评价相关企业对3GPP 5G标准的贡献。3GPP 5G标准活动评估如图1-9所示，由图1-9可知，在3GPP 5G标准活动中，华为、爱立信、诺基亚、高通和中国移动较为活跃。
德国IPLytics（一家知名的专利数据公司）2020年2月发布的《5G标准必要专利申报的事实发现研究》对企业提交3GPP的5G相关标准提案的数量做了分析，华为、爱立信、诺基亚、高通、三星、英特尔排名靠前，该排名因统计维度（共同提交、作为第一起草者提交和按提案份额加权统计等）的不同而有所差异，同时该研究未包含运营商。
企业对于标准的贡献或话语权最终体现为企业拥有相应核心专利的数量。据IPLytics 2020年2月发布的《5G标准必要专利申报的事实发现研究》，截至2020年1月，全球5G专利声明达到95526项，细分为21571个专利族。中国企业申报的5G专利占比为32.97%，超过全部申报专利的1/3；韩国企业的占比为27.07%；欧洲企业的占比为16.98%；美国企业的占比为14.13%；日本企业的占比为8.84%。专利持有人公司总部所在国家/地区的已申报5G专利族如图1-10所示。
（数据来源：IPLytics《5G标准必要专利申报的事实发现研究》）
专利族声明数量排名前10的公司其专利数量占总量的82％，排名前32名公司则占总量的98%。华为已宣布5G专利族为3147个，位列第一，占总量的14.61%，比4G时代占总量的数据提高了4.62 %；三星为2795个，排第二，占比为12.98%，比4G占总量的数据高2.06%；中兴为2561个，位列第三，占比为11.89%，占总量的数据比4G高4.67%，其次为LG、诺基亚和爱立信等。由以上数据可知，中国企业在5G时代相对于4G时代的专利增长明显高于其他企业。
从专利授权率（即至少一个专利局授权）来看，欧洲公司获得的5G专利授予最高，其次是韩国，韩国在总量上具有明显优势。中国企业申报的5G专利主要集中在中国专利局和专利合作条约（Patent Cooperation Treaty,PCT），很少在欧洲、日本或韩国等其他国家专利局。5G声明专利授权情况见表1-6。
报告采用专利族大小（patent family size）和引证量（forward citations）的乘积作为专利价值指数进行评估，就这个指数而言，中国企业仍明显落后于国际先进水平。尽管存在差距，但是中国企业的专利数量增速明显高于其他企业，而且近几年，中国企业在5G声明专利中提出的比重较高，因此随着时间的推移，相信中国企业的专利水平一定会进一步提高。主要企业专利价值如图1-11所示。
[1] IHS经济部和IHS技术部.5G经济：5G技术将如何影响全球经济[R].IHS,2017.
[2] GSMA Intelligence.Global 5G Landscape Q4 2019 [R].GSMA,2020.
[3] GSMA Intelligence.Mobile Economy 2020 [R].GSMA, 2020.
[4] GSMA智库.中国移动经济发展2020 [R].GSMA,2020.
[5] Peter Jonsson,etc.Ericsson Mobility Report [R].Ericsson, 2019.
[6] 中国国际经济交流中心，中国信息通信研究院.中国5G经济报告2020 [R] 2019.
