從1G到4G，移動通信的核心是人與人之間的通信,，個人的通信是移動通信的核心業(yè)務(wù),。但是5G的通信不僅僅是人的通信，而是物聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)自動化,、無人駕駛被引入，通信從人與人之間通信開始轉(zhuǎn)向人與物的通信,，直至機器與機器的通信,。

第五代移動通信技術(shù)（5G）是目前移動通信技術(shù)發(fā)展的最高峰，也是人類希望不僅改變生活,，更要改變社會的重要力量,。

5G是在4G基礎(chǔ)上，對于移動通信提出更高的要求,，它不僅在速度而且還在功耗,、時延等多個方面有了全新的提升。由此業(yè)務(wù)也會有巨大提升,，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將從移動互聯(lián)網(wǎng)進入智能互聯(lián)網(wǎng)時代,。

5G的關(guān)鍵技術(shù)

5G作為新一代的移動通信技術(shù)，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),、網(wǎng)絡(luò)能力和要求都與過去有很大不同,，有大量技術(shù)被整合在其中。其核心技術(shù)簡述如下：

基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入

5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術(shù),，因為OFDM技術(shù)被當(dāng)今的 4G LTE 和 Wi－Fi 系統(tǒng)廣泛采用,，因其可擴展至大帶寬應(yīng)用，而具有高頻譜效率和較低的數(shù)據(jù)復(fù)雜性,，能夠很好地滿足 5G 要求,。OFDM 技術(shù)家族可實現(xiàn)多種增強功能，例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務(wù)間提高多路傳輸效率,，以及創(chuàng)建單載波OFDM波形,，實現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸。

實現(xiàn)可擴展的OFDM間隔參數(shù)配置

通過OFDM子載波之間的15kHz間隔（固定的OFDM參數(shù)配置）,，LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬,。為了支持更豐富的頻譜類型／帶（為了連接盡可能豐富的設(shè)備，5G將利用所有能利用的頻譜,，如毫米微波,、非授權(quán)頻段）和部署方式。5G NR將引入可擴展的OFDM間隔參數(shù)配置,。這一點至關(guān)重要,，因為當(dāng)FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換）為更大帶寬擴展尺寸時,，必須保證不會增加處理的復(fù)雜性,。而為了支持多種部署模式的不同信道寬度， 5G NR必須適應(yīng)同一部署下不同的參數(shù)配置,，在統(tǒng)一的框架下提高多路傳輸效率,。另外，5G NR也能跨參數(shù)實現(xiàn)載波聚合,，比如聚合毫米波和6GHz以下頻段的載波,。

OFDM加窗提高多路傳輸效率

5G將被應(yīng)用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，這意味著會有數(shù)十億設(shè)備在相互連接,，5G勢必要提高多路傳輸?shù)男?，以?yīng)對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。為了相鄰頻帶不相互干擾,，頻帶內(nèi)和頻帶外信號輻射必須盡可能小,。OFDM能實現(xiàn)波形后處理（post－processing），如時域加窗或頻域濾波,，來提升頻率局域化,。

靈活的框架設(shè)計

設(shè)計5G NR的同時，采用靈活的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),，進一步提高5G服務(wù)多路傳輸?shù)男?。這種靈活性既體現(xiàn)在頻域，更體現(xiàn)在時域上,，5G NR的框架能充分滿足5G的不同服務(wù)和應(yīng)用場景,。這包括可擴展的時間間隔（STTI，Scalable Transmission Time Interval ）,，自包含集成子幀（Self－contained integrated subframe）,。

先進的新型無線技術(shù)

5G演進的同時,，LTE本身也還在不斷進化（比如最近實現(xiàn)的千兆級4G＋），5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進技術(shù),，如載波聚合,、MIMO、非共享頻譜等,。這包括眾多成熟的通信技術(shù),。

