上一期文中我們談了談自己看好的TMT板塊，其中提到了5G，那麼從這期開始我們將簡要地介紹一下5G及其產業鏈的投資機會，本期先簡要地介紹下5G的概念、5G建設的意義及應用場景、5G標準及頻譜分配、5G的一些技術，以及5G投資規模。
進入11月以來，全球5G產業發生了一些事情，全球第一批5G牌照開始發放了。先是芬蘭率先向Telia Finland Oy、Elisa Oyj、DNA Oyj三家運營商頒發了3.5GHz頻段的5G牌照，這三家運營商計劃在明年初開始建設5G商用網絡，這也是首個歐洲國家為運營商頒發3.5GHz頻段的5G牌照，牌照將在2019年初生效。11月14日，美國也宣佈開始拍賣28GHz和24GHz頻段，共計850MHz 5G 毫米波頻譜，競標者達40家運營商，包括AT&T、T-Mobile US、Verizon三家大運營商和其他規模較小的無線運營商。據業內人士分析，美國也將陸續開始發放5G牌照，進一步地，美國很可能將明年拍賣37GHz、39GHz 和 47GHz 這三個頻段頻譜資源，並幾乎在未來 15 個月內，將5000MHz頻譜推向5G商業市場。英國也在同一天召開了5G商用策略會，正式對外公佈年內將在6個城市推出5G商用服務，2019年，新增10個城市的5G商用服務。11月15日，韓國運營商LG Uplus宣佈，正在11個主要城市部署5G商用基站設備。我國方面，預期5G牌照的發放時間已然不遠，此前中興就曾宣佈將在2019年上半年推出5G商用手機，華為也正在與臺積電合作開發7nm製程的5G 麒麟990芯片。
首先我們看下什麼是5G，根據艾瑞諮詢的說法，5G是一種通信技術，而通信技術是一套完成整的技術體系，這個技術的本質是利用了電磁破的兩個特性，一是電磁波本質是一種能量，能夠被產生和吸納，這與信息的發送和接收相匹配；二是電磁波在真空中的傳播速度為光速，能夠滿足信息傳輸的速度需求。基於這些原理第一代的移動通信系統在1986年誕生，稱為1G，因此5G就是第5代的移動通信技術。
在1G時代，移動通信技術主要解決了基本的音頻信息的傳輸問題，語音通話是其重要標誌。當時的1G網絡採用模擬信號傳輸，將介於300Hz-3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上實現傳輸，最大速率為2.4K/s。在1G時代，美國是通信標準的主宰者，摩托羅拉是當時的王者，其發明的“大哥大”手機壟斷了整個1G模擬通信時代。
從1G到2G的演進，實際上是移動通信技術從模擬到數字的轉變，除了基礎的語音業務外，收發短信是其最重要的一個標誌，且能夠支持一些低速數據業務如文字業務。當時2G網絡的關鍵技術是TDMA和CDMA，採用了時分複用的多址方式及更高階的調製方式，增大了相同帶寬下攜帶的信息量，從而提升了頻譜的利用率，最大速率為64K/s。在2G時代，歐洲實現了對美國的反超，處於領先位置，代表廠商愛立信和諾基亞率先在歐洲大陸上架設了第一個GSM網絡，並迅速擴散到全世界162個國家，使用人數超過10億、市場佔有率高達75%。相比之下，摩托羅拉的移動電話業務在全球的市場份額從1997年的50%暴跌到17%。
從2G到3G，移動通信技術的數據傳輸能力再次上了一個數量級，峰值速率可達100Mbps至1Gbps，這個速度足夠支持圖像及部分視頻數據的傳輸，並促進了手機生態系統的快速發展以及基於生態系統開發的眾多APP的誕生，手機進入智能時代。在3G時代，高通無疑是這個時代的王者，其憑藉CDMA技術讓移動通信標準的話語權重新回到了美國手中，更重要的是高通建立了堅固的CDMA核心專利壁壘，歐洲的W-CDMA也無法繞開，鉅額的專利授權收入一度佔據了高通收入的三分之一左右。同樣地，在智能手機市場，諾基亞也被蘋果打敗，巔峰時期的蘋果一度佔據全球智能手機市場超過75%的利潤。可以說3G時代的最大贏家是美國。
