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2020年是我國5G爆發(fā)式增長的一年。我國5G研發(fā)創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平持續(xù)提升，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)已形成相對完整的產(chǎn)業(yè)鏈和巨大的運(yùn)營市場，對經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐作用日益顯著。中國信通院數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國國內(nèi)市場5G手機(jī)累計(jì)出貨量1.63億部、上市新機(jī)型累計(jì)218款。5G與交通、醫(yī)療、教育等多領(lǐng)域相融合，帶來了新的發(fā)展業(yè)態(tài)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級。

2021年將成為我國5G發(fā)展的關(guān)鍵之年。5G將進(jìn)一步升級我國信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。我國5G技術(shù)有哪些熱點(diǎn)亮點(diǎn)？未來會(huì)有哪些發(fā)展趨勢？近日，中國信息與電子工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中心集結(jié)中國工程院多位院士以及業(yè)內(nèi)專家，發(fā)布了《5G發(fā)展基本情況綜述》藍(lán)皮書，這些備受關(guān)注的問題都能從中找到答案。

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)的主要發(fā)展方向，應(yīng)用場景從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)場景。5G與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)相結(jié)合，全面構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療等經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)各領(lǐng)域深度融合，提升信息化水平，催生新產(chǎn)品、新模式和新業(yè)態(tài)，促進(jìn)生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)格局深刻變革，成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力。

實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)5G技術(shù)領(lǐng)跑

在標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，我國支撐5G統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)按期完成。我國主推的靈活5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案獲業(yè)界認(rèn)可，5G支持多業(yè)務(wù)、多場景、低高頻部署，國內(nèi)外一致認(rèn)同5G靈活系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，5G新空口支持多參數(shù)集、自包含幀結(jié)構(gòu)靈活TTI設(shè)計(jì)、靈活波形等技術(shù)方案。

我國在3GPP提出的極化編碼方案成為5G控制信道編碼方案。我國企業(yè)積極投入極化碼生成序列和可靠度等技術(shù)方案的研究和設(shè)計(jì)、性能評估和優(yōu)化，推動(dòng)極化碼成為5G新空口控制信道編碼方案。同時(shí)，我國積極參與數(shù)據(jù)信道編碼LDPC方案的奇偶校驗(yàn)矩陣、碼率等方案的確定。

大規(guī)模天線是提升5G系統(tǒng)性能的有效技術(shù)手段之一。我國在延續(xù)4G多天線技術(shù)成果的同時(shí)，積極投入5G大規(guī)模天線研究和技術(shù)積累，特別是在半開環(huán)傳輸模式、波束管理、反饋優(yōu)化及增強(qiáng)設(shè)計(jì)等方面，形成一定的技術(shù)積累，并持續(xù)推動(dòng)國際標(biāo)準(zhǔn)的確定。

我國主推5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。5G核心網(wǎng)采用基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，新架構(gòu)采用基于HTTP的接口協(xié)議，能夠針對不同業(yè)務(wù)場景快速開發(fā)定制化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流程；輕量化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可靈活組合與部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算。

在5G關(guān)鍵器件領(lǐng)域，我國加快體系化升級。在基帶芯片方面，5G十倍于4G的峰值速率對終端基帶芯片的并行處理設(shè)計(jì)提出更高要求，同時(shí)基帶制造工藝需要持續(xù)升級，以滿足5G高速率和低功耗的需求。在射頻方面，GaAs化合物半導(dǎo)體工藝、BAW濾波器制造工藝等特色工藝亟待升級。功率放大器（PA）仍將延續(xù)4G GaAs工藝路線，但帶寬頻率性能和集成度要求更高。5G終端射頻前端將更多采用高集成度模組方案，集成多頻多模PA、射頻開關(guān)、濾波和雙工等射頻器件。

大規(guī)模天線、高頻段通信等5G關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用將加速基站射頻器件升級。5G基站升級的重點(diǎn)在于大規(guī)模天線陣列技術(shù)的應(yīng)用，基站射頻前端設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，前端器件數(shù)量成倍增加。

5G中頻基站將延續(xù)4G分立器件的技術(shù)方案，采用全數(shù)字波束賦形架構(gòu)，全數(shù)字化的MMO射頻收發(fā)通道多達(dá)64個(gè)，是4G的8倍，對應(yīng)的各射頻收發(fā)通道的前端器件數(shù)量也需要增加數(shù)倍，其中基站的關(guān)鍵器件PA將從硅基LDMOS工藝轉(zhuǎn)向承載功率、高頻性能、效率更具優(yōu)勢的氮化鎵工藝；陶瓷介質(zhì)濾波器憑借小型和高性能的優(yōu)勢將成為主流。