大規(guī)模MIMO：從2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的天線也意味著占用更多的空間,，要在空間有限的設(shè)備中容納進更多天線顯然不現(xiàn)實,，只能在基站端疊加更多MIMO。從目前的理論來看,，5G NR 可以在基站端使用最多256根天線,，而通過天線的二維排布，可以實現(xiàn)3D波束成型,，從而提高信道容量和覆蓋,。

毫米波：全新5G技術(shù)正首次將頻率大于24GHz以上頻段（通常稱為毫米波）應(yīng)用于移動寬帶通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數(shù)據(jù)傳輸速度和容量,，這將重塑移動體驗。但毫米波的利用并非易事,，使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗（信號衍射能力有限）,。通常情況下，毫米波頻段傳輸?shù)男盘柹踔翢o法穿透墻體,，此外,，它還面臨著波形和能量消耗等問題。

頻譜共享：用共享頻譜和非授權(quán)頻譜,，可將5G擴展到多個維度,，實現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜,、支持新的部署場景,。這不僅將使擁有授權(quán)頻譜的移動運營商受益，而且會為沒有授權(quán)頻譜的廠商創(chuàng)造機會,，如有線運營商,、企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)，使他們能夠充分利用5G NR技術(shù),。5G NR原生地支持所有頻譜類型,，并通過前向兼容靈活地利用全新的頻譜共享模式。

先進的信道編碼設(shè)計：目前LTE網(wǎng)絡(luò)的編碼還不足以應(yīng)對未來的數(shù)據(jù)傳輸需求,，因此迫切需要一種更高效的信道編碼設(shè)計,，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置，同時,，還要繼續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術(shù)（如LTE Turbo）的性能極限,。 LDPC的傳輸效率遠超LTE Turbo，且易平行化的解碼設(shè)計,，能以低復(fù)雜度和低時延,，擴展達到更高的傳輸速率。

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G網(wǎng)絡(luò)是一個超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),，在2G時代,，幾萬個基站就可以做全國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但是到了4G中國的網(wǎng)絡(luò)超過500萬個,。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設(shè)備,，這個網(wǎng)絡(luò)必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐,。同樣一個網(wǎng)絡(luò)中,，不同的終端需要不同的速率、功耗,，也會使用不同的頻率,，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下,，網(wǎng)絡(luò)很容易造成相互之間的干擾,。5G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào)方案,、網(wǎng)絡(luò)的選擇以及節(jié)能配置方法等,。

在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增,，小區(qū)形狀也不規(guī)則,，用戶可能會頻繁復(fù)雜地切換。為了滿足移動性需求,，這就需要新的切換算法,。

總之，一個復(fù)雜的,、密集的,、異構(gòu)的、大容量的,、多用戶的網(wǎng)絡(luò),，需要平衡、保持穩(wěn)定,、減少干擾,，這需要不斷完善算法來解決這些問題,。

網(wǎng)絡(luò)的自組織

自組織的網(wǎng)絡(luò)是5G的重要技術(shù)，這就是網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配置,；網(wǎng)絡(luò)維護階段的自優(yōu)化和自愈合,。自配置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本,、安裝簡易等優(yōu)點,。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時滿足系統(tǒng)的容量擴展,、業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等方面的需求,。自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、定位問題和排除故障,，大大減少維護成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響,。

SON技術(shù)應(yīng)用于移動通信網(wǎng)絡(luò)時，其優(yōu)勢體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)效率和維護方面,，同時減少了運營商的支出和運營成本投入,。由于現(xiàn)有的 SON 技術(shù)都是從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)， 自部署,、自配置,、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性，在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作,。

網(wǎng)絡(luò)切片

就是把運營商的物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò),，每個網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同的服務(wù)需求，這可以通過時延,、帶寬、安全性,、可靠性來劃分不同的網(wǎng)絡(luò),，以適應(yīng)不同的場景。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個邏輯網(wǎng)絡(luò),，從而避免了為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò),，這樣可以大大節(jié)省部署的成本。

