万物互联，5G技术应用详细解析，中科院自研5G基带等关键芯

    5G是什么？

　　在3G、4G和5G等名词中，G是英文单词“generaTIon”（第x代）的缩写。因此，5G就是第五代移动通信技术。

　　在移动通信领域：

　　第一代是模拟技术；

　　第二代实现了数字化语音通信；

　　第三代是人们熟知的3g技术，以多媒体通信为特征；

　　第四代是正在铺开的4g技术，其通信速率大大提高，标志着进入无线宽带时代。

　　简单来看，5G的速度将会更快，而功耗将低于4G，从而带来一系列新的无线产品。中移动副总裁李正茂曾经发言要求5G时代的电信设备大幅度降价：“4G到5G时代，单位比特的传输成本降低了1000倍，那么我们也希望电信设备价格也降低1000倍，成本是决定运营商在数据时代能否盈利的关键。”

　　5G其实并不是全新科技

　　关于5G的两种不同观点

　　有一种观点认为，5G将会是全新技术。这个观点的代表者为华为无线网络产品线CMO杨超斌，在他看来，4G再怎么演变也不会变成5G，5G将会是一个全新技术。

　　5G不只是一次技术的更新，更是非常大的跳跃性发展、是一个变革，这也意味着网络架构必须提升，5G对网路的需求将与4G截然不同；虽然现在使用的4G LTE技术仍会不断演进，但4G再怎么演变也不会成为5G，5G将会是全新技术。

　　但大多数技术专家更倾向于以下观点：5G就是4G技术的必然演进——既要演进也要革命。

　　虽然任何一代技术发展，都不可能是上一代技术的重复，如果新一代的技术和上一代技术是一样，那还什么新一代，所以3G技术不同于2G，4G不同于3G，它的技术原理、解决问题的方式、部署的办法，实现的能力都不同，但是没有上一代技术的根基，或者说下一代没有对上一代的技术传承，实现革命性的升级也是空中楼阁。

　　5G不是横空出世个令人惊异的新技术，5G技术是现有技术的新组合，是4G技术的再演进。

　　为什么要强调“再”？因为4G LTE的后三个字母就是长期演进的意思，5G应是在4G基础上的再演进。关于技术演进的观点，科学松鼠会会员通信专业教师奥卡姆剃刀有个通俗的双驼峰理论，能很清晰解释5G仅仅是一种技术演进的观点。

　　奥卡姆剃刀的双驼峰理论

　　奥卡姆剃刀认为，一项新技术概念出现后，在业界会出现一个研究讨论的高潮，这是第一个驼峰。

　　相关的学术论文会产为热点，成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文，虽然很热闹，但这仅仅局限在学术研讨层面上，而在具体的技术实现方面还存在着很多问题，或者因成本原因而根本无法量产。

　　研究讨论高潮逐渐降温，这是第一个驼峰的下落期，接下来是低调务实的技术攻关，这个平台期可能几年也可能一二十年，当技术问题都解决后，就会迎来商家量产和投入市场的热潮，这就是第二个驼峰。

　　按照国际电信联盟关于2020年的规划，5年后就要全面进入5G了，而到现在核心技术体系还没有确立。回顾3G技术发展史，国际电信联盟于1998年6月30日接收了3G技术提案，并迎来了第一个驼峰期，直到2009年1月7日，工业和信息化部正式发放了三张3G牌照，这才进入到第二个驼峰，平台期持续了11年，特别是三张牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平台期长达15年，可刚成熟4G时代就来临了。按照“双驼峰规律”，5年后将在全球推广使用的技术，应在2010年左右就迎来第一个驼峰，而不会在2020前的两三年横空出世，然后迅速被国际电信联盟确定为全球的5G标准，这违反了一般的技术发展规律，不太可能成真。

　　没有3G、4G技术的发展就没有5G

　　实质上，在5G研究上大部分研发机构选择的道路也是如此，两条腿走路。

　　5G研发中提出两条腿走路：一方面继续推动基于4G技术的演进，一方面研发5G新技术，两者兼顾。

　　在5G时代的千倍提速要求面前，通过4G技术的演进，只有通过大幅度的加大带宽才有可能。加大带宽是起点，由此而产生的毫米波、微基站、高阶MIMO、波束赋型等都是顺理成章的技术趋势。5G时代对大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的关键技术核心也大都是基于4G网络技术延伸而来，大都能成倍提升性能。以软空口技术为例，这个技术结合Pre5G的硬件处理能力，让运营商具有了从4G到5G的平滑升级能力，4G到Pre5G这个阶段，终端不用更换，而从Pre5G到5G，基站设备也可以继续使用。

