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?，F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。