读懂5g要了解这些：大规模天线...(上)_5g天线形态特点
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读懂5G要了解这些：大规模天线...（上）
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中信建设
武超则 定义5G：新一代移动通信系统，实现人、物全面通信 5G概念由需求确定，商业或提前宣传5G（FifthGeneration）是第五代移动通信的简称。这里强调了使用场景“移动通信”和发展阶段“第五代”。移动通信自上世纪70年代出现，到目前已经经历了四代更迭。查看原图对于移动通信的断代，实际并不严格，可以从三个角度理解：需求、技术和商业。需求断代：这是移动通信断代的主要依据，也可以看为1G~4G的定义。每一次移动通信的升级，对应了下行速率约10倍的提升。需求断代有明确的需求指标支撑，如4G要求下行速率1Gbps等。5G和之前几代移动通信的不同点在于，其对需求指标除了传统的峰值速率指标，还提出了包括体验速率、频谱效率、空间容量、移动性能、网络能效、连接密度和时延等八个而非一个关键要求。查看原图技术断代：1G~4G每一代通信系统都有一个核心技术，按照技术断代其实是选取了每一代的代表性技术作为标签，例如，1G时代的频分多址（FDMA）、2G时代的时分多址（TDMA）、3G时代的码分多址（CDMA），4G时代的正交频分多址（OFDMA）等。随着技术的提升，频谱效率也相应有了提升。商业断代：商品同技术一样是持续升级的，并不会断代，所以每当新一代移动系统落地时商品的提前宣传屡见不鲜。如运营商之前将HSPA+（即3.75G）宣传成4G；“4G+”等概念一定程度也是商业概念；还有LTE和4G一起宣传，实际上LTE的早期版本是不能满足4G需求断代中的性能指标。可以预料到，5G即将爆发之前，会有一系列标准、产品、服务以5G作为商业宣传出现。5G全面包含物联网，成为终端增量支撑从从5G规定的8大指标可以看出，5G将会是一个全面的网络。根据国际电联ITU的5G愿景，5G将会面向三大场景：增强移动宽带场景（Enhancedmobilebroadband，eMBB）、低时延高可靠场景（Ultra-reliableandlowlatencycommunications，URLLC）和大连接低功耗场景（Maivemachinetypecommunications，mMTC）。从经济效益层面出发，不适合通过一张网络满足三大场景，于是ITU提出利用三种网络覆盖此三大场景。在我国的5G标准中考虑人口因素还增加了高密度覆盖场景。查看原图查看原图如果说4G是3G的长期演进结果，那么5G中的增强移动宽带场景可以看为4G的长期演进（但这种演进因为编码等技术的不同具有颠覆性）。而5G相比4G的增量在于后两大场景对物联网场景的覆盖。近年，智能手机逐渐饱和，电脑更是出现销量下滑，物联网终端成为未来通信终端的增量，成为延续通信终端数量增长的支撑点。5G将会全面支持人与人、人与物和物与物的智能互联。迎接5G：甲方ITU5GG时间表已定愿景，乙方83GPP2018初步回应根据现有国际组织的时间表，5G将于2020年商用，然而实际商业环境中的5G概念产品很可能早已鱼贯而出了。如美国通信运营商Verizon最近推出了Verizon“5G”标准，从编码、传输信号结构等角度同全球范围5G的标准难以融合，将其说成是5G值得商榷。由于5G商业噱头的宣传难以把握，本文对5G的探讨仅基于需求和技术的定义展开。对对4G落地过程的对比可以更深入了解5G目前的状态。为了保证各厂家手机在世界范围通信正常，全球范围通信标准由联合国专门机构ITU（国际电信联盟）确立，需要经历“愿景确定”-“频谱规划”-“标准征集”-“标准制定”-“推出商用”几个步骤；而国内商用之前还需要工信部发放牌照。
