（一 ）5G 藍(lán)海市場空間廣闊，預(yù)計 2020 年完成 5G 標(biāo)準(zhǔn)制定

    傳統(tǒng) 4G 解決方案已無法應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)流量的激增。預(yù)計 2016 至 2020 年間，由智能終端產(chǎn)生的流量將增長 10 倍。據(jù)預(yù)測，到 2020 年全球移動數(shù)據(jù)流量將達(dá)到 366.8EB，而在 2015 年僅為 44.2 EB，對應(yīng) 5 年的復(fù)合增長率為 52.68%。 物聯(lián)網(wǎng)為無線網(wǎng)絡(luò)帶來新的藍(lán)海市場。據(jù)預(yù)測未來 M2M 連接數(shù)，到 2020 年將達(dá)到 500 億。據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量及物聯(lián)網(wǎng)收入在 2015 年-2025 年之間將增長三倍數(shù)量。其中物聯(lián)網(wǎng)蜂窩連接到 2025 年將達(dá)到 220 億個（2015 年底這一數(shù)字為 3.34 億），且其頻繁的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析需求的流量更是數(shù)倍于聯(lián)網(wǎng)流量所帶來的流量需求，將對現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸速率提出更高的要求。

    ITU （國際電信聯(lián)盟）已成完成 5G 愿景研究 ， 預(yù)計 2020 年將完成標(biāo)準(zhǔn)制定，其中第一階段將于 2018 年 9 月 R15 凍結(jié)，第二階段將于 2020 年 3 月 R16 凍結(jié)。5G 將解決多樣化應(yīng)用場景下差異化性能指標(biāo)帶來的挑戰(zhàn)，不同應(yīng)用場景面臨的性能挑戰(zhàn)有所不同，用戶的體驗(yàn)速率、流量密度、時延、能效和連接數(shù)都可能成為不同場景的挑戰(zhàn)性指標(biāo)。與以往移動通信系統(tǒng)相比，5G 需要滿足更加多樣化的場景和極致的性能挑戰(zhàn)。歸納未來移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要場景和業(yè)務(wù)需求特征，歸納為增強(qiáng)型移動寬帶、超高可靠與低延遲的通信和大規(guī)模機(jī)器類通信三大主要場景應(yīng)用。具體包括：Gbps 移動寬帶數(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動駕駛汽車。

5G 的應(yīng)用場景

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4G/5G 各關(guān)鍵指標(biāo)的比較

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    政策驅(qū)動，各國搶跑 5G 時代 。新一代的通信技術(shù)革新都意味著所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則的進(jìn)步。誰掌握了下一代通信標(biāo)準(zhǔn)的話語權(quán)，誰就掌握了未來的主動權(quán)。為此全球范圍內(nèi)掀起了一股 5G 技術(shù)“圈地運(yùn)動”。

各國發(fā)布的與 5G相關(guān)的政策與計劃

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    設(shè)備商/ 運(yùn)營商布局 5G 產(chǎn)業(yè)鏈，獲取先發(fā)優(yōu)勢。據(jù)了解，截至 2014 年10月底，全球申請 5G 專利技術(shù)件數(shù)高達(dá) 7097 件，全球前十大 5G 關(guān)鍵技術(shù)專利權(quán)廠商分別為：三星、諾基亞、愛立信、LG、阿爾卡特朗訊、華為、英特爾、高通、NEC 及博通，其中 9 家廠商已掌握全球50%的 5G 關(guān)鍵技術(shù)，但是到 2016 年深圳企業(yè)在 5G 專利存儲方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑。華為、中興等深圳重點(diǎn)企業(yè)，合計獲得了全球 5G 基礎(chǔ)專利數(shù)量超過 1/5。除了專利，在企業(yè)戰(zhàn)略和技術(shù)研究方面，各企業(yè)更是爭分奪秒搶占市場。

