當前，系統(tǒng)設備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絡5G的發(fā)展情況。5G已有幾個候選技術，未來肯定會有一些概念被定義到這個新標準里。Ovum 智能網絡首席分析師 Dimitris Mavrakis 在本文里簡單介紹下了這幾個候選技術，并分析了各項技術的面臨的機遇和挑戰(zhàn)。
這篇文章的主要內容并非討論 5G 技術需要具備哪些要求，而是辨識業(yè)界已出現(xiàn)的幾個候選技術及相關的架構，包括 5G標準可能會向什么方向發(fā)展。行業(yè)對 5G 網絡的需求是已經確定的，這些已經由 5G-PPP（歐洲 5G 公私合作聯(lián)盟）概述過。
對于5G 的未來，行業(yè)的困惑主要有技術、商業(yè)機會、在垂直行業(yè)的應用以及部署的時間表等等。再加上大多數(shù)移動運營商還沒有找到更好的貨幣化 LTE網絡的方法，所以5G的未來就變得有些迷茫。
如果我們回顧下移動通信技術過去的發(fā)展軌跡，隱約描繪出5G大概的樣貌。新一代移動網絡通常意味著全新的架構，當然傳統(tǒng)上還認為架構得是無線接入的：模擬到 TDMA（GSM）到 CDMA（UMTS）到 OFDM（LTE）。顯然，5G也需要一個全新的技術、全新標準來解決用戶需求。

考慮到流量增長的趨勢，5G 勢必要在網絡上進行徹底的變革。軟件驅動的架構、極高密度的流體網絡、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，Gbps 量級的容量等等，這些都是無法由目前的 LTE 和LTE-Advanced網絡提供的。
顯然，我們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網絡將容許多個空中接口標準共存，從理論角度看，這確實是理想的（OFDM 技術不適用于 small cell 和異構網絡，但其他的接口可以）。但是從運營和經濟角度考慮，這就意味著會耗費大量精力和開發(fā)成本。
當然，結合現(xiàn)有的網絡技術發(fā)展以及用戶需求，只能猜測未來 5G 技術大概的樣貌�，F(xiàn)在成本問題還沒有上升到5G技術話題的討論范圍內，所以5G候選技術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)有網絡有徹底破壞性變革的技術。

5G候選技術如下：
1、極致增密
網絡增密不是新技術，在 3G網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smallcell等多種類似產品的興起，這一技術本質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)或整個網絡的容量。
5G 網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)構成的異構網絡：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絡層。網絡部署和協(xié)調是主要的挑戰(zhàn)，因為運營商需要以指數(shù)級增長網絡層。

2、多網協(xié)同

未來會有多張網絡一起為用戶終端提供連接：移動蜂窩、WiFi、終端對終端連接等等。5G 系統(tǒng)應該能緊密協(xié)調這些網絡，為用戶提供不中斷的順暢體驗。目前，協(xié)同多張網絡仍然是一個相當大的挑戰(zhàn)。Hotspot 2.0與下一代Hotspot的案例會是蜂窩與WiFi集成的一個參考。5G能否讓終端設備在幾張網絡間順利切換，還有待觀察，如何無縫地從一張網絡切到另一張上的確是一個最大的挑戰(zhàn)。
3、全雙工
所有現(xiàn)有的移動通信網絡都依賴雙工模式來管理上傳和下載，有時分雙工，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，而TDD呢，無論上行還是下行都采用同一個信道，只是時隙不同。
要想協(xié)調好上下行，雙工模式肯定是必不可少的，但全雙工技術現(xiàn)在仍在討論中。如果采用這個技術方案，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。
當然這項技術也存在巨大的挑戰(zhàn)：需要從根本消除自干擾，網絡和設備都需要巨大變化。如果克服這些挑戰(zhàn)，整個網絡容量將實現(xiàn)巨大增幅。
4、毫米波

現(xiàn)在，450MHz–2.6GHz 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 300GHz。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，還有一些高頻段的GHz頻譜已有占用：短距離、點對點、可視范圍連接等等，它們用來為無線連接提供了更高的速率。
毫米波可以用于室內small cell（這也符合以上提到的網絡增密），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，它對設備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，可能需要很多年的研發(fā)，才能使其具備成本效益能大規(guī)模投向市場。
需要注意的是，毫米波技術的發(fā)展也不是最新的，2009 年成立的 WiGig 聯(lián)盟旨在建立全球千兆級高速無縫傳輸?shù)漠a業(yè)鏈，關注重點是60GHz頻段，這個聯(lián)盟匯聚了無線領域幾乎所有的行業(yè)巨頭；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，這家公司致力于發(fā)展自組織、超低功耗、毫米波千兆無線技術，主要是60GHz頻段。

5、大規(guī)模陣列天線
LTE-Advanced網絡已經采用了MIMO技術，相比單一天線，MIMO能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。大規(guī)模陣列天線 MIMO技術是 MIMO技術的擴展和延伸，其基本特征就是在基站側配置大規(guī)模的天線陣列（從幾十至幾千），利用空分多址（SDMA）原理，同時服務多個用戶。這一技術為網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很感興趣，一家名為Artemis的初創(chuàng)公司，就在開發(fā)基于大規(guī)模陣列天線的pCells新型無線技術，非常適合用在高密度的用戶地區(qū)。

6、虛擬化、軟件控制以及云架構
向5G演進的并行趨勢還有軟件和云，屆時網絡是由分布式數(shù)據(jù)中心驅動的，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)都有可能是 5G的基礎技術，當然行業(yè)也在繼續(xù)討論如何利用這些技術和體系架構的優(yōu)勢。盡管這些也不是新技術，但仍有可能在 5G時代得到大規(guī)模應用，因為在為數(shù)十億上百億個設備提供連接時，網絡需要利用這些技術來提升性能。
考慮到現(xiàn)有的技術和需求，以上提到的所有技術都有很大的潛力應用在 5G網絡中。Mavrakis 認為，最后選定哪些技術可能需要一個相當長的比較過程，哪些技術能勝出取決于：性能、部署、成本、政策等多項因素。不過做這樣一個假設應當是合理的：成本最低的技術有最大的勝算可能，這和 LTE-Advanced 的發(fā)展情況是類似的。

未來5G都有哪些技術你知道嗎.pdf