查看原图5G方面ITU时间表已进入标准征集。2012年7月，在制定4G标准后，ITU开始筹备启动5G愿景研究工作。无线通信部门主席和副主席在2014年2月会议上提出了“IMT-2020工作计划”讨论稿，并于2014年10月形成最终方案。方案明确了全球5G发展总体规划、国际标准化机制流程等重大问题，从而为后续的5G技术、标准和产业发展奠定了基础。根据ITU的愿景，5G的商用共分5个阶段，10个步骤。ITU于2015年6月也制定了5G的时间表。5G已经完成“愿景确定”步骤，由于5G“频率规划”复杂，将在“标准征集”阶段同时完成“频谱规划”。查看原图其中重要的两个时间节点是：（1）初步技术文档的提交截止日期2019年年6月的ITU无线通信部门第32次会议和（2）详尽技术规范文档的提交截止日期：2020年年10月的ITU无线通信部门第36次会议。查看原图为了响应ITU的号召，并在5G时代实现技术的主导，全球相关组织都在积极布局5G研发。其中包括行业组织3GPP（第三代合作伙伴计划）、IEEE（电气和电子工程师协会）、NGMN（下一代通信网络组织）、5GPPP（欧盟下设5G组织），以及地方组织IMT-2020（中国）、5GAmericas（美国）、5GForum（韩国）、5GMF（日本）、5GRUS（俄罗斯）、TAICS（台湾地区）、FuTUREForum（中国）等。括其中负责技术面的组织包括3GPP和和IEEE，相当于向ITU申请项目的乙方。而其他组织主要从需求端推动5G发展。除此之外，很多具有技术优势的公司也都独立对5G进行描述，希望能够获得最终话语权。对不同的组织的理解是有必要的，台湾就在4G时代选择了IEEE的WiMAX技术，在4G发展中走了弯路。3GPP：5G时代领跑，2018年商用第一版本，2019年第二版本3GPP集合了全球重要的通信、IT厂商，其5G方案最为全面和完整，也是4G时代的权威。3GPP下属RAN和SA部门负责5G项目，目前正在进行5G的初步研究，2017年年3月会有阶段性讨论结果，以Rel-14的形式体现。目前各家厂商都在努力争取，存在重大争议的问题通过推后讨论方式处理。针对ITU的时间表，3GPP2018年年9月的Rel-15将是一个可用的商业版本，实现标准化4G和5G混合组网；而3GPP将于2019年年12月冻结Rel-16，于于2020年年2月月ITU举行的第34次会议上提前提交5G最终对标准，其中将对5G通信的所有细节进行覆盖，按照标准即可构建完整的5G通信系统。查看原图IEEE：WiMAX时代强者，5G时代重要补充IEEE是美国重要的通信标准化组织，曾提出WIFI、蓝牙等全球通用通信标准，之前提出的基于TD的WiMAX最终在同TD-LTE的竞争中失败。然而在5G时代，拥有WiMAX的经验教训，再加上多年的积淀，IEEE在5G部分标准的设计制定中拥有一席之地。IEEE于2015年11月召开多伦多5G峰会，2016年1月成立了5G标准委员会，2016年7月形成了两个方案：案方案1：与与3GPP合作开发。通过“LTEWIFI聚合”（LWA、eLWA等）系列技术将WIFI接入3GPP5G网络，提供宽带接入服务。方案2：独立制定5G方案。通过沿用802.1OmniRAN的设计思路，兼容IEEE802.1的各种接入技术（如P802.1CF），提供灵活的宽带接入方案。两种5G方案都不是完整的5G系统，也并没有完整的时间表。由于方案1的工作量较小，成为IEEE的首选5G方案。5G标准如果考虑集成IEEE的方案，可能同时使用WIFI和传统移动通信。其他组织：5GPPP和和NGMN各有侧重，同3GPP协同欧洲5GPPP发布了一系列白皮书，涵盖未来健康、工业、能源、汽车、网络管理、教育娱乐等相关课题，同时资助了一系列5G相关项目，从项目中也可以了解到5G的一些重点研究领域。查看原图查看原图NGMN2006年成立，其主导发起人是包括中国移动、DoCoMo、沃达丰、Orange、Sprint、KPN的7大运营商。作为运营商组织，发表了5G白皮书。NGMN在5G中扮演的角色是协调者，推动5G的普及。