　　图：毫米波技术下的微基站。

　　明白了5G就是第五代移动通信技术的基本定义就明白是从3G、4G升级而来，自然也是一种技术的积累和演进，也可以说没有3G、4G技术的发展就没有5G的产生。5G技术的演进一方面是技术积累的必然结果，当然也要求有革命性创新才能实现演进的目标，另一方面也是人类通信需求快速提高的必然要求。

　　反过来说，之前5G迟迟没普及，一是技术达不到，二是还没有应用的需求出现。现在有了需求，才有了5G。什么需求？未来的网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10到100倍的无线设备连接，10到100倍的用户速率需求，10倍长的电池续航时间需求等等。坦白地讲，可能未来五六年4G网络或许将无法满足这些需求，所以5G就必须提前登场。

　　基于技术演进的判断，回顾我国通过3G和4G时代的艰苦奋斗，我们有理由相信我国的产业和技术的提升也为5G布局打下坚实的基础，我国从以往被动接受技术变为开始输出技术，会有机会发展成为全球5G技术、标准、产业和应用服务的领先国家之一，从跟随到引领，中国通信业有机会在5G时代学习中国高铁实现弯道超车。三大运营商、华为、大唐、中兴等中国企业对5G研发的投入由来已久，并走在世界前列。

　　 5G会改变什么？

　　我先来讲个故事：

　　清晨醒来，卧室的灯和空调自动开启。小明来到卫生间，洗脸水已自动调至适中的温度，数码牙刷记录并上传小明牙齿以及口腔的实时数据；戴上眼镜，妻子带着孩子正在上学的路上，通过眼镜片上的虚拟现实显示，孩子向小明挥手说早安。小明吃过早餐，眨了几下眼睛，汽车带着小明自动行驶在马路上，小明在车上开启了视频会议……

　　这个场景描绘熟悉吗？1998～2002年的时候，通信圈这样描绘3G；2005～2012年的时候，通信圈这样描绘4G；今天，这个描绘传承给了5G。未来，还会有6G，7G，8G，估计到9G的时候，我有可能听不到了。因为无法确保能不能活到那时候。

　　这也是典型代表着通信技术逐步演进的过程，革命性的体验都是逐步实现和完善的。实质上，5G对移动互联网的颠覆也是逐步演进的过程，它还将催生出无数新应用、新模式，产业。时速100公里的汽车，在5G网络条件下从发现障碍到启动制动系统需要移动的距离将缩短到2.8厘米。

　　五特征：“无与伦比的快”、“人多也不怕”、“什么都能通信”、“最佳体验如影随形”、“超实时、超可靠”。具体提下在用户体验方面的5个典型5G场景：

　　1、速度

　　5G将比4G快10到100倍，更快的速度也将提升网络的容量，可以容纳更多的用户在同一时间登录网络。

　　2、全景视频：移动端也能实现

　　不少人一定会对体育馆内的巨屏所吸引。但如果你能在游戏或者智能手机中获得同样的实时画面呢？你甚至可以切换镜头，即时重播，高分辨的4K视频会让你耳目一新。

　　3、自动驾驶汽车：1平方公里内可同时有100万个网络连接

　　我们目前使用的4G网络，端到端时延的极限是50毫秒左右，还很难实现远程实时控制，但如果在5G时代，端到端的时延只需要1毫秒，足以满足智能交通乃至无人驾驶的要求；现在的4G网络，并不支持这样海量的设备同时连接网络，它只支持数量不多的手机接入，而在5G时代，1平方公里内甚至可以同时有100万个网络连接，它们大多都是各种设备，获知道路环境，提供行车信息，分析实时数据、智能预测路况……通过它们，驾驶员可以不受天气影响地，真正360度无死角地了解自己与周边的车辆状况，遇到危险也可以提前预警，甚至实现无人驾驶。

　　4、互联网机器人：实时反馈医生指令

　　对医生而言，机器人在手术方面将大有可为。但是它们需要对医生发出的指令作出实时反馈。在执行复杂的命令时，正在工作的机器人更需要与医生实现无缝“沟通”。

　　5、虚拟现实：各种体感需要极速网络传输

　　当你戴上VR头盔后，你便进入了一个虚拟的世界，在这个世界，你可以与他人进行互动，游戏甚至击掌。有了5G，用户之间的相互协作将迎来新的时代。相同物理位置的两人将可以实现相互合作。各种体感功能需要极速网络传输，才能加强虚拟现实，网络天生就是管道。

