前言

當前，供應商和移動運營商熱烈討論的一個熱門話題之一就是下一代移動網(wǎng)絡5G的發(fā)展情況。本文旨在簡單介紹5G的這幾個候選技術(shù)，并分析各項技術(shù)面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

本文的主旨并非討論5G技術(shù)需要具備哪些要求，而是辨識業(yè)界已出現(xiàn)的幾個候選技術(shù)及相關(guān)的架構(gòu)，以及5G標準可能會向什么方向發(fā)展。行業(yè)對5G網(wǎng)絡的需求是已經(jīng)確定的，這些已經(jīng)由5G-PPP（歐洲5G公私合作聯(lián)盟）列出。

設置場景

5G目前是一個熱門話題，但對于5G的未來，行業(yè)面臨的困惑主要涉及技術(shù)、商業(yè)機會、在垂直行業(yè)的應用以及部署時間表等各個方面。再加上大多數(shù)移動運營商還沒有找到通過LTE網(wǎng)絡創(chuàng)收的成功方法，所以5G的未來就變得有些迷茫。

如果回顧過去，我們是否能夠確定邁向5G技術(shù)的下一步？

新一代移動網(wǎng)絡通常意味著全新的架構(gòu)，當然傳統(tǒng)上還認為架構(gòu)得是無線接入的：模擬到TDMA（GSM），然后到CDMA（UMTS），最后到OFDM（LTE）。顯然，5G也需要一個全新的技術(shù)和標準來解決當前的用戶需求，這些需求用之前的技術(shù)是無法解決的。然而，考慮到流量增長的趨勢，5G勢必要在網(wǎng)絡上進行徹底的變革，這種變革通過有機的方式是無法實現(xiàn)的。軟件驅(qū)動的架構(gòu)、極高密度的流體網(wǎng)絡、更高頻段以及更廣泛的頻譜范圍，滿足數(shù)十億的終端設備接入需求，GB量級的容量等，這些都是無法由目前的LTE和LTE-A網(wǎng)絡提供的。

候選技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展以及用戶需求，只能推測未來5G技術(shù)的大概樣貌?，F(xiàn)在成本問題還沒有上升到5G技術(shù)話題的討論范圍內(nèi)，所以5G候選技術(shù)的可討論范圍就大很多。本文同樣如此，先撇開成本考慮，簡單介紹幾個對現(xiàn)有網(wǎng)絡有徹底變革的技術(shù)。

顯然，5G需要一個全新的空中接口，對于這一點，中興通訊走得更遠一點——他們提出5G網(wǎng)絡將容許多個空中接口共存于同一個網(wǎng)絡，從理論角度看，這確實是理想的（OFDM技術(shù)不適用于Small Cell和異構(gòu)網(wǎng)絡，但其他的接口可以）。但是從運營和經(jīng)濟角度考慮，這就意味著會耗費大量部署工作和開發(fā)成本。

下文列出了一些5G候選技術(shù)。

極致增密

網(wǎng)絡增密不是新技術(shù)，在3G網(wǎng)絡剛一開始遇到擁堵問題時，移動運營商就意識到需要在系統(tǒng)或多個扇區(qū)引入新的蜂窩（Cell），這帶動了Small Cell等多種類似產(chǎn)品的興起，這一技術(shù)本質(zhì)上是把接入點移到離用戶更近的地方。簡單來說，基本上是沒有其他方式來大幅增加整個系統(tǒng)或整個移動網(wǎng)絡的容量。5G網(wǎng)絡很可能是由多層連接組成，也就是說不同大小、類型小區(qū)構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡：對數(shù)據(jù)連接速率要求低的區(qū)域用宏站層覆蓋，對傳輸速率要求高的區(qū)域用顆粒層覆蓋，中間再穿插其他的網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡部署和協(xié)調(diào)是需要解決的主要挑戰(zhàn)，因為運營商需要以指數(shù)級增長網(wǎng)絡層。

多網(wǎng)協(xié)同

目前，多張網(wǎng)絡一起為最終用戶終端提供連接：移動蜂窩、Wi-Fi、毫米波、終端對終端連接等。5G系統(tǒng)應該能緊密協(xié)調(diào)這些網(wǎng)絡，為用戶提供不中斷的順暢體驗。目前，協(xié)同多張網(wǎng)絡仍然是一個相當大的挑戰(zhàn)。Hotspot 2.0與下一代Hotspot的案例可能是蜂窩與Wi-Fi集成的第一個參考。5G能否讓終端設備在幾張網(wǎng)絡間順利切換，還有待觀察；而最大的挑戰(zhàn)在于從一張網(wǎng)絡成功切換到另一張網(wǎng)絡的能力。