而从其时间表中可以看出NGMN同3GPP的协同性，体现了运营商对技术的支持。地方组织：我国IMT-2020异军突起，拥有重要话语权全球还有若干地方组织对5G进行研究，代表了全球各个区域对于5G的态度。日本明确表示，2020东京奥运会上提供5G服务；欧洲目标掌握20%5G核心专利，获得全球35%市场。然而近期Turbo编码退出历史舞台一事将会减弱欧洲的影响力。查看原图我国IMT-2020（ITU项目选择了相同的项目名）负责举办了全球第一届5G研讨会。其提出的5G需求“5G之花”被ITU几乎全部接纳。查看原图进最后，很多公司也推出自己的时间表、标准和白皮书，甚至开发了相应产品，试图推进5G标准的进度。·日本第一大移动通信运营商NTTDOCOMO正研发高容量、低延迟、小能耗、低成本的5G网络/系统，包括5G核心网、大规模MIMO技术、高频段5G小基站等。NTT预计会在2020年之前部署5G，并实现其与4GLTE系统的互通；2020年之后将部署60GHz以上的“5G+”，并能确保5G终端在“海量”小小区、微小区之间平滑、“无缝”的网络切换。日本运营商软银还在9月9日启动了“5GProject”计划。·韩国SKTelecom曾表示将于2017年正式试用5G，并规划部署5张5G试验网；2020年正式商用5G；同时希望能在6GHz频点以上的频段部署5G，将优先采取28GHz频段。·美国第一大移动通信运营商Verizon于8月联合思科、爱立信、英特尔、LG、诺基亚、高通、三星，发布了4份5G无线接入标准/规范。·高通近期甚至推出了首款应用于5G网络的芯片骁龙X50。该芯片基于28GHz毫米波段设计，同时兼容4G和5G网络。在编码方案中，高通也十分积极，支持的LDPC码成为了5G长码编码标准。·华为也发布了《5G网络架构顶层设计理念》、《5G行业引用白皮书》等助力5G的发展。另外，华为也提出了一系列5G方案，在3GPP中努力争夺话语权。近期的Polar码入选控制编码标准就由华为主推。我国运营商：三大运营商计划明确，2018年最早试用我国三大运营商也纷纷对5G的落地时间进行了表态，表示2018年后进行网络的布设。查看原图落地时间总结：国内2018年开始初步商用，全球球3GPP抢跑者或撕裂标准目前，全球3GPP成为实际5G的主导方。而所谓3GPP、IEEE、NGMN等组织背后是各大通信公司。相比4G时代，随着通信公司的整合，5G时代大公司的发言权加重。所以这些组织的竞争更深层次是公司的竞争和公司所代表的国家的竞争。5G的目标是实现全球标准的统一，为了争夺5G时代的话语权，各方竞争十分激烈。3GPP中的标准制定环节存在一票否决方法，为了获得最终的平衡，3GPP的结果往往“让各家同样不开心”而非“让某方开心”。为了在讨论中获得优势，最强势的公司很可能推出早期产品以图通过抢占市场获得“事实上的标准”的主动权。综上，5G将在多个组织和厂商的讨论后，在3GPP的主导下于2018年年9月确定早期标准，2019年末~2020年初确定最终标准，ITU将于2020年将此标准进行小幅修订后宣布其为全球标准。而其中高通等公司由于拥有技术话语权，很可能提早发布相应产品抢占市场，而此举也受到了美国、日本、韩国运营商的支持。预计以上三国将有抢跑5G，可能。需要强调的是，4G时代三国就已经有类似布局，抢跑ITU并不奇怪。然而美国Verizon近期抢跑3GPP则略有不同，甚至可能破坏5G的统一性。我国在5G各个组织之中的话语权相比4G时代又有提高，预计2018年开始5G的预商用。查看原图剖析5G：接入和网络技术的完美结合，基站、终端、网络全面升级5G可行关键技术验证试验成功，重要技术一览无余5G概念似乎特别抽象，然而其落地是以一系列技术的落地来体现。我国工信部于今年1月7日正式启动了5G技术研发试验，分关键技术验证、技术方案验证和系统方案验证三个阶段推进实施。查看原图查看原图9月22日，第一阶段试验宣布成功。