5G：技术亮点频出 行业融合加速

  2020年是我国5G爆发式增长的一年。我国5G研发创造新兴事物的能力慢慢地加强，产业高质量发展水平持续提升，移动通信产业已形成相对完整的产业链和巨大的运营市场，对经济社会持续健康发展的支撑作用日益显著。中国信通院数据显示，2020年，我国国内市场5G手机累计出货量1.63亿部、上市新机型累计218款。5G与交通、医疗、教育等多领域相融合，带来了新的发展业态，促进产业升级。

  2021年将成为中国5G发展的关键之年。5G将进一步升级我国信息通信基础设施，为经济实现高水平质量的发展提供有力支撑。我国5G技术有哪些热点亮点？未来会有哪些发展的新趋势？近日，中国信息与电子工程科技发展战略研究中心集结中国工程院多位院士以及业内专家，发布了《5G发展基本情况综述》蓝皮书，这些非常关注的问题都能从中找到答案。

  5G作为新一代移动通信技术的主要发展趋势，应用场景从移动网络业务扩展到物联网场景。5G与云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术相结合，全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施，与工业、农业、交通、医疗等经济社会各行业各领域深层次地融合，提升信息化水平，催生新产品、新模式和新业态，促进生产方式和产业格局深刻变革，成为数字化的经济发展的强劲驱动力。

  在标准领域，我国支撑5G统一国际标准按期完成。我国主推的灵活5G系统模块设计方案获业界认可，5G支持多业务、多场景、低高频部署，国内外一致认同5G灵活系统设计的思路，5G新空口支持多参数集、自包含帧结构灵活TTI设计、灵活波形等技术方案。

  我国在3GPP提出的极化编码方案成为5G控制信道编码方案。我国企业积极投入极化码生成序列和可靠度等技术方案的研究和设计、性能评估和优化，推动极化码成为5G新空口控制信道编码方案。同时，我国热情参加数据信道编码LDPC方案的奇偶校验矩阵、码率等方案的确定。

  大规模天线G系统性能的有效技术方法之一。我国在延续4G多天线技术成果的同时，积极投入5G大规模天线研究和技术积累，特别是在半开环传输模式、波束管理、反馈优化及增强设计等方面，形成一定的技术积累，并持续推动国际标准的确定。

  我国主推5G新型网络架构方案。5G核心网采用基于服务的网络架构设计，新架构采用基于HTTP的接口协议，能够针对不一样业务场景快速开发定制化的网络业务流程；轻量化的网络服务可灵活组合与部署，实现网络切片和边缘计算。

  在5G关键器件领域，我国加快体系化升级。在基带芯片方面，5G十倍于4G的峰值速率对终端基带芯片的并行处理设计提出更高要求，同时基带制造工艺需要持续升级，以满足5G高速率和低功耗的需求。在射频方面，GaAs化合物半导体工艺、BAW滤波器制造工艺等特色工艺亟待升级。功率放大器（PA）仍将延续4G GaAs工艺路线，但带宽频率性能和集成度要求更高。5G终端射频前端将更多采用高集成度模组方案，集成多频多模PA、射频开关、滤波和双工等射频器件。

  大规模天线G关键技术的应用将加速基站射频器件升级。5G基站升级的重点在于大规模天线阵列技术的应用，基站射频前端设计更为复杂，前端器件数量成倍增加。

  5G中频基站将延续4G分立器件的技术方案，采用全数字波束赋形架构，全数字化的MMO射频收发通道多达64个，是4G的8倍，对应的各射频收发通道的前端器件数量也要增加数倍，其中基站的关键器件PA将从硅基LDMOS工艺转向承载功率、高频性能、效率更具优势的氮化镓工艺；陶瓷介质滤波器凭借小型和高性能的优势将成为主流。

  5G高频基站领域目前存在多种技术路线，主流方案是基于RF CMOS/锗硅工艺的大规模天线阵列集成，除此以外还有基于GAAS/GAN等分立器件的低复杂度天线阵列方案和透镜天线G高频段通信对基站天线提出更高要求，现阶段业界倾向于采用PCB板上天线阵（AoB）和封装天线阵（AP）两种高频相控阵天线集成化方案。AoB适用于发射功率较高、散热条件较好的5G高频基站；AP适用于发射功率较低、发热小的5G高频小站和5G高频终端。

  我国在滤波器、天线等部分基站器件领域已形成产业突破。在滤波器方面，我国已具备一定的产业基础，以大富科技、武汉凡谷、山东精密、春兴精工为代表的国内企业已取得金属腔体或陶瓷介质滤波器的有关技术突破，国内企业占据基站市场约75%的份额，客户覆盖华为、中兴、大唐、爱立信等主流设备厂商，随着5G基站集成化趋势明显，金属腔体和陶瓷介质滤波器的小型化问题仍是国内厂商需攻克的技术难点。基站天线领域，国内厂商的技术已达到领先水平，华为、京信通信、虹信、国人通信等企业凭借价格和服务优势，已具备相当的产业实力，占据国内运营商主要市场，并进军全球市场。