5G高頻基站領(lǐng)域目前存在多種技術(shù)路線，主流方案是基于RF CMOS/鍺硅工藝的大規(guī)模天線陣列集成，此外還有基于GAAS/GAN等分立器件的低復(fù)雜度天線陣列方案和透鏡天線方案。5G高頻段通信對基站天線提出更高要求，現(xiàn)階段業(yè)界傾向于采用PCB板上天線陣（AoB）和封裝天線陣（AP）兩種高頻相控陣天線集成化方案。AoB適用于發(fā)射功率較高、散熱條件較好的5G高頻基站；AP適用于發(fā)射功率較低、發(fā)熱小的5G高頻小站和5G高頻終端。

我國在濾波器、天線等部分基站器件領(lǐng)域已形成產(chǎn)業(yè)突破。在濾波器方面，我國已具備一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，以大富科技、武漢凡谷、山東精密、春興精工為代表的國內(nèi)企業(yè)已取得金屬腔體或陶瓷介質(zhì)濾波器的相關(guān)技術(shù)突破，國內(nèi)企業(yè)占據(jù)基站市場約75%的份額，客戶覆蓋華為、中興、大唐、愛立信等主流設(shè)備廠商，隨著5G基站集成化趨勢明顯，金屬腔體和陶瓷介質(zhì)濾波器的小型化問題仍是國內(nèi)廠商需攻克的技術(shù)難點(diǎn)?；咎炀€領(lǐng)域，國內(nèi)廠商的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到領(lǐng)先水平，華為、京信通信、虹信、國人通信等企業(yè)憑借價(jià)格和服務(wù)優(yōu)勢，已具備相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)實(shí)力，占據(jù)國內(nèi)運(yùn)營商主要市場，并進(jìn)軍全球市場。

打造更高效的“萬物互聯(lián)”

5G持續(xù)演進(jìn)，將實(shí)現(xiàn)更高效的萬物互聯(lián)。在技術(shù)層面，3GPP正在研究如何在免許可頻譜上使用5G技術(shù)，拓展5G應(yīng)用，重點(diǎn)研究如何滿足免許可頻譜的管理規(guī)定，實(shí)現(xiàn)與其他無線技術(shù)的共存。非正交技術(shù)通過多用戶疊加傳輸，可有效提升系統(tǒng)吞吐量和用戶容量。在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力提升方面，將進(jìn)一步完善服務(wù)化架構(gòu)，提供端到端網(wǎng)絡(luò)切片能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)按需定制。此外，5G網(wǎng)絡(luò)將全面融合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與分析功能，打通終端、無線、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通道，提供大數(shù)據(jù)分析和人工智能的應(yīng)用基礎(chǔ)平臺，進(jìn)一步提高5G網(wǎng)絡(luò)的部署和優(yōu)化效率，提升資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)、優(yōu)化和運(yùn)維成本。

目前，低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)場景主要依靠NBIoT和eMTC來承載，針對5G海量機(jī)器類通信的物聯(lián)網(wǎng)場景，3GPP將在R17版本中進(jìn)行研究，重點(diǎn)滿足中等傳輸速率和大連接等區(qū)域覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，如工業(yè)無線傳感器等。

與垂直行業(yè)融合應(yīng)用是5G時(shí)代的新命題，跨界融合將在未來很長時(shí)間持續(xù)發(fā)展。我國需要積極推動(dòng)5G與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等結(jié)合，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)需求和解決方案的研究，促進(jìn)基于5G的新媒體、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等融合應(yīng)用的產(chǎn)品研發(fā)，積極推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)的應(yīng)用示范，以試帶用，形成技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用的良性循環(huán)。積極推動(dòng)5G與垂直行業(yè)應(yīng)用的融合創(chuàng)新，與各行業(yè)聯(lián)盟、標(biāo)準(zhǔn)組織和龍頭企業(yè)開展全方位多層次合作，探索合作共贏的5G融合應(yīng)用新模式和新業(yè)態(tài)。

