5G 是第五代通信技術，是 4G 之后的延伸，是對現(xiàn)有的無線通信技術的演進。其最大的變化在于 5G 技術是一套技 術標準，其服務的對象從過去的人與人通信，增加了人與物、物與物的通信。

　　一、5G通信的發(fā)展歷程

　　回顧移動通信的發(fā)展歷程，每一代移動通信系統(tǒng)都可以通過標志性能力指標和核心關鍵技術來定義，其中，1G 采用 頻分多址（FDMA），只能提供模擬語音業(yè)務；2G 主要采用時分多址（TDMA），可提供數(shù)字語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務； 3G 以碼分多址（CDMA）為技術特征，用戶峰值速率達到 2Mbps 至數(shù)十 Mbps，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務；4G 以 正交頻分多址（OFDMA）技術為核心，用戶峰值速率可達 100Mbps 至 1Gbps，能夠支持各種移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。

移動通信標準發(fā)展歷程

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　　5G 更強調(diào)用戶體驗速率，將達到 Gbps 量級。5G 關鍵能力比以前幾代移動通信更加豐富，用戶體驗速率、連接數(shù) 密度、端到端時延、峰值速率和移動性等都將成為 5G 的關鍵性能指標。然而，與以往只強調(diào)峰值速率的情況不同， 業(yè)界普遍認為用戶體驗速率是 5G 最重要的性能指標，它真正體現(xiàn)了用戶可獲得的真實數(shù)據(jù)速率，也是與用戶感受 最密切的性能指標。基于 5G 主要場景的技術需求，5G 用戶體驗速率應達到 Gbps 量級。

　　面對多樣化場景的極端差異化性能需求，5G 很難像以往一樣以某種單一技術為基礎形成針對所有場景的解決方案。 此外，當前無線技術創(chuàng)新也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，除了新型多址技術之外，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜 接入、新型網(wǎng)絡架構等也被認為是 5G 主要技術方向，均能夠在 5G 主要技術場景中發(fā)揮關鍵作用。

　　綜合 5G 關鍵能力與核心技術，5G 概念可由“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”來共同定義。其中，標志性能 力指標為“Gbps 用戶體驗速率”，一組關鍵技術包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型 網(wǎng)絡架構。

5G 推進組定義的 5G 概念

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　　二、移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)推動 5G 出現(xiàn)

　　過去幾十年，移動通信得到了快速的普及，相應的通信技術也取得了飛速的發(fā)展。根據(jù)歷史上的經(jīng)驗可以看出，我 國移動通信的每十年會推出下一代網(wǎng)絡協(xié)議。隨著用戶需求的持續(xù)增長，未來 10 年移動通信網(wǎng)絡將會面對：1000 倍的數(shù)據(jù)容量增長，10 至 100 倍的無線設備連接，10 到 100 倍的用戶速率需求，10 倍長的電池續(xù)航時間需求等等， 4G 網(wǎng)絡無法滿足這些需求，所以 5G 技術應運而生。需求增加的最主要驅(qū)動力有兩個：移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)。從 4G到5G的演進，其中重要的變化來自于過去的通信技術都是提供人與人之間的通訊，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展、 以及越來越多智能設備的出現(xiàn)，在超高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、智能穿戴、智能家居、智能抄表、智能交通 等各個領域都會產(chǎn)生極大的通信需求。

Cisco VNI 全球互聯(lián)網(wǎng)流量預測

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中國 2010-2015 年移動互聯(lián)網(wǎng)流量發(fā)展情況

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　　物聯(lián)網(wǎng)擴展了移動通信的服務范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯(lián)，使移動通信技術滲透至更加廣 闊的行業(yè)和領域。面向 2020 年及未來，移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等將會推動物聯(lián)網(wǎng)應 用爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設備將接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，并締造出規(guī)模空前的新興產(chǎn)業(yè)，為移動通 信帶來無限生機。同時，海量的設備連接和多樣化的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務也會給移動通信帶來新的技術挑戰(zhàn)。世界各大咨詢 機構及廠商都發(fā)布了對未來物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的預測，其中，孫正義在軟銀的投資報告中認為 2040 年，每個人將擁有 1000 個連接設備，按照全球 100 億人口估算，將會帶來 10 萬億的連接數(shù)。

全球各大咨詢機構對物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)預測

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中國移動物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)

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　　三、5G 的關鍵能力：提高容量、移動性、降低時延

　　目前 5G 技術已經(jīng)確定了 8 大關鍵能力指標：峰值速率達到 20Gbps、用戶體驗數(shù)據(jù)率達到 100Mbps、頻譜效率比 IMT-A 提升 3 倍、移動性達 500 公里/時、時延達到 1 毫秒、連接密度每平方公里達到 10Tbps、能效比 IMT-A 提升 100 倍、流量密度每平方米達到 10Mbps。

　　四、5G 主要應用場景

　　從具體網(wǎng)絡功能要求上來說，IMT-2020(5G)推進組定義了 5G 的四個主要的應用場景：連續(xù)廣覆蓋、熱點高容量、 低功耗大連接和低時延高可靠。

　　連續(xù)廣域覆蓋和熱點高容量場景主要滿足 2020 年及未來的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，也是傳統(tǒng)的 4G 主要技術場景。