從3G到4G，技術的演進依然是帶來了數據傳輸速率的提升，4G時代最大的傳輸速率理論上可達到100M/s。在4G時代，美國依然處於領先地位，而歐洲則錯失了這個機會，在移動端更是節節敗退，相反我國通信行業經過多年追趕在4G時代站穩了市場，作為4G兩大標準之一的TD-LTE由我國中國移動主推，由於具有節省頻譜資源的優勢，受到國際主流運營商的認可。設備商方面，我國的華為和中興拿下了全球第一和第四的寶座，移動端市場更是湧現了華為、OV等走高端路線的智能手機廠商。可以說我國在移動通信市場，從1G和2G時代的跟隨狀態，進入到了4G時代的強勢狀態。
從4G到5G就不僅僅是提升數據速率的問題了，ITU提出了5G的八大關鍵技術指標，分別是：用戶體驗速率（0.1-1Gbps）、用戶峰值速率（20Gbps）、移動性（500公里/小時）、時延（低至1ms）、連接數密度（100萬臺設備/每平方公里）、能量效率（100倍）、頻譜效率（3倍）和流量密度（數十Tbps/每平方公里）。5G網絡採用了更多的先進技術，如Massive MIMO技術、超密集組網技術等，這些後面會有進一步地介紹。在5G時代，全球的技術標準趨於統一，我國的地位進一步加強，2016年底ITU決定由中國移動牽頭全球5G系統架構標準項目，2017年5月中國移動牽頭提出的網絡架構正式寫入5G網絡架構國際標準。設備商方面，2016年底華為等中國企業主導推出Polar碼（極化碼）方案作為5G eMBB場景的控制信道編碼方案，被確立為5G國際標準碼方案。
其次我們看下5G建設的意義，即5G的建設對我國GDP的促進作用。根據中國信通院《5G經濟社會影響白皮書》預測，2030年，5G帶動的直接產出和間接產出將分別達到6.3萬億和10.6萬億元。在直接產出方面，按照2020年5G正式商用算起，預計當年將帶動約4840億元的直接產出，2025年、2030年將分別增長到3.3萬億、6.3萬億元，十年間的年均複合增長率為29%。在間接產出方面，2020年、2025年、2030年，5G將分別帶動1.2萬億、6.3萬億和10.6萬億元，年均複合增長率為24%。
從產業結構來看，拉動產出增長的動力隨5G商用進程的深化而相繼轉換。在5G商用初期，運營商大規模開展網絡建設，5G網絡設備投資帶來的設備製造商收入將成為5G直接經濟產出的主要來源，預計2020年，網絡設備和終端設備收入合計約4500億元，佔直接經濟總產出的94%。在5G商用中期，來自用戶和其他行業的終端設備支出和電信服務支出持續增長，預計到2025年，上述兩項支出分別為1.4萬億和0.7萬億元，佔到直接經濟總產出的64%。在5G商用中後期，互聯網企業與5G相關的信息服務收入增長顯著，成為直接產出的主要來源，預計2030年，互聯網信息服務收入達到2.6萬億元，佔直接經濟總產出的42%。
從設備環節看，5G商用中後期各垂直行業將成為網絡設備支出主要力量。在5G商用初期，運營商開展5G網絡大規模建設，預計2020年，電信運營商在5G網絡設備上的投資超過2200億元，各行業在5G設備各方面的支出超過540億元。
隨著網絡部署持續完善，運營商網絡設備支出預計自2024年起將開始回落。同時隨著5G向垂直行業應用的滲透融合，各行業在5G設備上的支出將穩步增長，成為帶動相關設備製造企業收入增長的主要力量。2030年，預計各行業各領域在5G設備上的支出超過5200億元，在設備製造企業總收入中的佔比接近69%。
再其次我們看下5G的應用場景，ITU-R定義了三類5G的典型業務場景，分別是增強型移動寬帶（eMBB）、大規模機器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（uRLLC）。目前eMBB相對明確，且3GPP R15標準在2018年6月14日已經凍結，mMTC和uRLLC對網絡能力要