在同一個5G網(wǎng)絡(luò)上,，通過技術(shù)電信運營商會把網(wǎng)絡(luò)切片為智能交通,、無人機、智慧醫(yī)療,、智能家居以及工業(yè)控制等多個不同的網(wǎng)絡(luò),，將其開放給不同的運營者，這樣一個切片的網(wǎng)絡(luò)在帶寬,、可靠性能力上也有不同的保證,，計費體系,、管理體系也不同。在切片的網(wǎng)絡(luò)中,，各個業(yè)務(wù)提供商,，不是如4G一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡(luò),、一樣的服務(wù),。很多能力變得不可控。5G切片網(wǎng)絡(luò),，可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡(luò),、不同的管理、不同的服務(wù),、不同的計費,，讓業(yè)務(wù)提供者更好地使用5G網(wǎng)絡(luò)。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在5G網(wǎng)絡(luò)中,，會存在大量復(fù)雜業(yè)務(wù),，尤其是一些音頻、視頻業(yè)務(wù)大量出現(xiàn),，某些業(yè)務(wù)會出現(xiàn)瞬時爆炸性的增長,，這會影響用戶的體驗與感受。這就需要對網(wǎng)絡(luò)進行改造,，讓網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要,。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡(luò),。CDN 系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài),、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)器上,、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息,，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時間,，提高響應(yīng)速度,。

源服務(wù)器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理服務(wù)器，便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務(wù)器上獲取內(nèi)容,，降低網(wǎng)絡(luò)時延并提高用戶體驗,。CDN技術(shù)的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信息服務(wù)，同時有助于解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題,。CDN技術(shù)成為5G必備的關(guān)鍵技術(shù)之一 ,。

設(shè)備到設(shè)備通信

這是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。設(shè)備到設(shè)備通信（D2D）會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進行傳輸,，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā),，而相關(guān)的控制信令,，如會話的建立、維持,、無線資源分配以及計費,、 鑒權(quán)、識別,、移動性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負責(zé),。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信，可以減輕基站負擔(dān),，降低端到端的傳輸時延,，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率,。當(dāng)無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞,，或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò),。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中,，既可以在授權(quán)頻段部署D2D通信，也可在非授權(quán)頻段部署,。

邊緣計算

在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè),，采用網(wǎng)絡(luò)、計算,、存儲,、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù),。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起,，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù),、應(yīng)用智能,、安全與隱私保護等方面的基本需求。5G要實現(xiàn)低時延,，如果數(shù)據(jù)都是要到云端和服務(wù)器中進行計算機和存儲，再把指令發(fā)給終端,，就無法實現(xiàn)低時延,。邊緣計算是要在基站上即建立計算和存儲能力，在最短時間完成計算,，發(fā)出指令,。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化

SDN架構(gòu)的核心特點是開放性、靈活性和可編程性,。它主要分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施層位于網(wǎng)絡(luò)最底層,，包括大量基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,，該層根據(jù)控制層下發(fā)的規(guī)則處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；中間層為控制層,，該層主要負責(zé)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進行編排,，控制網(wǎng)絡(luò)拓撲、收集全局狀態(tài)信息等,；最上層為應(yīng)用層,，該層包括大量的應(yīng)用服務(wù)，通過開放的北向API對網(wǎng)絡(luò)資源進行調(diào)用,。NFV作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與構(gòu)建技術(shù),， 其倡導(dǎo)的控制與數(shù)據(jù)分離、軟件化,、虛擬化思想,，為突破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的困境帶來了希望。

5G是一個復(fù)雜的體系,，在5G基礎(chǔ)上建立的網(wǎng)絡(luò),，不僅要提升網(wǎng)絡(luò)速度，同時還提出了更多的要求,。未來5G網(wǎng)絡(luò)中的終端也不僅是手機,，而是有汽車、無人駕駛飛機,、家電,、公共服務(wù)設(shè)備等多種設(shè)備。4G改變生活,，5G改變社會,。5G將會是社會進步、產(chǎn)業(yè)推動,、經(jīng)濟發(fā)展的重要推進器,。