2016年中国5G行业发展现状及未来发展前景分析【图】

    （一 ）5G 蓝海市场空间广阔，预计 2020 年完成 5G 标准制定

    传统 4G 解决方案已无法应对网络流量的激增。预计 2016 至 2020 年间，由智能终端产生的流量将增长 10 倍。据预测，到 2020 年全球移动数据流量将达到 366.8EB，而在 2015 年仅为 44.2 EB，对应 5 年的复合增长率为 52.68%。 物联网为无线网络带来新的蓝海市场。据预测未来 M2M 连接数，到 2020 年将达到 500 亿。据最新数据显示，全球物联网连接数量及物联网收入在 2015 年-2025 年之间将增长三倍数量。其中物联网蜂窝连接到 2025 年将达到 220 亿个（2015 年底这一数字为 3.34 亿），且其频繁的进行数据处理和分析需求的流量更是数倍于联网流量所带来的流量需求，将对现行网络传输速率提出更高的要求。

    ITU （国际电信联盟）已成完成 5G 愿景研究 ， 预计 2020 年将完成标准制定，其中第一阶段将于 2018 年 9 月 R15 冻结，第二阶段将于 2020 年 3 月 R16 冻结。5G 将解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，用户的体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都可能成为不同场景的挑战性指标。与以往移动通信系统相比，5G 需要满足更加多样化的场景和极致的性能挑战。归纳未来移动互联网和物联网主要场景和业务需求特征，归纳为增强型移动宽带、超高可靠与低延迟的通信和大规模机器类通信三大主要场景应用。具体包括：Gbps 移动宽带数据接入、智慧家庭、智能建筑、语音通话、智慧城市、三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实、行业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车。

5G 的应用场景

数据来源：公开资料整理

4G/5G 各关键指标的比较

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    政策驱动，各国抢跑 5G 时代 。新一代的通信技术革新都意味着所采用的技术标准或规则的进步。谁掌握了下一代通信标准的话语权，谁就掌握了未来的主动权。为此全球范围内掀起了一股 5G 技术“圈地运动”。

各国发布的与 5G相关的政策与计划

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    设备商/ 运营商布局 5G 产业链，获取先发优势。据了解，截至 2014 年10月底，全球申请 5G 专利技术件数高达 7097 件，全球前十大 5G 关键技术专利权厂商分别为：三星、诺基亚、爱立信、LG、阿尔卡特朗讯、华为、英特尔、高通、NEC 及博通，其中 9 家厂商已掌握全球50%的 5G 关键技术，但是到 2016 年深圳企业在 5G 专利存储方面已经实现领跑。华为、中兴等深圳重点企业，合计获得了全球 5G 基础专利数量超过 1/5。除了专利，在企业战略和技术研究方面，各企业更是争分夺秒抢占市场。

各大运营商/ 设备商在 5G领域的部署情况

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    （二 ）5G技术的发展路径及关键技术
综合考虑需求、技术发展趋势以及网络平滑演进等因素，5G由空口技术路线可由 5G新空口（含低频空口与高频空口）和 4G 演进两部分组成。新空口路线主要面向新场景和新频段进行全新的空口设计，不考虑与 4G 框架的兼容，通过新的技术方案设计和引入创新技术来满足 4G 演进路线无法满足的业务需求及挑战，特别是各种物联网场景及高频段需求。根据移动通信系统的功能模块划分，5G 空口技术框架包括帧结构、双工、波形、多址、调制编码、天线、协议等基础技术模块，通过最大可能地整合共性技术内容。4G演进路线无法完全实现 5G 的诸多技术要求，比如大规模天线、超密集组网等增强技术在现有的框架下无法充分发挥其潜力，5G 的全频谱接入、部分新型多址等不适用于 4G 的技术框架，演进将作为补充技术发挥作用。

5G 的技术路线与场景

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    目前 5G 最终采用的关键技术还尚不明确，但是有一些技术热点一直被业界看好，也是业界正在努力探索的目标。随着这些技术的发展和成熟，5G 技术也会随之出现，如大规模天线技术、超密集组网技术、终端直通技术、全频谱接入等。现有的网络架构无法满足毫秒级的时延要求，因此面临着革新升级，5G 技术通过使用新型的多址技术，建立基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构将实现更为灵活的网络调度，可以全面改革现有的网络架构。

