5G：技術亮點頻出 行業融合加速
2020年是我國5G爆發式增長的一年。我國5G研發創新能力不斷增強，產業發展水平持續提升，移動通信產業已形成相對完整的產業鏈和巨大的運營市場，對經濟社會發展的支撐作用日益顯著。中國信通院數據顯示，2020年，我國國內市場5G手機累計出貨量1.63億部、上市新機型累計218款。5G與交通、醫療、教育等多領域相融合，帶來了新的發展業態，促進產業升級。
2021年將成爲我國5G發展的關鍵之年。5G將進一步升級我國信息通信基礎設施，爲經濟實現高質量發展提供有力支撐。我國5G技術有哪些熱點亮點？未來會有哪些發展趨勢？近日，中國信息與電子工程科技發展戰略研究中心集結中國工程院多位院士以及業內專家，發佈了《5G發展基本情況綜述》藍皮書，這些備受關注的問題都能從中找到答案。
5G作爲新一代移動通信技術的主要發展方向，應用場景從移動互聯網業務擴展到物聯網場景。5G與雲計算、大數據、人工智能等新一代信息技術相結合，全面構築經濟社會數字化轉型的關鍵基礎設施，與工業、農業、交通、醫療等經濟社會各行業各領域深度融合，提升信息化水平，催生新產品、新模式和新業態，促進生產方式和產業格局深刻變革，成爲數字經濟發展的強勁驅動力。
實現多項5G技術領跑
在標準領域，我國支撐5G統一國際標準按期完成。我國主推的靈活5G系統設計方案獲業界認可，5G支持多業務、多場景、低高頻部署，國內外一致認同5G靈活系統設計的思路，5G新空口支持多參數集、自包含幀結構靈活TTI設計、靈活波形等技術方案。
我國在3GPP提出的極化編碼方案成爲5G控制信道編碼方案。我國企業積極投入極化碼生成序列和可靠度等技術方案的研究和設計、性能評估和優化，推動極化碼成爲5G新空口控制信道編碼方案。同時，我國積極參與數據信道編碼LDPC方案的奇偶校驗矩陣、碼率等方案的確定。
大規模天線是提升5G系統性能的有效技術手段之一。我國在延續4G多天線技術成果的同時，積極投入5G大規模天線研究和技術積累，特別是在半開環傳輸模式、波束管理、反饋優化及增強設計等方面，形成一定的技術積累，並持續推動國際標準的確定。
我國主推5G新型網絡架構方案。5G核心網採用基於服務的網絡架構設計，新架構採用基於HTTP的接口協議，能夠針對不同業務場景快速開發定製化的網絡業務流程；輕量化的網絡服務可靈活組合與部署，實現網絡切片和邊緣計算。
在5G關鍵器件領域，我國加快體系化升級。在基帶芯片方面，5G十倍於4G的峰值速率對終端基帶芯片的並行處理設計提出更高要求，同時基帶製造工藝需要持續升級，以滿足5G高速率和低功耗的需求。在射頻方面，GaAs化合物半導體工藝、BAW濾波器製造工藝等特色工藝亟待升級。功率放大器（PA）仍將延續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、濾波和雙工等射頻器件。
大規模天線、高頻段通信等5G關鍵技術的應用將加速基站射頻器件升級。5G基站升級的重點在於大規模天線陣列技術的應用，基站射頻前端設計更加複雜，前端器件數量成倍增加。
5G中頻基站將延續4G分立器件的技術方案，採用全數字波束賦形架構，全數字化的MMO射頻收發通道多達64個，是4G的8倍，對應的各射頻收發通道的前端器件數量也需要增加數倍，其中基站的關鍵器件PA將從硅基LDMOS工藝轉向承載功率、高頻性能、效率更具優勢的氮化鎵工藝；陶瓷介質濾波器憑藉小型和高性能的優勢將成爲主流。
5G高頻基站領域目前存在多種技術路線，主流方案是基於RF CMOS/鍺硅工藝的大規模天線陣列集成，此外還有基於GAAS/GAN等分立器件的低複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，現階段業界傾向於採用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適用於發射功率較高、散熱條件較好的5G高頻基站；AP適用於發射功率較低、發熱小的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域已形成產業突破。在濾波器方面，我國已具備一定的產業基礎，以大富科技、武漢凡谷、山東精密、春興精工爲代表的國內企業已取得金屬腔體或陶瓷介質濾波器的相關技術突破，國內企業佔據基站市場約75%的份額，客戶覆蓋華爲、中興、大唐、愛立信等主流設備廠商，隨着5G基站集成化趨勢明顯，金屬腔體和陶瓷介質濾波器的小型化問題仍是國內廠商需攻克的技術難點。基站天線領域，國內廠商的技術已經達到領先水平，華爲、京信通信、虹信、國人通信等企業憑藉價格和服務優勢，已具備相當的產業實力，佔據國內運營商主要市場，並進軍全球市場。