各大運(yùn)營商/ 設(shè)備商在 5G領(lǐng)域的部署情況

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    （二 ）5G技術(shù)的發(fā)展路徑及關(guān)鍵技術(shù)
綜合考慮需求、技術(shù)發(fā)展趨勢以及網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)等因素，5G由空口技術(shù)路線可由 5G新空口（含低頻空口與高頻空口）和 4G 演進(jìn)兩部分組成。新空口路線主要面向新場景和新頻段進(jìn)行全新的空口設(shè)計，不考慮與 4G 框架的兼容，通過新的技術(shù)方案設(shè)計和引入創(chuàng)新技術(shù)來滿足 4G 演進(jìn)路線無法滿足的業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)，特別是各種物聯(lián)網(wǎng)場景及高頻段需求。根據(jù)移動通信系統(tǒng)的功能模塊劃分，5G 空口技術(shù)框架包括幀結(jié)構(gòu)、雙工、波形、多址、調(diào)制編碼、天線、協(xié)議等基礎(chǔ)技術(shù)模塊，通過最大可能地整合共性技術(shù)內(nèi)容。4G演進(jìn)路線無法完全實(shí)現(xiàn) 5G 的諸多技術(shù)要求，比如大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)等增強(qiáng)技術(shù)在現(xiàn)有的框架下無法充分發(fā)揮其潛力，5G 的全頻譜接入、部分新型多址等不適用于 4G 的技術(shù)框架，演進(jìn)將作為補(bǔ)充技術(shù)發(fā)揮作用。

5G 的技術(shù)路線與場景

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    目前 5G 最終采用的關(guān)鍵技術(shù)還尚不明確，但是有一些技術(shù)熱點(diǎn)一直被業(yè)界看好，也是業(yè)界正在努力探索的目標(biāo)。隨著這些技術(shù)的發(fā)展和成熟，5G 技術(shù)也會隨之出現(xiàn)，如大規(guī)模天線技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)、終端直通技術(shù)、全頻譜接入等�，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法滿足毫秒級的時延要求，因此面臨著革新升級，5G 技術(shù)通過使用新型的多址技術(shù)，建立基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)更為靈活的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度，可以全面改革現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

    1 、Massive MIMO 提升頻譜效率

    Massive MIMO 是業(yè)界公認(rèn)的解決 5G 超大帶寬聯(lián)接的關(guān)鍵技術(shù)，據(jù)理論：線尺寸為波長的 1/10~1/4 之間，其天線增益和輻射效率達(dá)到最大。使用毫米波后，天線尺寸也變?yōu)楹撩准�，可以在以前相同面積設(shè)備內(nèi)布置更多的天線。通信基站可以采用大規(guī)模陣列天線，極大地提升了頻率效率、用戶體驗(yàn)、傳輸可靠性。大唐 5G 綜合驗(yàn)證平臺具有業(yè)內(nèi)首款有源天線系統(tǒng)（AAS）測試儀、業(yè)界規(guī)模最大的室外 256 有源天線，已實(shí)現(xiàn)了 20 流數(shù)據(jù)的并行傳輸，速率超過 4Gbps；在未來 3 個月內(nèi)可升級到 32 流，達(dá)到 6Gbps 的傳輸速率。 相比于 4G 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) 5-10倍頻譜效率提升。

    主要應(yīng)用場景有城區(qū)覆蓋、無線回傳、郊區(qū)覆蓋、局部熱點(diǎn)。其中城區(qū)覆蓋分為宏覆蓋和微覆蓋（例如高層寫字樓）兩種。無線回傳主要解決基站之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，特別是宏站與 Small Cell 之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，郊區(qū)覆蓋主要解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的無線傳輸問題，局部熱點(diǎn)主要針對大型賽事、演唱會、商場、露天集會、交通樞紐等用戶密度高的區(qū)域。

MIMO 原理

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Massive MIMO 設(shè)備

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    2 、超密集組網(wǎng)提升系統(tǒng)容量

