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世界各國的產業(yè)界、學術界以及政府部門都在發(fā)展下一代無線網絡技術上投入了大量的精力。5G代表了獨一無二的機會，囊括了諸多先進技術，并對無線網絡的承載能力和適應性進行了大幅擴展。5G網絡不是專供移動寬帶之用，它應是一套高速連接多種不同設備的網絡系統(tǒng)。
美國信息技術與創(chuàng)新基金會（ITIF）的本篇報告將討論5G網絡以及其在潛在部署與競爭引入方面會為通信市場帶來什么。除此之外報告給出了一些政策制定的建議。
(一) 無線網絡的歷史發(fā)展
在討論無線網絡將向何方發(fā)展之前，我們需要理清其發(fā)展歷史以及當前發(fā)展狀態(tài)，從而構建一個共同的討論基礎。
1.關于分代
對移動通信演變的討論就是將各種技術劃歸到不同的“代”中。第一代移動通信技術如今看來十分落后，主要關注單純的基礎語音服務，由模擬信號傳輸數據。第二代移動通信技術仍然只關注語音服務，但標準數字信號取代了模擬信號。第三代移動通信技術超越了單純的語音通信，引入了數據服務、多媒體、短信息以及有限的互聯(lián)網訪問。直到進入第四代（4G）之后，移動通信才有了以完整互聯(lián)網協(xié)議為基礎的數據服務規(guī)范。當前的4G協(xié)議LTE是為移動寬帶連接而設計，是當今主流通信行業(yè)標準。
到目前為止第五代通信技術（5G）尚未被定義，但可以肯定，對5G的定義絕非一份簡單的標準就可以完成的。
2.當前的挑戰(zhàn)
設計4G網絡主要為解決移動寬帶連接，5G則允許工程師們尋找移動互聯(lián)網外更多新的用途。
5G的發(fā)展是由當今網絡面臨的挑戰(zhàn)驅動的。這些挑戰(zhàn)可以大致劃分為主要滿足人類的新需求還是機器用戶的新需求。5G的應用場景可以劃分為三類：增強移動寬帶；物聯(lián)網（IoT）；關鍵基礎設施或公共安全。
1）人類用戶——增強移動寬帶
對于人類用戶，更大的網絡容量與更少的延遲是提升用戶體驗的關鍵。移動數據流量的需求將持續(xù)上升，思科的視覺網絡指數預測，全球的移動數據流量在2015到2020年間將增長8倍。
移動運營商為增大數據流量、提升網絡速度能采取的措施十分有限。首先是考慮信號頻段，信號頻段是限制無線網絡容量的重要因素，但頻段分配是一個漫長且困難的過程，需要國會立法、FCC授權，而且使用新的頻段需要對設備進行升級，費用十分昂貴。另一個可以提升無線網絡整體容量的方法是提升頻段效率，但其存在邊界限制，而且我們的工程師目前已經很接近這一邊界。此外，頻段的重新利用也曾被運營商用來提升網絡容量，但這一方法同樣面臨巨額資金、設備投入，同樣受到限制。
2）機器用戶——大規(guī)模物聯(lián)網
機械設備間的網絡連接種類遠比人類用戶使用的連接種類多，這類連接通常只傳輸很少量的數據，但需要持續(xù)傳輸。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，需要接入網絡的設備數量急劇升高，這樣的大規(guī)模物聯(lián)網需要進行大量的實時通信，另外能源效率也是物聯(lián)網發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)之一，安裝遠離電源線路、可長時間使用的傳感器需要盡可能長的電池壽命。各種物聯(lián)網設備需求不一，5G網絡應該能夠應對不同設備，有更高適應性。
3）關鍵通信與公眾安全
構想中5G網絡的另一重要用途是關鍵通信，這些通信任務對網絡可靠度依賴度很高，可能用來提升公眾安全服務。公眾安全領域將會是下一代無線網絡技術的重要應用。我們已經遠離公用電話的時代，移動通信設備逐漸轉變?yōu)楣姲踩谋ＷC途徑之一。因此5G網絡必須具有足夠的可靠性和穩(wěn)健性。
圖 1 5G發(fā)展三大領域
5G還將是支持自動駕駛汽車的重要工具，預測顯示，2025年無人駕駛汽車將為5G網絡貢獻300萬客戶。
3.5G目標——確立基準
為了滿足以上人們所設定的5G網絡用途，網絡需要達到若干個基準。在網絡容量方面，聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的基準是，峰值下載速度達到20Gbps，每個用戶都能保證有100Mbps的下載速度。網絡延遲是指信息在網絡系統(tǒng)中傳輸的時間，這也是5G網絡關注的重點。舉例來說，云應用要求網絡延遲在100毫秒以內，語音呼叫要求網絡延遲在150毫秒會比較流暢。如今人機實時交互的應用越來越多，這些都對5G的低延遲性提出要求。物聯(lián)網也提出了特殊的要求，為保證設備的使用時間，設備的電耗應盡量低，其中自然包括通信過程中的耗電。同時，隨著大量的設備接入網絡，用戶會要求費用僅可能節(jié)省，對運營商資費設定有下行壓力。
(二) 5G關鍵技術
從經驗看，每一次互聯(lián)網技術換代都是一個設定標準的過程。當一個新的標準被確立之后，運營商需要更換新的設備，用戶則需要更換新的終端手機，就像4G LTE出現時的情況，這樣可以徹底與上一代通信技術劃清界限。
我們向5G發(fā)展的兩大趨勢分別為：網絡基站的高密度化，以及以軟件為中心的網絡帶來的更高的靈活性，這主要涉及以下三方面的話題。
1.高頻頻段
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編 輯：甄清嵐
