當前，系統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。

　　這篇文章的主要內容并非討論5G技術需要具備哪些要求，而是辨識業界已出現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展。行業對5G網絡的需求是已經確定的，這些已經由5G-PPP（歐洲5G公私合作聯盟）概述過。

　　對于5G的未來，行業的困惑主要有技術、商業機會、在垂直行業的應用以及部署的時間表等等。再加上大多數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成本。

　　當然，結合現有的網絡技術發展以及用戶需求，只能猜測未來5G技術大概的樣貌。現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或多個扇區引入新的蜂窩（cell），這帶動了small cell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、類型小區構成的異構網絡：對數據連接速率要求低的區域用宏站層覆蓋，對傳輸速率要求高的區域用顆粒層覆蓋，中間再穿插其他的網絡層。網絡部署和協調是主要的挑戰，因為運營商需要以指數級增長網絡層。

　　2、多網協同

　　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系統應該能緊密協調這些網絡，為用戶提供不中斷的順暢體驗。目前，協同多張網絡仍然是一個相當大的挑戰。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。

　　3、全雙工

　　所有現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。

　　要想協調好上下行，雙工模式肯定是必不可少的，但全雙工技術現在仍在討論中。如果采用這個技術方案，終端設備可同時發送和接收信息，這就有可能使現有的FDD和TDD系統容量翻番。

　　當然這項技術也存在巨大的挑戰：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，整個網絡容量將實現巨大增幅。

　　4、毫米波

　　現在，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，才能使其具備成本效益能大規模投向市場。

　　需要注意的是，毫米波技術的發展也不是最新的，2009年成立的WiGig聯盟旨在建立全球千兆級高速無縫傳輸的產業鏈，關注重點是60GHz頻段，這個聯盟匯聚了無線領域幾乎所有的行業巨頭；2014年6月，谷歌收購了由兩位Clearwire前工程師創辦的企業Alpental，這家公司致力于發展自組織、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的容量和頻譜利用率。大規模陣列天線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。不過市場普遍對這一技術很感興趣，一家名為Artemis的初創公司，就在開發基于大規模陣列天線的pCells新型無線技術，非常適合用在高密度的用戶地區。

　　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據中心驅動的，由后者提供敏捷性、集中控制以及軟件升級。像SDN、NFV、云以及開放生態系統都有可能是5G的基礎技術，當然行業也在繼續討論如何利用這些技術和體系架構的優勢。盡管這些也不是新技術，但仍有可能在5G時代得到大規模應用，因為在為數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的發展情況是類似的。