國內(nèi)5G的技術(shù)難點
1 5G芯片
國外高通、英特爾等企業(yè)領(lǐng)先國內(nèi)華為、中興。在2017年世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，高通基于面向移動終端的5G調(diào)制解調(diào)器芯片組成功實現(xiàn)全球首個正式發(fā)布5G數(shù)據(jù)連接。英特爾推出了首個支持5GNR的多模商用調(diào)制解調(diào)器家族——英特爾XMM8000系列。其中XMM8060為英特爾首款多模、全頻段的商用5G調(diào)制解調(diào)器，預(yù)計于2019年中用于5G商用客戶設(shè)備。我國華為、展訊等企業(yè)也相繼推出了5G芯片，但是在基帶技術(shù)上與英特爾、高通有著不小的差距。根據(jù)不久前展訊展示的芯片技術(shù)路線圖，將會在2019年底前推出基于3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)的5G基帶芯片，可以估測其技術(shù)與世界領(lǐng)先水平還有3-5年的差距。雖然在2017世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，華為獲得“3GPP 5G預(yù)商用系統(tǒng)”科技成果獎，但僅顯示華為在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的實力。華為發(fā)布的5G芯片組，體積比較大，并不適合于移動終端對尺度、功能和銜接速率的完美需求。高通X50芯片的體積和50分歐元硬幣差不多大，充分顯示其技術(shù)實力和領(lǐng)先地位。從深層次來看，國內(nèi)外芯片方面的主要差距表現(xiàn)在：
一是關(guān)鍵核心技術(shù)缺失。國外射頻芯片和器件技術(shù)已經(jīng)非常成熟，尤其是面向高頻應(yīng)用的BAW和FBAR 濾波器，我國BAW和FBAR專利儲備十分薄弱，自主研發(fā)面臨諸多壁壘。二是缺乏成熟的商用工藝支撐，整體落后世界領(lǐng)先水平兩代以上。砷化鎵、氮化鎵等化合物半導(dǎo)體代工市場主要集中在我國臺灣地區(qū)；鍺硅和絕緣硅材料工藝方面主要被格羅方德、TowerJazz等大廠掌控。三是產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同性不夠，當(dāng)前我國面向5G，國內(nèi)芯片缺乏與軟件、整機設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用、測試儀器儀表等產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)節(jié)的緊密互動。
2 云計算軟硬件
5G 網(wǎng)絡(luò)是由大型服務(wù)器組成的云計算平臺，主要通過具有數(shù)據(jù)減緩功能的路由器和交換機網(wǎng)絡(luò)來連接基站，采用宏基站能夠?qū)崿F(xiàn)云存儲功能，通過云計算處理時效性強的數(shù)據(jù)、處理多樣化的業(yè)務(wù)、產(chǎn)生功能多樣化的連接方式，全面實現(xiàn)信息通信技術(shù)的智能化。5G 的云化趨勢包括 ：基帶處理能力的云化( 云架構(gòu)的RAN， 即 C-RAN)、 采 用 移 動 邊 緣 內(nèi) 容 與 計 算 (mobile ed gecontent and computing，MECC)、終端云化 。C-RAN 是將多個基帶處理單元（baseband unit， BBU）集中起來，通過大規(guī)模的基帶處理池為成百上千個遠(yuǎn)端射頻單元(remote radio unit，RRH)服務(wù)。 此時，基帶處理能力是云化的虛擬資源。5G 將采用 MECC， 即在靠近移動用戶的位置上提供IT 服務(wù)環(huán)境和云計算能力，使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容部署在分布式移動環(huán)境中，針對圖像、視頻、制圖等，將計算和存儲卸載到無線接入網(wǎng)，從而降低了對通信帶寬的開銷，并提高了實時性。
但是，云計算的服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、云終端及虛擬化軟件、中間件、云調(diào)度、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的生產(chǎn)被國外企業(yè)VMware、EMC、OPENSTACK、IBM等掌控。在云服務(wù)方面，亞馬遜占領(lǐng)全球一半以上的市場份額；在海量存儲方面，國內(nèi)市場一直被EMC、三星、SK海力士、美光、東芝等國際存儲器巨頭所壟斷，國內(nèi)存儲器的發(fā)展一直比較緩慢。
3 毫米波高頻及高頻器件