  5G持续演进，将实现更高效的万物互联。在技术层面，3GPP正在研究怎么样在免许可频谱上使用5G技术，拓展5G应用，重点研究怎么样满足免许可频谱的管理规定，实现与其他无线技术的共存。非正交技术通过多用户叠加传输，可有效提升系统吞吐量和用户容量。在网络基础能力提升方面，将加强完善服务化架构，提供端到端网络切片能力，实现网络按需定制。此外，5G网络将全面融合网络数据采集与分析功能，打通终端、无线、网络和业务的数据通道，提供大数据分析和人工智能的应用基础平台，进一步提升5G网络的部署和优化效率，提升资源利用率，降低网络的规划、建设、优化和运维成本。

  目前，低功耗广覆盖（LPWA）物联网场景主要是依靠NBIoT和eMTC来承载，针对5G海量机器类通信的物联网场景，3GPP将在R17版本中进行研究，重点满足中等传输速率和大连接等区域覆盖的物联网应用需求，如工业无线传感器等。

  与垂直行业融合应用是5G时代的新命题，跨界融合将在未来很久持续发展。我国需要积极推动5G与云计算、大数据、人工智能等结合，加快工业互联网、车联网等应用场景、业务需求和解决方案的研究，促进基于5G的新媒体、车联网、工业互联网等融合应用的产品研制，积极地推进重点行业的应用示范，以试带用，形成技术、标准、产业、应用的良性循环。积极推动5G与垂直行业应用的融合创新，与各行业联盟、标准组织和有突出贡献的公司开展全方位多层次合作，探索合作共赢的5G融合应用新模式和新业态。

  云化虚拟现实（云VR）将成为5G时代较抢眼的应用之一。云VR是借助近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输等技术方法，提供身临其境的一种使用者真实的体验的应用。VR技术可与众多传统行业结合，释放传统行业活力。如VR﹢文化娱乐可为用户所带来真实的感官体验，VR﹢工业生产可提高生产效率并能解决生产困境等。5G云VR将内容处理与计算能力置于云端，并将内容以视频流的方式推向用户，大幅度降低终端计算压力，以便终端以轻量的方式运行，同时借助5G网络大带宽、超低时延的特性，提供较低的消费成本和良好的用户体验。

  车联网向主动安全和交通效率提升类应用发展，将支持无人驾驶的协同服务类应用。信息服务类应用已经完全融入用户的汽车驾驶生活当中，包括在线导航拥塞提醒和多媒体下载等信息娱乐服务，以及逐步衍生出的共享出行、车辆全生命周期管理、车联网保险等创新业务。LTE-V2X等低时延、高可靠车联网无线通信技术的成熟，能支持实现主动安全预警和交通效率提升类应用，包括前向碰撞预警、十字交叉路口碰撞预警、红绿灯诱导通行和道路危险事故预警等。未来，5G等技术将支持构建“人车路云”高度协同的互联环境，实现车路协同控制、远程遥控操作等高级别无人驾驶业务，最终支撑实现完全无人驾驶。

  工业互联网与5G的融合应用处于探索阶段。近年来，工业公司与通信设施商、运营商等将在更大范围内联合开展5G应用创新试验，经营事物的规模将从生产辅助业务向与工业生产核心业务相结合的方向发展。这份蓝皮书预测，一方面，受益于我国的5G宣传普及和试验工作，工业公司对5G的了解及接受程度逐步增强，除南方电网、富士康等企业外，有更多工业公司开始与运营商、设备商等开展工业互联网创新应用探索。另一方面，工业公司在5G应用探索方面从初始阶段利用5G进行视频监控、远程维修等，向利用5G实现生产设备控制、产线产品识别检测等工业核心业务结合方向发展。

  健康产业与网络技术融合创新的基础正是移动通信技术的发展动力。目前，医疗信息化建设已经基本完成，医院内部处于从有线到无线过渡的阶段，医疗资源供需失衡、医疗成本高昂等现象有所缓解。现阶段信息技术在真正的诊断、手术中的应用还需要寻求突破，在管理体系、技术方法及应用效果等方面与国外仍存在差距。5G技术与医疗领域的创新融合将催生多种医疗场景。随着5G的商用，便携、无线化医疗设施资源将逐步走进基层医疗机构和个人家庭，应用场景趋于个性化、专业化。从长远来看，医疗信息化标准的建设是无线医疗发展的着重点。未来，整个医疗信息服务也从无线化向远程化、智能化的方向演进。（作者：那文）