试验充分验证了大规模天线、新型多址、新型多载波、高频段通信、先进编码（极化码）调制、超密集组网、全双工等7个无线关键技术以及网络切片、移动边缘计算、控制和承载分离、网络功能重构等4个网络关键技术在5G场景需求的技术可行性。一阶段试验参与的公司包括华为、爱立信、中兴、三星、上海贝尔、大唐电信和英特尔。查看原图在完成了一阶段试验后，后续试验预计将会更加顺利地展开。论围绕这些技术讨论5G前瞻性的投资机会似乎更加有意义。其中无线关键技术指手机等终端和基站之间的关键通信技术，用术语“NewRadio”（NR）代表新的通信技术方式，NR可是以看成是LTE的的5G版本；网络关键技术指基站组网和基站与城域网之间通信的关键技术。无线关键技术：为提升传输效率全面升级终端对5G无线技术理解，最直观地是掌握通信最核心的原理——香农公式。公式指导了历代无线通信的设计，成为最经典的通信原理。通信系统理论传输最大信息量=收发其中一端最少天线流数×带宽×信号质量函数5G无线关键技术大多数围绕上面原理展开，还有部分目标是提高用户数量和降低时延。查看原图大规模天线（MaiveMIMO）：信号传输的“高架骨干桥”多天线（MIMO）技术由贝尔实验室在20世纪90年代提出，早在3G时代就被引入无线通信领域，4G中也是关键技术之一。经历多年发展，多天线技术已经演进为大规模天线技术，拥有更多的收发终端。根据香农公式，通过MIMO技术可以获得两个好处：查看原图（1）提高效率：将天线分组，通过提高天线信道流数提高香农公式的第一项，可以比喻为通过建立高架桥实现信号的并行传输；（2）提高信号质量：每组天线利用波束形成（定向发射）技术提高信号强度，从而提高香农公式第三项。在高频段的信号增强、高频信号的覆盖能力方面应用更加必要，相当于确定了直连通道高架桥的方向。大规模MIMO技术是3GPP中研究的最重要的议题之一，大规模MIMO技术可以支持百根量级天线和十数天线流数；而现有的LTE一般为20根天线以内，形成两组天线。大规模MIMO相比传统MIMO技术进一步挖掘空间资源，充分地利用了频谱效率。虽然标准仍在争论，但是多天线技术目前已经可以应用。软银已于9月16日在全国43城市的100个基站中使用相关技术。东京城区4个位置的测试表明多天线技术可以实现约6.7倍的通信速度提升。据估计，软银的多天线供货商为我国中兴通讯和华为。而中兴通讯的MaiveMIMO产品已在国际屡屡获奖，而大唐电信的MaiveMIMO也已集成了256个天线。上海也已经有了大规模MIMO的试点。我国运营商中，中国移动近期曾公开表示将会在4G网络中率先部署大规模天线技术，提升用户体验。查看原图我国本次5G试验中，大唐大规模天线采用256个天线，128个射频通道；采用10个终端，每个终端可以支持双流传输。根据测试结果，在用户分散情况下，以100MHz带宽传输，峰值速率可以达到4Gbp/s，是单用户场景的8倍。可见MIMO技术在提高并发性中的作用。另外需要注意的是，MIMO技术的性能同用户的分布有很大关系，对于高密度场景性能会有下降。新型多址：搭建更多专线，送货不顾冗余，拆除减速带多址技术指基站区分用户的技术，其中的“址”代表“用户端”。3G时代的CDMA、4G时代的OFDMA作为多址技术都是移动通信中最重要的技术之一。多址技术主要目的在于提高基站接入用户的数量。为达到此目的，5G使用的多址技术将会在原有多址技术的基础上继续增加用户。然而用户的增加会造成用户之间信号的干扰。华为、中兴、大唐等厂商通过精心设计提出的SCMA（基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址技术，华为提出），MUSA（基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入技术，中兴提出），PDMA（基于非正交特征图样的图样分割多址技术，大唐提出）算法，基于用户信号的特点（如稀疏性），实现了在接收端通过计算抑制干扰的多址技术。如果将信息传递过程比喻为运送拼图，4G时代送达的拼图不存在错误，而5G时代送达的拼图可能出现多余拼图，需要用户在终端处处理实现最终信息的正确接收。