打造更高效的“萬物互聯”
5G持續演進，將實現更高效的萬物互聯。在技術層面，3GPP正在研究如何在免許可頻譜上使用5G技術，拓展5G應用，重點研究如何滿足免許可頻譜的管理規定，實現與其他無線技術的共存。非正交技術通過多用戶疊加傳輸，可有效提升系統吞吐量和用戶容量。在網絡基礎能力提升方面，將進一步完善服務化架構，提供端到端網絡切片能力，實現網絡按需定製。此外，5G網絡將全面融合網絡數據採集與分析功能，打通終端、無線、網絡和業務的數據通道，提供大數據分析和人工智能的應用基礎平臺，進一步提高5G網絡的部署和優化效率，提升資源利用率，降低網絡的規劃、建設、優化和運維成本。
目前，低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯網場景主要依靠NBIoT和eMTC來承載，針對5G海量機器類通信的物聯網場景，3GPP將在R17版本中進行研究，重點滿足中等傳輸速率和大連接等區域覆蓋的物聯網應用需求，如工業無線傳感器等。
與垂直行業融合應用是5G時代的新命題，跨界融合將在未來很長時間持續發展。我國需要積極推動5G與雲計算、大數據、人工智能等結合，加快工業互聯網、車聯網等應用場景、業務需求和解決方案的研究，促進基於5G的新媒體、車聯網、工業互聯網等融合應用的產品研發，積極推進重點行業的應用示範，以試帶用，形成技術、標準、產業、應用的良性循環。積極推動5G與垂直行業應用的融合創新，與各行業聯盟、標準組織和龍頭企業開展全方位多層次合作，探索合作共贏的5G融合應用新模式和新業態。
雲化虛擬現實（雲VR）將成爲5G時代較搶眼的應用之一。雲VR是藉助近眼顯示、感知交互、渲染處理、網絡傳輸等技術手段，提供身臨其境的一種用戶體驗的應用。VR技術可與衆多傳統行業結合，釋放傳統行業活力。如VR﹢文化娛樂可爲用戶帶來真實的感官體驗，VR﹢工業生產可提高生產效率並能解決生產困境等。5G雲VR將內容處理與計算能力置於雲端，並將內容以視頻流的方式推向用戶，大幅降低終端計算壓力，以便終端以輕量的方式運行，同時藉助5G網絡大帶寬、超低時延的特性，提供較低的消費成本和良好的用戶體驗。
車聯網向主動安全和交通效率提升類應用發展，將支持自動駕駛的協同服務類應用。信息服務類應用已經完全融入用戶的汽車駕駛生活當中，包括在線導航擁塞提醒和多媒體下載等信息娛樂服務，以及逐步衍生出的共享出行、車輛全生命週期管理、車聯網保險等創新業務。LTE-V2X等低時延、高可靠車聯網無線通信技術的成熟，可以支持實現主動安全預警和交通效率提升類應用，包括前向碰撞預警、十字交叉路口碰撞預警、紅綠燈誘導通行和道路危險事故預警等。未來，5G等技術將支持構建“人車路雲”高度協同的互聯環境，實現車路協同控制、遠程遙控操作等高級別自動駕駛業務，最終支撐實現完全無人駕駛。
工業互聯網與5G的融合應用處於探索階段。近年來，工業企業與通信設備商、運營商等將在更大範圍內聯合開展5G應用創新試驗，業務範圍將從生產輔助業務向與工業生產核心業務相結合的方向發展。這份藍皮書預測，一方面，受益於我國的5G宣傳普及和試驗工作，工業企業對5G的瞭解及接受程度逐步增強，除南方電網、富士康等企業外，有更多工業企業開始與運營商、設備商等開展工業互聯網創新應用探索。另一方面，工業企業在5G應用探索方面從初始階段利用5G進行視頻監控、遠程維修等，向利用5G實現生產設備控制、產線產品識別檢測等工業核心業務結合方向發展。
健康產業與互聯網技術融合創新的基礎正是移動通信技術的發展動力。目前，醫療信息化建設已經基本完成，醫院內部處於從有線到無線過渡的階段，醫療資源供需失衡、醫療成本高昂等現象有所緩解。現階段信息技術在真正的診斷、手術中的應用還需要尋求突破，在管理體系、技術手段及應用效果等方面與國外仍存在差距。5G技術與醫療領域的創新融合將催生多種醫療場景。隨着5G的商用，便攜、無線化醫療設備資源將逐步走進基層醫療機構和個人家庭，應用場景趨於個性化、專業化。從長遠來看，醫療信息化標準的建設是無線醫療發展的着重點。未來，整個醫療信息服務也從無線化向遠程化、智能化的方向演進。（作者：那文）