求較高，應用需求和商業模式仍存在不確定性，主要特性將在3GPP R16版本進行標準化。
（1）eMBB主要面向超高清視頻（8K3D視頻傳輸需要傳輸速率超過1Gbps，而4G平均只有幾百Mbps）、超高速移動上網（主要考慮在快速路、高鐵等高速移動場景下為用戶提供與低速移動場景下的一致體驗，以高鐵為例，要求在移動速度超過500km/h 時依然能夠滿足視頻/文件下載的速率需求）、超高用戶密度（主要用於提升密集住宅、體育場館、音樂廳、大型購物商城等用戶高密度分佈場景下的接入體驗，以體育賽事現場為例，即便觀眾爆滿，也應當能給每個用戶提供0.3~20Mbps的體驗速率）等大流量移動寬帶應用，其本質是5G對4G移動寬帶場景的增強，單用戶接入帶寬可與目前的固網寬帶接入達到類似量級，接入速率增長數十倍，對承載網提出超大帶寬需求。
（2）mMTC主要面向以傳感和數據採集為目標的物聯網等應用場景，具有小數據包、海量連接、更多基站間協作等特點，連接數將從億級向千億級跳躍式增長，要求承載網具備多連接通道、高精度時鐘同步、低成本、低功耗、易部署及運維等支持能力。例如環境監測這個應用場景，環境監測對傳輸時延不敏感，且傳輸速率較低，但傳感器數量較多。
（3）uRLLC主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用，要求5G無線和承載具備超低時延和高可靠等處理能力。其挑戰主要來自網絡能力，當前的網絡架構和技術在時延保證方面存在不足，需要網絡切片、低時延網絡等新技術突破，承載面臨芯片、硬件、軟件、解決方案等全面挑戰。例如遠程醫療這個場景，若想在城市與偏遠山村之間實現遠程醫療，需要在短時間內處理大量的數據，且傳輸網絡要有高可靠性。
上述三個場景並非獨立，而是相互交織的，我們舉3個例子：第一個是VR，根據華為白皮書，在VR極致體驗階段，時延在10ms以下（4G的空口時延約為10ms），帶寬需要接近1Gbps（4G的下行帶寬在100Mbps以下），而在即時交互情況（如快速轉動頭部時）帶寬需求將超過2Gbps。而在5G技術下，空口時延能達到1ms，使得端到端時延在ms級別，能滿足VR對時延的高要求。同時在室內熱點，5G的用戶體驗速率可達到1Gbps，峰值速率達數十Gbps，在帶寬上也能支持用戶VR體驗；第二個是工業互聯網，工業自動化控制需要時延大約為10ms，而4G時代時延太高，根據3GPP標準，在工業自動化場景5G能夠提供低於1ms的時延、高於99.9999%的可靠性以及每平方千米10萬個設備的連接量，能夠較好滿足工業控制需求；第三個是自動駕駛，要求傳輸時延需低至1ms，且要有超強的可靠性，而5G網絡支持更低的延時和更高的可靠性以及更大的傳輸速率，使自動駕駛的安全性大大提高。3GPP於2015年初正式啟動基於C-V2X的技術需求和標準化研究，目前已完成第一階段、第二階段C-V2X標準發佈，隨著Rel 16標準逐步推進，C-V2X標準將進一步完善。
接下來我們看下5G的標準進展和頻譜分配。移動通信技術的發展和技術升級，是以通信標準的確立為標誌的，整個產業鏈的設備器件和終端都需要圍繞著這個標準進行研發和生產，但在1G-4G時代，全球並沒有統一的標準，其本質是各國對標準話語權的爭奪，體現了各國之間的利益分歧，原因其實很簡單，一旦自己國家主張的技術專利被定位標準，專利持有者便可以根據設備的銷售量情況收取一定的專利使用費用。