    1 、Massive MIMO 提升频谱效率

    Massive MIMO 是业界公认的解决 5G 超大带宽联接的关键技术，据理论：线尺寸为波长的 1/10~1/4 之间，其天线增益和辐射效率达到最大。使用毫米波后，天线尺寸也变为毫米级，可以在以前相同面积设备内布置更多的天线。通信基站可以采用大规模阵列天线，极大地提升了频率效率、用户体验、传输可靠性。大唐 5G 综合验证平台具有业内首款有源天线系统（AAS）测试仪、业界规模最大的室外 256 有源天线，已实现了 20 流数据的并行传输，速率超过 4Gbps；在未来 3 个月内可升级到 32 流，达到 6Gbps 的传输速率。 相比于 4G 技术能够实现 5-10倍频谱效率提升。

    主要应用场景有城区覆盖、无线回传、郊区覆盖、局部热点。其中城区覆盖分为宏覆盖和微覆盖（例如高层写字楼）两种。无线回传主要解决基站之间的数据传输问题，特别是宏站与 Small Cell 之间的数据传输问题，郊区覆盖主要解决偏远地区的无线传输问题，局部热点主要针对大型赛事、演唱会、商场、露天集会、交通枢纽等用户密度高的区域。

MIMO 原理

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Massive MIMO 设备

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    2 、超密集组网提升系统容量

    5G 使用的频率会更高，绕射能力直线下降，信号只能直射而且传播距离十分有限，将传统上使用的大型宏基站改用站点更多、密度更大的微基站，是解决毫米波直线传播、传播距离有限的终极方案。超密集网络通过更加密集化的无线网络基础设施部署，在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升，将是满足 5G 数据流量需求的主要技术手段。超密集组网可应用于办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁等典型应用场景。虚拟层技术、软扇区技术和混合分层回传是超密集组网中的关键技术。

超密集组网示意图

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高频谱使得绕射能力下降

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    2 、终端直通技术为车联网提供了通信支持

    D2D 技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D 能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D 采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于 D2D 的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。D2D 的典型应用场景如车联网、物联网。

    传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D 通信示意图

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车路通信示意图

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    3 、新频谱规划积极推进

    全频谱接入是指通过有效利用各类移动通信频谱（包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等）资源来提升数据传输速率和系统容量的通信技术。所涉及的频段包括 6GHz 以下的低频段和 6-100GHz 的高频段，其中 6-100GHz 频段因其具有丰富的空闲频谱资源，能够满足 5G 发展对高速率和连续大宽带的要求而被作为 5G 的重点研究频段。

    高频通信在军事通信和无线局域网（WLAN）等领域已经获得应用，但是在蜂窝通信领域的研究尚处于起步阶段。高频信号在移动条件下，易受到障碍物、反射物、散射体以及大气吸收等环境因素的影响，高频信道与传统蜂窝频段信道有着明显差异，如传播损耗大、信道变化快、绕射能力差等，因此需要对高频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及器件等内容开展深入研究。

    当前高频段研究范围涵盖 6-100GHz 频段，包括授权频谱和非授权频谱、对称频谱和非对称频谱、连续频谱和离散频谱等。面向未来 5G 可能的候选频点，结合业界信道测量成果，研究高频候选频点的信道传播特性，构建适用于高频频段的信道模型，分析和评估高频频点的适用场景，选择适合 5G 的高频频段。目前业界开展研究的 5G 典型候选频段主要包括 6GHz、15GHz、18GHz、28GHz、38GHz、45GHz、60GHz 和 72GHz 等，测量场景涵盖室外热点和室内热点。

爱立信 5G 高低频谱互操作解决方案

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全球各国家 5G 频谱使用情况

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   4 、SDN/NFV 已成为 5G网络基础

    IEEE 2016 年 7 月 15 日发布了第二份白皮书“Towards 5G Software-Defined Ecosystems：Technical Challenges， Business Sustainability and Policy Issues（《软件定义的 5G 生态系统：技术挑战、商业模式可持续性、通信政策问题》）”，认为 SDN/NFV 将首先被应用于 5G 网络与业务基础设施，这样一来，5G 就将不仅仅是现有 4G LTE 网络的直接演进。

SDN 的优势

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SDN 结构示意图

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    相关报告：智研咨询发布的《2017-2022年中国5G行业深度调研及未来发展趋势报告》 

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