云化虛擬現(xiàn)實(shí)（云VR）將成為5G時(shí)代較搶眼的應(yīng)用之一。云VR是借助近眼顯示、感知交互、渲染處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，提供身臨其境的一種用戶體驗(yàn)的應(yīng)用。VR技術(shù)可與眾多傳統(tǒng)行業(yè)結(jié)合，釋放傳統(tǒng)行業(yè)活力。如VR﹢文化娛樂可為用戶帶來真實(shí)的感官體驗(yàn)，VR﹢工業(yè)生產(chǎn)可提高生產(chǎn)效率并能解決生產(chǎn)困境等。5G云VR將內(nèi)容處理與計(jì)算能力置于云端，并將內(nèi)容以視頻流的方式推向用戶，大幅降低終端計(jì)算壓力，以便終端以輕量的方式運(yùn)行，同時(shí)借助5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、超低時(shí)延的特性，提供較低的消費(fèi)成本和良好的用戶體驗(yàn)。

車聯(lián)網(wǎng)向主動(dòng)安全和交通效率提升類應(yīng)用發(fā)展，將支持自動(dòng)駕駛的協(xié)同服務(wù)類應(yīng)用。信息服務(wù)類應(yīng)用已經(jīng)完全融入用戶的汽車駕駛生活當(dāng)中，包括在線導(dǎo)航擁塞提醒和多媒體下載等信息娛樂服務(wù)，以及逐步衍生出的共享出行、車輛全生命周期管理、車聯(lián)網(wǎng)保險(xiǎn)等創(chuàng)新業(yè)務(wù)。LTE-V2X等低時(shí)延、高可靠車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)的成熟，可以支持實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全預(yù)警和交通效率提升類應(yīng)用，包括前向碰撞預(yù)警、十字交叉路口碰撞預(yù)警、紅綠燈誘導(dǎo)通行和道路危險(xiǎn)事故預(yù)警等。未來，5G等技術(shù)將支持構(gòu)建“人車路云”高度協(xié)同的互聯(lián)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同控制、遠(yuǎn)程遙控操作等高級別自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)，最終支撐實(shí)現(xiàn)完全無人駕駛。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與5G的融合應(yīng)用處于探索階段。近年來，工業(yè)企業(yè)與通信設(shè)備商、運(yùn)營商等將在更大范圍內(nèi)聯(lián)合開展5G應(yīng)用創(chuàng)新試驗(yàn)，業(yè)務(wù)范圍將從生產(chǎn)輔助業(yè)務(wù)向與工業(yè)生產(chǎn)核心業(yè)務(wù)相結(jié)合的方向發(fā)展。這份藍(lán)皮書預(yù)測，一方面，受益于我國的5G宣傳普及和試驗(yàn)工作，工業(yè)企業(yè)對5G的了解及接受程度逐步增強(qiáng)，除南方電網(wǎng)、富士康等企業(yè)外，有更多工業(yè)企業(yè)開始與運(yùn)營商、設(shè)備商等開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用探索。另一方面，工業(yè)企業(yè)在5G應(yīng)用探索方面從初始階段利用5G進(jìn)行視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程維修等，向利用5G實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備控制、產(chǎn)線產(chǎn)品識別檢測等工業(yè)核心業(yè)務(wù)結(jié)合方向發(fā)展。

健康產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合創(chuàng)新的基礎(chǔ)正是移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力。目前，醫(yī)療信息化建設(shè)已經(jīng)基本完成，醫(yī)院內(nèi)部處于從有線到無線過渡的階段，醫(yī)療資源供需失衡、醫(yī)療成本高昂等現(xiàn)象有所緩解。現(xiàn)階段信息技術(shù)在真正的診斷、手術(shù)中的應(yīng)用還需要尋求突破，在管理體系、技術(shù)手段及應(yīng)用效果等方面與國外仍存在差距。5G技術(shù)與醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新融合將催生多種醫(yī)療場景。隨著5G的商用，便攜、無線化醫(yī)療設(shè)備資源將逐步走進(jìn)基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和個(gè)人家庭，應(yīng)用場景趨于個(gè)性化、專業(yè)化。從長遠(yuǎn)來看，醫(yī)療信息化標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)是無線醫(yī)療發(fā)展的著重點(diǎn)。未來，整個(gè)醫(yī)療信息服務(wù)也從無線化向遠(yuǎn)程化、智能化的方向演進(jìn)。（作者：那文）