國(guó)內(nèi)5G的技術(shù)難點(diǎn)
1 5G芯片
國(guó)外高通、英特爾等企業(yè)領(lǐng)先國(guó)內(nèi)華為、中興。在2017年世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，高通基于面向移動(dòng)終端的5G調(diào)制解調(diào)器芯片組成功實(shí)現(xiàn)全球首個(gè)正式發(fā)布5G數(shù)據(jù)連接。英特爾推出了首個(gè)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(jì)于2019年中用于5G商用客戶設(shè)備。我國(guó)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(huì)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(cè)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(huì)上，華為獲得“3GPP 5G預(yù)商用系統(tǒng)”科技成果獎(jiǎng)，但僅顯示華為在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的實(shí)力。華為發(fā)布的5G芯片組，體積比較大，并不適合于移動(dòng)終端對(duì)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(shí)力和領(lǐng)先地位。從深層次來(lái)看，國(guó)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(guó)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(guó)BAW和FBAR專(zhuān)利儲(chǔ)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(chǎng)主要集中在我國(guó)臺(tái)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(guó)面向5G，國(guó)內(nèi)芯片缺乏與軟件、整機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用、測(cè)試儀器儀表等產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)節(jié)的緊密互動(dòng)。
2 云計(jì)算軟硬件
5G 網(wǎng)絡(luò)是由大型服務(wù)器組成的云計(jì)算平臺(tái)，主要通過(guò)具有數(shù)據(jù)減緩功能的路由器和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接基站，采用宏基站能夠?qū)崿F(xiàn)云存儲(chǔ)功能，通過(guò)云計(jì)算處理時(shí)效性強(qiáng)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(shí)現(xiàn)信息通信技術(shù)的智能化。5G 的云化趨勢(shì)包括 ：基帶處理能力的云化( 云架構(gòu)的RAN， 即 C-RAN)、 采 用 移 動(dòng) 邊 緣 內(nèi) 容 與 計(jì) 算 (mobile ed gecontent and computing，MECC)、終端云化 。C-RAN 是將多個(gè)基帶處理單元（baseband unit， BBU）集中起來(lái)，通過(guò)大規(guī)模的基帶處理池為成百上千個(gè)遠(yuǎn)端射頻單元(remote radio unit，RRH)服務(wù)。 此時(shí)，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(dòng)用戶的位置上提供IT 服務(wù)環(huán)境和云計(jì)算能力，使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容部署在分布式移動(dòng)環(huán)境中，針對(duì)圖像、視頻、制圖等，將計(jì)算和存儲(chǔ)卸載到無(wú)線接入網(wǎng)，從而降低了對(duì)通信帶寬的開(kāi)銷(xiāo)，并提高了實(shí)時(shí)性。
但是，云計(jì)算的服務(wù)器、存儲(chǔ)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(guó)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(chǎng)份額；在海量存儲(chǔ)方面，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一直被EMC、三星、SK海力士、美光、東芝等國(guó)際存儲(chǔ)器巨頭所壟斷，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)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(chǎng)景中提供幾百Gibt/s甚至幾個(gè)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(zhǎng)小、相應(yīng)的天線尺寸小，偏向于采用多天線。
其次高頻信號(hào)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(duì)有較強(qiáng)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(yàn)。
第三，高頻關(guān)鍵器件的特性和成熟度對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也帶來(lái)一些新的挑戰(zhàn)。我國(guó)5G試驗(yàn)已經(jīng)規(guī)劃了26GHz和39GHz作為高頻試驗(yàn)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(wèn)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(guó)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(guó)雙方共同完成5G毫米波的關(guān)鍵技術(shù)測(cè)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(shí)速超過(guò)100公里的火車(chē)上，首度實(shí)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(hào)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個(gè)必須解決的問(wèn)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?，F(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個(gè)干擾源問(wèn)題，而在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個(gè)干擾源強(qiáng)度相近，進(jìn)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(duì)。
二是為了滿足移動(dòng)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(dòng)態(tài)部署技術(shù)成為研究重點(diǎn)，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(guó)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(yùn)維的安全問(wèn)題。5G 采用的是通用硬件臺(tái)帶來(lái)低可靠性問(wèn)題，與5G 服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等的高可靠性相互沖突，需進(jìn)一步研究如何提高在通用硬件平臺(tái)上實(shí)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(wèn)題。未來(lái)移動(dòng)接入設(shè)備( 例如智能手機(jī)) 可以臨時(shí)升級(jí)成為小基站，以擴(kuò)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(jí)上使得智能手機(jī)具有更高權(quán)限，而其他接入設(shè)備則需要通過(guò)該智能手機(jī)傳遞信息，由此可能引發(fā)信息泄露以及安全管理問(wèn)題。三是超高密度用戶接入引發(fā)的安全問(wèn)題。5G 網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)與海量用戶訪問(wèn)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(huì)接收到來(lái)自于海量用戶的安全認(rèn)證需求，這將可能面臨針對(duì)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(lái)的安全問(wèn)題。
表2 國(guó)內(nèi)技術(shù)難點(diǎn)
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