同时，新型多址技术还将集成免调度传输，有效简化信令流程，降低时延。这可以比喻为高速路上拆除了减速带，提升了传输效率。在我国的5G试验中，相比LTE华为、中兴下行吞吐量性能增益超过86%，华为、中兴、大唐上行用户连接能力均可提升3倍。查看原图新型多载波：高速公路动态划线，实现不同“车流”分流OFDM技术存在子载波的频谱外泄，对同步性要求较高。滤波器组多载波调制技术应运而生，可以更灵活地进行业务配置，是5G时代最重要的底层技术之一。滤波器组多载波调制技术是OFDM的改进。滤波器组多载波调制技术可以针对子带进行滤波，为不同业务配置不同的时延、带宽等参数，自适应地应对高速移动、物联网、语音数据业务等各类5G业务。同时对保护带的要求较低，进一步提升了频谱效率。现有的技术包括F-OFDM（华为提出）、FB-OFDM(中兴提出)和UFOFDM（上海贝尔提出）等。查看原图可以将多载波技术比喻为车流的分流。通过配置不同的参数，信息的传递更加更加灵活，业务之间干扰减少。全频谱接入：增加超宽快车道，不同频率路面坑洼成议题根据香农公式，5G时代超高的通信速率需要频率上大带宽的支持。4G时代的载波聚合技术已经试图高效利用低频资源。5G时代更需要开发未利用的频率资源。5G的无线技术可由5G新空口（包括6GHz以下低频技术和6GHz以上高频技术）和4G演进空口两部分组成。其中5G低频新技术用于增强移动宽带场景，高频新技术联合低频技术组网用于热点地区；4G演进技术作为补充。所以高频技术仅用于人与人之间的高速通信；低频技术用于人与人的通信和物联网场景。查看原图不同于4G时代，5G频谱并没有提前确定，这也是由于5G面临高频段通信技术的加入，而此技术尚未在全球达成共识。为了统一全球的毫米波频率标准，ITU在WRC-15会上通过了2019年WRC-191.13议题：审议国际移动通信未来发展的频谱需求和候选频段。同时公布了24GHz到86GHz之间的全球可用频率的建议列表：24.25–27.5GHz，31.8–33.4GHz，37–40.5GHz，40.5–42.5GHz，45.5–50.2GHz，50.4–52.6GHz，66–76GHz，81–86GHz。美国联邦通信委员会（FCC）已于2015年10月21日发布了拟议规范公告（NPRM），针对28GHz(27.5-28.35GHz)、37GHz(37-38.6GHz)、39GHz(38.6-40GHz)和64-71GHz频带提出全新且灵活的服务规则。今年7月，FCC又立法确定了这些频率的应用。而日本NTT也已提议将3.5GHz、4.5GHz和28GHz频段作为5G服务的潜在备选频段，并已将3.5GHz用于4G服务。频率的选择对于通信系统的建设成本至关重要。根据Friis传输公式，无线电波在空气中传播的能量衰减正比于频率的平方。因此现有的无线通信系统一般基于低频实施，也有800MHz左右的频段被称为“黄金频段”的说法。同时在更高频率上，空气中的水蒸汽等因素阻碍电磁波的传播因素更加明显，因此需要找到这类干扰最小的“大气窗口”进行电信服务的开展，而美日提到的这些频点正是大气窗口所在频点。必须要指出的是，高频除了覆盖能力的下降，传输中的多径等效应进一步提升。信号处理的难度也进一步提升。高频信号波长更短，对其相位的控制精度和工艺密切相关，对于噪声更加敏感。同时高频信号在放大等处理时，非线性更加明显。另外，高频信号的处理同材料密切相关，新的半导体材料工程也成为高频半导体领域的研究课题之一。查看原图面对世界各国的5G频率布局，我国也采取了一系列行动。（1）我国5G推进组已完成2020年我国移动通信频谱需求预测，结果显示：到2020年，我国移动通信频谱需求总量为1350～1810MHz，目前我国已规划了687Mz移动通信频谱，因此还需要新增663～1178MHz频谱。