在1G時代，移動通信技術為模擬蜂窩技術，採用FDMA（頻分多址）技術組建模擬蜂窩網絡，主要的蜂窩系統包括AMPS、NMT、Hicap、CDPD、Mobitex、DataTac、TACS和ETACS。 20世紀70年代末，貝爾實驗室發明了美國的第一個蜂窩電話系統，即AMPS。1983年，Ameritech公司的AMPS首次在在芝加哥部署。80年代中期，ETACS在歐洲發展了起來，ETACS和AMPS基本一致，但其每個信道的帶寬為25KHz（AMPS為30KHz）。我國於1983年規定蜂窩式移動電話系統頻段為870-889.975MHz與915-935.975MHz，頻道間隔為25KHz。1990年8月確定採用TACS制式，即頻段為890-915MHz與935-960MHz，雙工間隔頻率為45MH。
在2G時代，移動通信技術轉入數字時代，採用數字調製技術的蜂窩系統可以極大地提高系統的容量和性能，2G時代標準較多，主要包括GSM、iDEN、USDC（D-AMPS）、IS-95（CDMAOne）、PDC、CSD、PHS、GPRS、HSCSD和WiDEN等，大體上可分為GSM和CDMAOne兩種。20世紀80年末，USDC實現了可以在固定頻帶內支持更多用戶的TDMA（時分多址）系統。1982年，北歐四國向CEPT提交建議書要求訂製900MHz頻段的歐洲公共電信業務規範，建立全歐統一的蜂窩網移動通信系統，同年GSM成立，並於。1986年選定了窄帶TDMA方案。GSM蜂窩系統的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統和網絡子系統。基站子系統由基站收發臺和基站控制器組成；網絡子系統由移動交換中心、操作維護中心、原籍位置寄存器、訪問位置寄存器、鑑權中心和移動設備識別寄存器等組成。由移動臺、基站子系統和網絡子系統構成公用陸地移動通信網，該網絡由移動交換中心與公用交換電話網、綜合業務數字網和公用數據網進行互連。
TDMA是2G系統中應用最廣泛的系統，包括USDC和GSM都採用其多址接入技術，它把頻譜資源分為幾個時隙，每個時隙只允許一個用戶收發數據。用戶通過週期性地佔用時隙來佔用信道，所以一個信道可以認為是一個在每幀中重複出現的，這裡N個時隙組成一個幀。
CDMA（碼多分址）是高通推出的技術系統，美國的IS-95率先採用了CDMA，但由於不成熟，實際上並沒有投入商用。
在2G向3G演進的進程中，出現了2.5G或是2.75G的業務系統，這主要是在2G系統的基礎上提供GPRS或EDGE業務的系統。GPRS是為GSM和USDC（IS-136）移動用戶提供的以包交換為基礎的移動數據服務，為用戶提供從56Kbps到114Kbps速率的分組數據業務。EDGE也稱為EGPRS，是GPRS的擴展集，並向下兼容GPRS，EDGE可以將GSM中每時隙的總速率從22.8Kbps提高到69.2Kbps。
在3G時代，常見的技術標準主要有UMTS（W-CDMA）、CDMA2000、TD-SCDMA、FOMA、GAN/UMA、WiMax。CDMA技術實際上是SSMA（擴頻多址）的一種，SSMA通過偽噪聲信號將一個窄帶信號轉變為一個寬帶的、類似於噪聲的信號然後再傳播，主要可以分為FH和DS兩種，後者就是CDMA。FHMA和FDMA類似，每個用戶同一時刻佔用一個窄帶，只是每個FHMA用戶的頻率是在不斷切換的，這種切換是由收發端同步產生的特定PN碼決定的，它的一個重要優點在於頻率的跳躍為加密提供了一道天然屏障，藍牙就是採用FHMA作為一種高電源效率和低成本的實現方式。CDMA和FHMA的區別在於窄帶信號被擴頻到一個非常寬的頻域上，這個信號稱為擴頻信號，擴頻信號的速率比數據速率大好幾個數量級，它使得每個用戶所傳輸的都是偽隨機碼字，且大致上與其它所有碼字都是正交的，接收器進行一次時間相關運算來判定想要的接收信號，為了接收信號，接收器需要知道發送器使用的本地地址碼，因此每個CDMA用戶都是獨立的。
不同於1G和2G時代的標準均由歐美國家主導制定而我國沒有任何話語權的窘境，作為3G標準之一的TD-SCDMA由我國大唐電信主導制定，但受到傳輸速率低的限制，市場侷限在國內。