全雙工

所有現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡都依賴雙工模式來管理上傳和下載——有頻分雙工，比如說LTE FDD，其上行和下行需要兩個單獨的信道；也有時分雙工，比如TD-LTE，無論上行還是下行都采用同一個信道，只是時隙不同。要想?yún)f(xié)調(diào)好上下行，雙工模式肯定是必不可少的，但全雙工技術(shù)現(xiàn)在仍在討論中。如果采用這個技術(shù)方案，終端設備可同時發(fā)送和接收信息，這就有可能使現(xiàn)有的FDD和TDD系統(tǒng)容量翻番。

當然這項技術(shù)也存在巨大的挑戰(zhàn)：需要從根本消除自干擾，網(wǎng)絡和終端都需要巨大變化。然而，如果克服這些挑戰(zhàn)，整個網(wǎng)絡容量將大幅提高。

毫米波

現(xiàn)在，450 MHz 2.6 GHz的低頻段頻譜幾乎已全部用于移動通信了，好在仍然有很多高頻段頻譜可用，這部分頻譜有的高達300 GHz。自然，相比運營商熟悉的低頻段頻譜，如何應用好這些高頻段頻譜所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)也復雜很多，比如說頻段越高，建筑物穿透就越困難——只是一面簡單的墻就能成為毫米波信號的穿透障礙。不過，有一些高頻段的GHz頻譜已有占用：短距離、點對點、可視范圍連接等，它們用來為無線連接提供更高的速率。

毫米波可以用于室內(nèi)Small Cell（這也符合以上提到的網(wǎng)絡增密），為一些密集區(qū)域提供高速連接。毫米波的高頻段特性意味著天線會非常的小，因此對終端影響的范圍也相當小。然而，OVUM認為，毫米波是一項超前的技術(shù)，可能需要多年的研發(fā)才能使其具備成本效益來投向大眾市場。

需要注意的是，毫米波技術(shù)的發(fā)展也不是最新的，2009年成立的WiGig聯(lián)盟現(xiàn)在的關(guān)注重點是60 GHz頻段；2014年6月，谷歌收購了由兩位Clearwire前工程師創(chuàng)辦的企業(yè)Alpental，這家初創(chuàng)公司致力于開發(fā)針對60 GHz頻段的技術(shù)。

大規(guī)模陣列天線

LTE-A網(wǎng)絡已經(jīng)采用了MIMO技術(shù)——基站和最終用戶終端使用不止一根天線來提高鏈路效率。大規(guī)模陣列天線MIMO技術(shù)的基本特征是在基站側(cè)配置在每個連接終端創(chuàng)建本地化光束的大規(guī)模天線陣列。這一技術(shù)為網(wǎng)絡容量提升帶來的益處是非常大的，當然也存在巨大挑戰(zhàn)。不過市場普遍對這一技術(shù)很感興趣；比如，一家名為Artemis的初創(chuàng)公司就在開發(fā)基于這項技術(shù)的產(chǎn)品，稱為pCells。

虛擬化、軟件控制以及云架構(gòu)

向5G演進的并行趨勢還有軟件和云，屆時網(wǎng)絡是由分布式數(shù)據(jù)中心驅(qū)動的，由后者提供敏捷性、集中控制以及軟件升級。像SDN、NFV、云以及開放生態(tài)系統(tǒng)等都有可能是5G的基礎，當然行業(yè)也在繼續(xù)討論如何利用這些架構(gòu)的優(yōu)勢。盡管這些也不是新技術(shù)，但仍有可能在5G時代得到大規(guī)模應用，因為在為數(shù)以億計的終端提供連接時，網(wǎng)絡需要利用這些技術(shù)來提升性能。

接下來會發(fā)生什么?

與現(xiàn)有網(wǎng)絡技術(shù)相比，以上提到的所有技術(shù)都有很大的潛力應用在5G網(wǎng)絡中。最后選定實施哪些技術(shù)可能需要一個相當長的比較過程，哪些技術(shù)能勝出將取決于性能、實施、成本、政策等多項因素。不過做這樣一個假設應當是合理的：成本最低的技術(shù)最有可能勝出，這和LTE-A的發(fā)展情況是類似的。