    5G 使用的頻率會更高，繞射能力直線下降，信號只能直射而且傳播距離十分有限，將傳統(tǒng)上使用的大型宏基站改用站點(diǎn)更多、密度更大的微基站，是解決毫米波直線傳播、傳播距離有限的終極方案。超密集網(wǎng)絡(luò)通過更加密集化的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升，將是滿足 5G 數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段。超密集組網(wǎng)可應(yīng)用于辦公室、密集住宅、密集街區(qū)、校園、大型集會、體育場、地鐵等典型應(yīng)用場景。虛擬層技術(shù)、軟扇區(qū)技術(shù)和混合分層回傳是超密集組網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

超密集組網(wǎng)示意圖

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高頻譜使得繞射能力下降

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    2 、終端直通技術(shù)為車聯(lián)網(wǎng)提供了通信支持

    D2D 技術(shù)無需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D 能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時延和較低的功耗;通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。目前，D2D 采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于 D2D 的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。D2D 的典型應(yīng)用場景如車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)。

    傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

D2D 通信示意圖

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車路通信示意圖

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    3 、新頻譜規(guī)劃積極推進(jìn)

    全頻譜接入是指通過有效利用各類移動通信頻譜（包含高低頻段、授權(quán)與非授權(quán)頻譜、對稱與非對稱頻譜、連續(xù)與非連續(xù)頻譜等）資源來提升數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量的通信技術(shù)。所涉及的頻段包括 6GHz 以下的低頻段和 6-100GHz 的高頻段，其中 6-100GHz 頻段因其具有豐富的空閑頻譜資源，能夠滿足 5G 發(fā)展對高速率和連續(xù)大寬帶的要求而被作為 5G 的重點(diǎn)研究頻段。

    高頻通信在軍事通信和無線局域網(wǎng)（WLAN）等領(lǐng)域已經(jīng)獲得應(yīng)用，但是在蜂窩通信領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。高頻信號在移動條件下，易受到障礙物、反射物、散射體以及大氣吸收等環(huán)境因素的影響，高頻信道與傳統(tǒng)蜂窩頻段信道有著明顯差異，如傳播損耗大、信道變化快、繞射能力差等，因此需要對高頻信道測量與建模、高頻新空口、組網(wǎng)技術(shù)以及器件等內(nèi)容開展深入研究。

    當(dāng)前高頻段研究范圍涵蓋 6-100GHz 頻段，包括授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜、對稱頻譜和非對稱頻譜、連續(xù)頻譜和離散頻譜等。面向未來 5G 可能的候選頻點(diǎn)，結(jié)合業(yè)界信道測量成果，研究高頻候選頻點(diǎn)的信道傳播特性，構(gòu)建適用于高頻頻段的信道模型，分析和評估高頻頻點(diǎn)的適用場景，選擇適合 5G 的高頻頻段。目前業(yè)界開展研究的 5G 典型候選頻段主要包括 6GHz、15GHz、18GHz、28GHz、38GHz、45GHz、60GHz 和 72GHz 等，測量場景涵蓋室外熱點(diǎn)和室內(nèi)熱點(diǎn)。

愛立信 5G 高低頻譜互操作解決方案

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全球各國家 5G 頻譜使用情況

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   4 、SDN/NFV 已成為 5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

    IEEE 2016 年 7 月 15 日發(fā)布了第二份白皮書“Towards 5G Software-Defined Ecosystems：Technical Challenges， Business Sustainability and Policy Issues（《軟件定義的 5G 生態(tài)系統(tǒng)：技術(shù)挑戰(zhàn)、商業(yè)模式可持續(xù)性、通信政策問題》）”，認(rèn)為 SDN/NFV 將首先被應(yīng)用于 5G 網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，這樣一來，5G 就將不僅僅是現(xiàn)有 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的直接演進(jìn)。

SDN 的優(yōu)勢

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SDN 結(jié)構(gòu)示意圖

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    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2017-2022年中國5G行業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展趨勢報告》 

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