（2））而8月印发的《国家无线电管理规划（2016-2020年）》中阐述了我国“十三五”期间无线电管理的主要任务，其中，在“创新频谱管理，提高资源利用效率”方面提到，我国将完善陆地移动通信频率规划，适时开展公众移动通信频率调整重耕，为IMT-2020（5G）储备不低于500MHz的频谱资源。（3）新的无线电管理条例将建立动态频谱共享机制和频谱审计制度。（4）中国通信标准协会无线通信技术工作委员会频率工作组召开会议已经通过了《移动通信频谱重耕关键技术研究》报告。报告分析了移动通信系统的频谱重耕需求，并对设备及网络的支持程度（面向“频谱重耕”）作了研究，而且研究了频谱重耕过程中包括频点规划、同频干扰、邻频干扰等在内的关键问题。随着VoLTE技术的开展和3G的退网，5G将在高频率的同时重耕低频资源。（5）现有2G、3G网络通过VoLTE等技术替代逐步退网，用于新无线网络建设。查看原图事实上，正因为带宽对于5G的重要性，各个厂商早已瞄准了高频通信这一重点技术。在我国的5G试验中，爱立信（15GHz）、中兴（15GHz）、三星（28GHz）、诺基亚和上海贝尔（28GHz）、华为（73GHz）都完成了高频段测试。诺基亚利用射线追踪电脑仿真证明72GHz频段适合移动业务；三星主要关注28GHz和39GHz两个频段，并与NTTDoCoMo共同开展28GHz频段测试，研究潜在的超宽带混合波束成形和波束追踪技术；三星和爱立信已经通过合并多径反射信号证实了在28GHz频段建立可靠无线链路的可能性；爱立信同NTTDoCoMo及SK电信的试验将主要关注15GHz频段的潜在可能性，并将探索新的天线技术以支持大规模MIMO；英特尔正在研究能够支持在39GHz频段实现移动接入和在60GHz实现Wi-Fi类似的WiGig（2016年10月末刚刚获得WIFI联盟标准认证）操作的芯片集。我国此次5G试验，第一阶段主要围绕关键技术验证，由各厂家自己决定频段。从第二阶段开始，要有统一的频段，目前确定的是3400~3600MHz。第三阶段之后，在3400~3600MHz基础上，考虑增加低频频段，同时考虑引入6~100GHz的高频段（28G、40G和70G等）。除了利用高频频率，5G为了提高传输效率，提出更灵活地利用频谱。（1）加速2、3G的退网实现频谱共享；同时试点高频频谱的运营商之间的共享；（2）将WIFI用于5G组网，拓展可用频谱。WIFI相比传统无线通信标准除了覆盖范围的变化，还有服务质量（QoS）的保证。WIFI在非定义频段实行抢占式接入，对于最低服务质量不能保证。Verizon的5G版本对于WIFI十分重视，在QoS问题也需要做出相应解决方案。信道编码方式：改造汽车，提高运送质量最近信道编码方式受到了瞩目。信道编码类似于运送货物前将货物重新打包固定，防止货物在运送过程中损坏或丢失。经典的方法有汉明（Hamming）、格雷码（Golay）、维特比码（Viterbi）、Turbo、LDPC等，华为主推的Polar码在3GPP的会议中成为了控制通道的编码方式，在我国的5G试验中也进行了展示。查看原图就在10月中旬的3GPP会议上，3GPP决定将LDPC确定为5G时代的长码编码方式。Turbo最终退出历史舞台，而Polar仍需要一段时间的积累。LDPC对于终端的计算能力要求进一步提高，但是对于5G的低延时传输支持更好。LDPC的推动方高通因此有潜在受益。而短码编码方面，Polar胜出。此次胜出是我国第一次实现核心通信标准的引领。Polar码背水一战，力压LDPC和Turbo成为控制通道编码方式。这是我国通信行业厂商集体努力的结果，除了技术上的积累，各个厂商对于我国通信也的贡献也令人敬佩。此次胜利是我国通信行业全产业链的胜利，体现了我国在全通通信业的话语权。查看原图查看原图对标准的引领是CT、IT领域最核心的无形资产。这种资产可以通过表层的专利等有形方式和更深远的影响力等无形方式释放。ErdalArikan教授已在美国对Polar码专利进行注册，而对于此专利的引用专利共有11个，其中的四个都由华为公司提出，而四个专利中更有两个全球专利，体现了其在Polar方面的影响力。而三星作为通信厂商名列第二。