首先5G需要在復(fù)雜應(yīng)用場景中提供幾百Gibt/s甚至幾個Gbit/s的通信能力，需要高、中、低頻協(xié)同工作，頻段高意味著波長小、相應(yīng)的天線尺寸小，偏向于采用多天線。
其次高頻信號衰落快，需要超密集組網(wǎng)，在人口密集的特大城市，將面臨城市居民的潛在阻力，并且中心城區(qū)高樓密集，對有較強方向性特征的高頻數(shù)據(jù)的遮擋不可避免，很難形成最佳用戶體驗。
第三，高頻關(guān)鍵器件的特性和成熟度對系統(tǒng)設(shè)計也帶來一些新的挑戰(zhàn)。我國5G試驗已經(jīng)規(guī)劃了26GHz和39GHz作為高頻試驗頻段，但是此前高頻段較少應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域，所以相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈配套環(huán)節(jié)并不十分成熟，其中最突出的問題就是高頻器件較為薄弱，研制大帶寬、低噪聲、高效率、高可靠性、多功能和低成本的高頻器件，仍是產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
國際上，三星公司在毫米波高頻及高頻器件方面走在了前列，早在2016年三星和我國雙方共同完成5G毫米波的關(guān)鍵技術(shù)測試。同年12月1日，三星又與日本電信巨頭KDDI Corp. 攜手，成功在時速超過100公里的火車上，首度實現(xiàn)了在5G網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度順利達(dá)到 1.7Gbps。
4 5G排除信號干擾的算法
一是現(xiàn)有的干擾協(xié)調(diào)算法已不再適用。在 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個必須解決的問題。網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有:同頻干擾，共享頻譜資源干擾，不同覆蓋層次間的干擾等。現(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個干擾源問題，而在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個干擾源強度相近，進一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使得現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法難以應(yīng)對。
二是為了滿足移動性需求，需要新的切換算法。在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署及形狀的不規(guī)則，導(dǎo)致頻繁復(fù)雜的切換。新的切換算法和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)部署技術(shù)成為研究重點，除了通信算法的傳統(tǒng)技術(shù)路徑以外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法逐漸被人們所重視，但目前的高端算法掌握在GOOGLE、FACEBOOK等國際巨頭手中。
5 5G網(wǎng)絡(luò)安全
一是5G 網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)運維的安全問題。5G 采用的是通用硬件臺帶來低可靠性問題，與5G 服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等的高可靠性相互沖突，需進一步研究如何提高在通用硬件平臺上實現(xiàn)電信協(xié)議的可靠性。二是接入設(shè)備的雙重身份引發(fā)的安全問題。未來移動接入設(shè)備( 例如智能手機) 可以臨時升級成為小基站，以擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積。但是這樣的設(shè)備角色切換，在安全層級上使得智能手機具有更高權(quán)限，而其他接入設(shè)備則需要通過該智能手機傳遞信息，由此可能引發(fā)信息泄露以及安全管理問題。三是超高密度用戶接入引發(fā)的安全問題。5G 網(wǎng)絡(luò)提供對與海量用戶訪問的支持，但是由于網(wǎng)絡(luò)中海量用戶的接入需求，服務(wù)器端可能也會接收到來自于海量用戶的安全認(rèn)證需求，這將可能面臨針對海量用戶加密方法、加密服務(wù)器性能以及新的感知網(wǎng)絡(luò)、人工智能病毒攻擊帶來的安全問題。
表2 國內(nèi)技術(shù)難點
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