　　还记得这个段子吗？去营业厅办卡，问营业员小姑娘“这4g有啥好的？”小姑娘答“大叔，2G可以看仓井空小说，3G可以看仓井空图片，4G可以看仓井空视频。”姑娘你尽说些大叔听不懂的，苍井空是谁啊？你还是快点给我办张4G卡吧！

　　这个段子实际上在3G时代就开始讲了，电信和联通的3G就可以看苍井空了，希望不要在5G时代还听到这样的段子，因为5G的快可不是看普通视频这么简单。

　　还可以这么简单理解5G的体验变化——

　　3G、4G干的都是人事（连接人）不是质变，5G干的不是人事（连接物）才是质变：在4G网络下，云端系统无法传输紧急指示让无人驾驶汽车穿过交通流；4G也达不到在远程会议中提供即时语言翻译的速度，更不必提在救死扶伤的手术之中遥控指挥手术刀——要知道，许多即时无线应用的最大延迟期不得超过1毫秒。

　　5G到底什么时候来？

　　5G推进加快

　　第一代移动通信，我国1987年部署，比世界主流晚了8年。

　　2G，1995年我国开始建设2G网络，较欧洲晚了4年。

　　2009年，中国第一个3G网络开通，比世界上第一个3G网络开通晚了8年。

　　2013年中国4G牌照发放，比全球第一个4G网络晚了约3年。

　　相信5G，中国的网络部署将会和全球同步，甚至是最先部署的国家。要知道当前，5G已经成为各国都在加紧抢占的一块科技高地。在中国的十三五年规划纲要中，已明确要加快信息网络新技术开发应用，积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术研究，启动5G商用。

　　关于5G的推进在国家发牌节奏上也明显加速：2G火了15年；3G火了6年，也凑合了：2009年中国发放3G牌照，中国移动2013年12月4日获得TD-LTE牌照率先进入4G时代，2015年2月27日，时隔一年多后，工信部公告向中国联通和中国电信颁发FDD LTE模式4G商用牌照，也就是说国家留给4G的时间最长5年而已。

　　回顾这个过程，其实中国在2015这个时点上发放FDD拍照实际上也是提前为未来5年做的布局，那时国家意识到，如果一味地给中国移动4G保护期，中国将丧失2020年5G的布局，因此通过发放FDD牌照提前将TDD和FDD向5G的演进的限制通道打开，摆脱受制于人的尴尬。只有这样，基于TDD和FDD技术完全演进基础上的5G才会利于中国运营商在未来5G的布局的选择将更加游刃有余，立于不败之地。

　　5G在中国，已经不再是一个未来时的概念，它已经成为一个进行时的现实。

　　我国的5G规划步骤如下： 2016年准备启动5G的标准研究，预计在2018年第一个版本的标准将完成，然后根据产品的成熟度，在2020年左右确定商业应用的起步时间。

　　5G来了，资费会越来越贵吗？

　　用户最关心的还是资费，5G的到来，是否会加大运营商、设备商的投入成本，进一步增高网络资费呢？ 真正5G到来的时候，它不仅仅是价格下降的问题。实际上，你可能花同样的钱能够得到以前十倍以上的服务。比如说你（花同样的钱，以前）只能打100分钟的电话，那么到5G系统，你可能就能打1000分钟的电话了。

　　真会是这样吗？是！ 实质上，通信业每次技术升级无论从2G到3G还是到4G都没有摆脱降价的命运，而且每次都能下降20%，放心吧。

　　通信的下一个风口就是5G，不仅连接速度更快，而且有望成为万物互联的基础。

　　中科院计划今年斥资3000万元，用18个月的时间，部署面向新一代移动通信的5G芯片产业化项目，以建成具有自主知识产权的5G芯片和网络关键技术创新链。

　　具体到可细化的目标上，是完成5～6款射频前端和基带芯片和网络核心技术产品化开发与应用验证。

　　该院科技促进发展局局长严庆表示，作为整个5G网络的核心技术，5G芯片必须是自己的，否则5G时代来了，仍有可能受制于人。

　　严局长指出，ADC、DAC、基带芯片等5G核心芯片有着广阔的产业需求，但面临禁运风险，由此凸显自主产品的意义。

　　值得一提的是，去年11月，3GPP确定华为中兴牵头的Polar码（极化码）为5G控制信道的编码方案，成为5G标准的关键一环。 目前在移动基带领域，高通、Intel、华为、威盛等掌握着核心技术，其中高通优势明显，“中国队”的实力仍需加强。