世纪之交，人类在应用技术领域取得的最大飞跃当属信息通信技术革命。众所周知，信息通信技术正让人们的日常沟通朝着随心所欲的方向迈进，一波有一波的通信技术革命正把我们从必然王国引向自由王国。

宏观层面看，当代信息通信领域最引人注目的技术莫过于互联网技术和移动通讯技术。回顾技术发展历程，移动通信从第一代（1G）模拟技术演进到第二代（2G）数字技术，再到第三代（3G）移动数据网和第四代（4G）的高速移动数据网，这种螺旋式上升的技术创新彻底改观了人类延续了数千年来的生活交往模式。随着时光推移，信息与移动技术更是深度融合、推陈出新，并不断向外部领域拓展，这就是业界目前正奋力探索的新一代移动数据网——5G。

 

透视5G的六大关键技术

 

纵观全球移动技术前沿，5G目前还处于技术标准的探索争论阶段。通过跟踪全球电信行业的最新发展趋势，我们认为移动5G最有可能在 2020 年前后陆续开始投入商用。5G究竟能够为我们带来什么？要回答这个问题，不妨先看看5G的关键技术，这样，我们就不难预测其未来的应用场景。

大规模天线阵列技术

大规模天线技术(Massive MIMO)可大幅提升系统容量。主要涉及PHY层和MAC层。主要包括以下内容：首先，Massive MIMO要确定Massive MIMO的天线形态、频段；第二，进行信道建模及相关技术；第三，预编码设计，可实现快速有效的信道检测与估计；第四，大力提升控制信道性能；第五，根据应用场景选择合适的MU配对算法和天线分块或者分布式的天线分配方法，进行物理资源的调度和资源分配。

大规模天线技术已经在 4G 系统中得以广泛应用。面对 5G 在传输速率和系统容量等方面的性能挑战，天线数目的进一步增加仍将是 MIMO 技术继续演进的重要方向。根据概率统计学原理，当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交，在这种情况下，用户间干扰将趋于消失。巨大的阵列增益将能够有效提升每个用户的信噪比，从而利用空分多址（SDMA）技术，可以在同一时频资源上服务更多用户。

新型多址技术

多址技术指的是解决多个用户同时和基站通信的问题，即怎么来分享有限资源。3GPP RAN1在2016年中的会议已决定：eMBB场景的多址接入方式应基于正交的多址方式，非正交的多址技术只限于mMTC的上行场景。国内华为、中兴、大唐均提出各自的上行多址方案。但包括国内的各个候选的多址接入技术方案也都具有一定的技术局限。目前，一共有十多个非正交多址技术的候选方案正在甄选中。通过发送信号在空/时/频/码域的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外，新型多址技术可实现免调度传输，将显著降低信令开销，缩短接入时延，节省终端功耗。目前业界提出的技术方案主要包括基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址（SCMA）技术，基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入（MUSA）技术，基于非正交特征图样的图样分割多址（PDMA）技术以及基于功率叠加的非正交多址（NOMA）技术。

此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通（D2D）、多元低密度奇偶检验（Q-ary LDPC）码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。

多载波技术

多载波通信系统通过把高速的串行数据流变成几个低速并行的数据流，同时调制几个载波，信道时延扩展引起的ISI减小。同时，由衰落或干扰引起接收端的错误得以分散。5G新空口多载波技术将全面满足移动互联网和物联网的业务需求。选择新的波形类型时有许多因素要考虑，包括频谱效率、时延、计算复杂性、能量效率、相邻信道共存性能和实施成本。截至目前，业内呼声最高的3个候选技术是：F-OFDM、FB-OFDM和UF-OFDM。这三种多载波技术的共同点是：均采用了滤波器机制，具有较低的带外泄露，可以减少保护带开销。子带间能量隔离，不再需要严格的时间同步，有益于减少同步信令开销。

先进编码调制技术

3GPP RAN1在2016年10月里斯本会议和11月里诺会议中已形成如下决议：1)eMBB场景的上行和下行数据信道均采用flexible LDPC编码方案；2)eMBB场景的上行控制信道采用Polar编码方案；3)eMBB场景的下行控制信道倾向于采用Polar编码方案而不是TBCC(咬尾卷积码)方案，但仍需在以后会议中确认；4)uRLLC和mMTC场景的数据信道和控制信道的编码方案尚需要进一步研究。

LDPC与Polar编码方案各有千秋，2017年，5G数据信道和控制信道的编码方案将是LDPC和Polar的双雄并举，从技术角度而言，二者难分高下，而市场、专利、产业链成熟度将成为重要考量因素。LDPC码提出时间早，其相关的专利已纷纷到期或接近到期，而Polar码推出较晚，专利年限相对较长；LDPC已得到广泛应用，产业成熟度非常高，而Polar码还在继续探索。