　　連續(xù)廣域覆蓋場景是移動通信最基本的覆蓋方式，以保證用戶的移動性和業(yè)務連續(xù)性為目標，為用戶提供無縫的高 速業(yè)務體驗。該場景的主要挑戰(zhàn)在于隨時隨地（包括小區(qū)邊緣、高速移動等惡劣環(huán)境）為用戶提供 100Mbps 以上的 用戶體驗速率。熱點高容量場景主要面向局部熱點區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足網(wǎng)絡極高的流量密 度需求。1Gbps 用戶體驗速率、數(shù)十 Gbps 峰值速率和數(shù)十 Tbps/km2 的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)。

　　低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，是 5G 新拓展的場景，重點解決傳統(tǒng)移動通信無法很好支 持地物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應用。低功耗大連接場景主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù) 據(jù)采集為目標的應用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求 網(wǎng)絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數(shù)密度指標要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。 低時延高可靠場景主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應用需求，這類應用對時延和可靠性具有極高的指 標要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近 100%的業(yè)務可靠性保證。

　　國際電信聯(lián)盟 ITU 在 2015 年 6 月召開的 ITU-RWP5D 第 22 次會議上明確了 5G 的主要應用場景，ITU 定義了三個 主要應用場景：移動寬帶、大規(guī)模機器通信、高可靠低延時通信

ITU 發(fā)布的 5G 三大應用場景

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5G 主要場景與關鍵性能挑戰(zhàn)

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5G 關鍵性能要求分類

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　　為了實現(xiàn)更高網(wǎng)絡容量，無線傳輸增加傳輸速率大體上有兩種方法，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。 提高頻譜利用率的主要的技術方式有增加基站和天線的數(shù)量，對應 5G 中的關鍵技術為大規(guī)模天線陣列 （MassiveMIMO）和超密集組網(wǎng)（UDN）；而提高頻譜帶寬則需要拓展 5G 使用頻譜的范圍，由于目前 4G 主要集 中在 2GHz 以下的頻譜，未來 5G 將使用 2-6GHz，甚至 6-100GHz 的全頻譜接入，來獲取更大的頻譜帶寬。

　　整體而言，未來 MIMO 將對天線帶來升級需求，同時射頻模塊（移相器、功率放大器、低噪放大器等）的需求將爆 發(fā)，此外數(shù)據(jù)的增加將利好功能更加強大的綜合處理模塊，如 FPGA。

　　目前國內(nèi)主導大規(guī)模天線陣列（MIMO）研發(fā)工作的主要是 IMT-2020（5G）推進組、大唐電信、中興通訊、華為、 中國移動等單位，目前主要的工作進展如下：

　　我國 5G 研究與標準化組織-IMT-2020（5G）推進組于 2013 年底專門成立了大規(guī)模天線技術專題組，同時 2012 年 國家重大專項啟動了針對 64 天線的 3D-MIMO 技術的研究項目立項工作，2014 年 863 計劃啟動了針對 128~256 天 線的 Massive MIMO 技術（1 期）的立項工作，并將在后續(xù)的 2 期及 3 期階段中持續(xù)推動該技術的研究、驗證與標 準化工作。2016 年 9 月，IMT-2020(5G)推進組發(fā)布了中國 5G 技術研發(fā)試驗的第一階段測試結果。標志著我國 5G 技術試驗第一階段測試工作順利完成。

　　2020 年全球小基站市場每年將超過 6 億美金，國內(nèi)小基站市場容量最終有望達到千億級別。根據(jù) Small Cell Forum 預測，全球小基站市場空間有望在 2020 年超過 6 億美元。截止至 2016 年半年報，中國移動，中國聯(lián)通，中國電信 披露今年要達到的的 4G 基站數(shù)分別為 140 萬個、68 萬個、85 萬個。考慮聯(lián)通中報披露了與電信共享的 6 萬個基 站，假設年內(nèi)共享基站達到 10 萬個，則中國當前存量基站市場大約為 283 萬個。假設未來小基站的數(shù)量能達到目 前基站數(shù)量的 10 倍以上，即未來小基站市場需求達到 2830 萬個，假設小基站平均價格為 5000 元/個，則未來小基 站市場容量將達到千億級別。

2016 年國內(nèi)基站數(shù)量將超過 280 萬個

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2020 年全球小基站市場空間超過 60 億美元

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　　到 2020 年我國 5G 頻譜缺口近 1GHz，低頻段為首選，高頻將成為補充。目前 4G-LTE 頻段最高頻率的載波在 2GHz 上下，可用頻譜帶寬只有 100MHz。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬能達到 1GHz-10GHz，傳輸速率也可得 到巨大提升。我國 5G 推進組已完成 2020 年我國移動通信頻譜需求預測，屆時移動通信頻譜需求總量為 1350～ 1810MHz，我國已為 IMT 規(guī)劃的 687MHz 頻譜資源均屬于 5G 可用頻譜資源，因此還需要新增 663～1123MHz 頻 譜。我國無線電管理“十三五”規(guī)劃中明確為 IMT-2020（5G）儲備不低于 500MHz 的頻譜資源。

我國通信頻譜分配情況

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5G 網(wǎng)絡架構圖

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基于 NFV/SDN 技術實現(xiàn)網(wǎng)絡切片以及網(wǎng)絡能力開放

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傳統(tǒng)網(wǎng)絡架

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SDN+NFV 下的網(wǎng)絡架構

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