TI和希捷也有相关专利。3G时代，CDMA在我国的发展速度不快，就是由于高通把持了大多数CDMA的通信标准。未来，Polar编码会以软件算法或者专用硬件单元的形式集成在基站和手机端的处理器中。果如果5G的标准在编码方式上不出现割裂，每部手机都会在通信中应用Polar码。超密集组网：大流量地区的支撑柱，现有基站的有效补充随着终端数量的增多，现有的基站在办公室、住宅、校园、大型集会、体育场、地铁等场景中将会面临流量的进一步提升。同时，通信频率的升高也暗示出新建站对应蜂窝尺寸的降低和密度的提升。目前的蜂窝基站覆盖半径约为2km，称为宏蜂窝（Macrocell）。未来可能出现皮蜂窝（Picocell）（半径200米）和飞蜂窝（Femtocell）（半径10米）。宏蜂窝基站的传输功率约为40W，而皮蜂窝和飞蜂窝甚至只需要瓦级和毫瓦级功率，皮蜂窝适合于户外，飞蜂窝适合于室内。小蜂窝的总体硬件成本可以大大低于宏蜂窝，而且更适合实现室内等热点区域的覆盖。如果从天线密度角度理解超密集组网，可以将大规模MIMO和超密集组网技术比较来理解。据相关文献统计，在1950-2000年的50年间，语音编码和调制等物理层技术进步带来不到10倍的频谱效率提升；采用更大的频谱带宽带来的几十倍的传输速率提升；而通过缩小小区半径带来的频谱效率可以提升2700倍以上。随着基站密度的提升，纵向来看基站将会出现层次分化。很多基站（如小蜂窝）的回传可能通过无线方式进行，多跳回到光纤网络。横向来看为避免基站间干扰，基站的频率和开关时间等也可能出现区分。另外超密集组网也提出了虚拟层、软扇区等小区虚拟化概念，主要满足用户在小区之间切换时连续通信的要求。查看原图小基站不同于室分（DAS）方案，更强调架构简化和基站可控。查看原图灵活双工&全双工：建立双层车道，复用频谱资源目前的LTETDD和LTEFDD技术虽然可以让用户感到同时收发信息，然而实际上收发时间或者频率是不同的，是一种半双工系统，即通信一方发送和接收不能通过同一个频谱同时进行。视频业务这类下行速率要求高；直播业务上行速率要求高；FaceTime业务上下行要求相同。面对不同的业务，灵活的双工方式变得更加有必要。由于目前TDD模式相比FDD模式在上下行资源配置方面更加灵活，未来双工技术的发展主要基于TDD。更进一步地，通信双方同时收发理论上可以将信道利用率提升一倍。但是全双工需要解决收发信号的隔离。全双工模式下，如果发射信号和接收信号不正交，发射端产生的干扰信号比接收到的有用信号强数十亿倍。正像会议对话的两个人边听边说又能听懂对方的意思一样，对终端的处理能力和检测能力都有要求。华为在我国的的5G试验中利用全双工技术可以获得90%以上的吞吐率增益。终端直连：邻里之间不需快递，直接上门终端直连技术主要应用于物联网、车联网中的V2X，减少终端与网络的交互，技术上可以结合LTE-D2D、WIFI、蓝牙等方法实现终端的文件互传。查看原图网络关键技术：网络面向物联网更加专业化，IT化趋势明显5G虽然是无线网络技术，然而其对上层网络也有一定优化。2015年3GPP的SA2已经开启了NextGen项目，而Rel-14不但会确定无线技术，5G的几大网络关键技术也会被包含。从趋势上观察，随着CT服务的逐步丰满，CT网络会向IT网络逐步演进。网络切片：网络侧的分流，云技术、SDN、NFV的集合体传统蜂窝网采用“一刀切”的网络架构明确面向移动手机用户。5G时代单一物理网络似乎难以满足不同用户的要求，除了上文提到的信号域多载波技术，网络侧网络切片技术将不同业务划分在不同通道，优化了任务的开展实施，为典型的业务场景分配独立的网络切片。网络切片基于NFV展开，面向不同的业务提供不同的服务。通过切片技术，云端和终端形成了分业务的直连通路，业务效率实现了最优化。不同分片的网络功能、拥塞、过载、配置调整都不对其他分片形成影响。当前ETSINFV、ITU、3GPP、CCSA等标准组织正在制定或即将开始相关技术标准工作，产业界也在积极投入移动网络切片的研究和试验。