全双工技术

全双工技术（Co-time Co-frequency Full Duplex, CCFD）是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式，是通信节点实现双向通信的关键之一。全双工技术可以使通信终端设备能够在同一时间同一频段发送和接收信号。理论上，比传统的TDD或FDD模式能提高一倍的频谱效率，同时还能有效降低端到端的传输时延和减小信令开销。全双工技术的核心问题是如何有效地抑制和消除强烈的自干扰。5G第一阶段测试实验室测试系统是少天线和小带宽，且实验室无线环境较单纯，而未来商业部署后，必然面临着多邻居小区的同频异频干扰、异构异制式小区干扰、多种类型的天线、100MHz以上的带宽和其它难以预料的复杂干扰，对于这样情况下的全双工系统的工作原理、自干扰的消除算法、信道及干扰的数学建模还缺乏深入的理论分析和系统的实验验证。未来大规模商业部署时，需要考虑成本，那么在RF及电路元器件设计及制造时，自干扰消除电路需满足宽频、功耗低、尺寸利于安装、且可支持Massive MIMO所需的多天线。

超密集组网技术

未来移动数据业务飞速发展，热点地区的用户体验一直是当前网络架构中存在的问题。由于低频段频谱资源稀缺，仅仅依靠提升频谱效率无法满足移动数据流量增长的需求。在这种背景下，移动5G 网络必将朝着网络多元化、 宽带化、 综合化、 智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中， 减小小区半径， 增加低功率节点数量，是保证未来 5G 网络支持 1000 倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术。

超密集组网通过增加基站部署密度，可实现频率复用效率的巨大提升，但考虑到频率干扰、站址资源和部署成本，超密集组网可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升，其主要应用场景将在办公室、住宅区、密集街区、校园、大型集会、体育场和地铁等热点区域。

通过以上技术展望，我们概括出未来5G具备以下能力：

第一，超强的移动宽带；

第二，高可靠性与低延迟通信；

第三，面向机器类新型通信。

 

5G应用场景展望

 

高清视频直播带来视觉革命新体验

首先，在未来5G环境中，高清视频直播将成为新看点，这为三网深度融合提供了坚实的技术基础。5G的到来将深刻改变未来电视观看方式，人们不再为电视节目死板的播出时间所困扰，各种精彩电视节目可在任意时间点播收看。这也促进了电视机与电脑、平板、手机等终端的再融合。一大批老旧终端将退出历史舞台，新型终端将呼之欲出。那时我们会再次体验到科技如何改变生活。

其次，在当前3G、4G时代，高清视频往往需要长时间播放等待，播放过程中视频常常卡死，用户体验非常不好。这些在5G时代将不复存在，人们将获得高清播放空前流畅的快感。不难预测，此时的用户将非常乐意为此多付费用，电信与广播电视运营企业可获得超额收入。

除此之外，随着新收视方式革命，很多精彩影视作品必将应运而生。不少新型影视传媒企业像雨后春笋一样诞生，娱乐行业将迎来前所未有的新气象。

物联网扑面而来

通过上述技术概览我们看到，5G为万物互联应用提供了稳固的技术基础。物联网在工业控制、农业生产、交通运输、智能识别、公共安全、日常生活等方方面将大显神通，彻底把全人类从繁重的体力劳动中进一步解放出来。

人类与机器人的交流会变得非常顺畅。人类将通过语音、动作、意念等与机器沟通交流。借助机器通信与智能软件，实现不同肤色、不同民族、不同语音的人们进行无障碍交流的梦想将向前迈出实质性一步。

在5G与人工智能交互发展的时代，未来工业化大企业将不会再现昔日成群结队的产业工人，技术人员利用5G通信指挥机器人夜以继日为地为我们生产所需的工业产品。

移动5G将使车联网大显神通。远程交通中心通过智能系统及时化解分流交通拥堵。自动驾驶汽车通过传感器可识别路况，为我们智能驾驶各种车辆。

消除距离 资源远程共享

5G技术将使远程医疗与远程教育的实现成为现实。理论上讲，借助于5G技术，特大城市的优质医疗资源在偏远山区都能唾手可得。建立在5G技术之上的远程教育有可能让学校围墙逐步消失。

除此之外，远程会议与远程办公将使未来的公司办公形式发生巨变。同一公司的职员完全不必每天聚在一起上班，这不仅可消除职员上下班路途奔波，还可大幅减少道路交通压力，让城市变得顺畅、舒适。

资源远程共享或许能逆转未来大都市的高房价。

娱乐革命

虚拟现实已经成为人们追求娱乐不可阻挡的新潮流。虚拟现实可以让你与身处异地的朋友置身在同一个虚拟的游戏中。目前对于虚拟现实来说，最大的瓶颈是内容的制作以及传输问题。在5G时代，人们可以轻松地将内容传输到VR设备中。Facebook执行长MarkZuckberg在MWC认为，VR能成为5G时代革命性的应用。

除了虚拟现实外，5G技术也为众多更富刺激、更为新颖的娱乐开发提供了技术保障，闲来无事的人们将可无限体验娱乐的幸福乐趣。

古诗云：“溪云初起日沉阁，山雨欲来风满楼”。相信这是对移动5G和人工智能等即将带来的产业革命的完美写照。在技术革命的面前，一些产业必将消亡，另一些产业则显露出勃勃生机，世事兴替，滚滚向前，我们尽可欢呼：“让暴风雨来的更猛烈些！”

 

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