爱立信作为概念的提出者，与SK电讯于2015年10月23日成功演示了5G网络切片技术。该演示在韩国Bundang的SK电讯企业研发中心进行，演示创建了专为超多视点、增强现实、虚拟现实、大规模物联网以及企业解决方案等业务优化的虚拟网络切片。而今年二月，华为也分别联合中国移动、德国电信等演示了5G端到端网络切片技术。VPN是网络切片的基本版本，而云技术、SDN和NFV等技术提供了一系列的工具，使架构师能更抽象地打造系统，从而提高网络的灵活性。SDN通过对流量的顶层设计，可以实现5G复杂场景下的网络侧的整体接入性能；基于NFV按需编排网络资源，可以满足端到端的业务体验和高效的网络运营需求。预计5G的的NFV将从核心网向无线接入网推进。查看原图移动边缘计算：用户家门口建立工厂、仓库，实现“雾”计算对于高速业务，除了无线侧的加速，资源由骨干网下沉成为一大趋势，移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）应运而生。移动边缘使得网络扁平化、智能化、本地化，是“云”的进一步升级。MEC相当于在离用户更近的地方建立了工厂、仓库，实现了资源的快速调度。中国移动在上海F1赛事中曾试用MEC部署，内容直接同无线网连接，直播延时仅有0.5秒。大唐电信也提出了利用接入网小型服务节点实现MEC的产品。另外，移动边缘计算还要满足高速移动时，终端的边缘切换要求。MEC技术上比较成熟，但在资源下沉的位置方面仍有争议，实现方案有四种：1.资源下沉到基站，在现有4G的eNodeB加装MEC服务器，资源最贴近用户；2.资源下沉到P-GW，在计费系统加装MEC服务器。计费清晰方便；3.CDN下沉成为MEC服务器；4.重新建设基站架构，通过NFV方式实现资源下沉。查看原图MEC的思想是网络扁平化的体现，总体来讲通过NFV方式实现是最终目标，然而实现中还要考虑计费、成本、移动性、安全性等多种问题。中国移动近期C-RAN云化也将MEC作为重点，而中国移动作为5G网络3GPP网络设计牵头单位，对MEC的推动力度预计较强。潜在应用技术：SDN/NFV和物联网技术虽然很多技术并没有在我国5G初步试验中被包含，但以下技术必将会在5G时代的网络中发挥更大的效用。SDN/NFV技术：5G网络无处不在的蔓延从上文可以看出，虽然SDN和NFV技术并没有独立成为关键技术，但是此技术是网络切片、边缘计算等应用落地的核心。SDN架构将控制面和数据面分离，高效控制网络，而NFV可实现网络运营商和设备商解绑。对于5G网络的低时延、高效能都有重要意义，可以作为5G最底层的技术看待。物联网组网技术：NB-IoT作为先锋，投资机会最先来临5G对物联网提出了确定性的支持。3GPP的R12版本的Cat1同现有LTE相容，但却传输率较高、较为耗电、成本较高，Cat0同现有LTE又不相容。R13的CatM与NB-IoT则更加成熟，分别面向1.4MHz和200kHz组网。3GPP为了快速布局物联网，仅使用9个月就完成NB-IoT标准订立，可见物联网市场的竞争。3GPP也的R13中也同时提出了补充技术eMTC和EC-GSM作为备选。未来5G也将有物联网协议落地，然而NB-IoT预计会在一段时间内成为5G的近期标准。2016年11月18日，我国第一家NB-IoT商用局已经于福州启用。预计2017年将迎来NB-IoT的大规模商用。车联网组网技术：LTE-V2X明年落地，成为车联网重要标准5G也将会对URLLC场景设立标准，然而作为URLLC场景的代表，车联网场景会首先使用LTE-V。我国大唐电信在其中做了大量工作。（未完待续）推荐阅读：再不了解就OUT了！读懂5G要了解这些：大规模天线...（下）股市有风险，投资需谨慎。本文仅供受众参考，不代表任何投资建议，任何参考本文所作的投资决策皆为受众自行独立作出，造成的经济、财务或其他风险均由受众自担。
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