在4G時代，全球技術標準主要包括TDD-LTE和FDD-LTE，TDD發射和接收信號是在同一頻率信道的不同時隙中進行的，FDD則採用兩個獨立的信道分別向下和向上傳送信息，其中TDD的標準由我國的中國移動主導。由於技術原來不同，二者在不同的應用場景各有優劣，例如在高速場景和廣域覆蓋場景下，FDD更有優勢，類似於雙車道概念，來往汽車在不同車道互不干擾，因此速度快於TDD。在非對稱業務以及頻譜資源節約方面，TDD更優，這是因為日常的移動應用大都表現為非對稱業務，即下行流量超過上行流量，TDD由於能對發送和接收時段的長短比例進行靈活控制，因此可以滿足持續擴大的數據業務需求，同時TDD無須使用成對收發頻率，因而可充分利用有限的無線電頻譜資源。
進入5G時代，全球標準將區域統一，TDD有望取代FDD成為主流模式。原因一是5G的高頻段大帶寬特性，TDD無須成對頻譜，因而其節約頻譜資源的優勢凸顯。原因二是4:1，6:1或甚至10:1的下行鏈路到上行鏈路的不對稱現象越來越多，TDD可以靈活對下行鏈路/上行鏈路進行時隙配比，滿足大流量的下載需求。原因三是5G採用了Massive MIMO技術，依賴於TDD的上下行鏈路的信道互易性，基站可以快速而準確地獲得下行鏈路信道狀態信息基於上行鏈路信道估計，大規模天線Massive MIMO正是利用這一點增強了下行鏈路傳輸容量，同時最小化干擾，從而可以帶來數倍的傳輸效率的提升。根據2018年世界移動通信大會（MWC）的展示情況，凡是已發佈5G頻率計劃的國家，幾乎全部採用TDD標準。
就標準凍結進度來看， 5G技術標準主要由Release 15（Phase 1）和Release 16（Phase 2）確立完成，其中Release 15分為非獨立組網NSA和獨立組網SA兩個階段。目前非獨立組網標準已於2017年12月凍結，獨立組網標準預於2018年6月凍結，下一步，3GPP還將繼續完善R15標準，並計劃於2019年底發佈R16標準。
就頻譜分配方面，業內通常認為5G部署頻率包括三部分：6GHz以下新分配頻率方面，6GHz以下已分配頻率重耕以及6GHz以上新分配頻率。6GHz以下部分，工信部明確規劃3.3GHz-3.6GHz和4.8GHZ-5.0GHz頻段作為5G系統的工作頻段，其中3.3GHZ-3.4GHz頻段原則上限室內使用；6GHz以下已分配頻率方面，我國目前已分配應用移動通信的頻率均在2.6GHz及以下，在原有2G/3G實施大規模退網以後有可能將部分頻率重耕為5G頻率；6GHz以上新分配頻率方面：集中在24.75-27.5GHz。
接下來我們看下5G中應用到的一些主要技術，主要包括無線空口技術、網絡架構與組網技術等。先看無線空口技術，具體又包括大規模天線技術、新波形F-OFDM技術、新型多址技術SCMA、新編碼技術Polar Code等。
1）大規模天線技術（Massive MIMO）。MIMO技術即多輸入多輸出技術，是由貝爾實驗室於90年代提出並在3G時代開始應用的一種天線系統的基礎技術，該技術在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，信號可以通過發射端與接收端的多個天線進行發送和接受，這種技術能夠充分利用空間資源，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下提升系統信道容量和信號覆蓋範圍。2010年，貝爾實驗室繼續提出了Massive MIMO的技術概念，該技術是指在基站端配置遠多於現有系統中天線數若干數量級的大規模天線陣列來同時服務於多個用戶。在Massive MIMO系統中，基站端裝備大規模天線陣列，利用多根天線形成的空間自由度及有效的多徑分量，可以提高系統的頻譜利用效率。與MIMO相比，Massive MIMO有三大優勢，1）能深度挖掘空間維度資源，使得基站覆蓋範圍內的多個用戶在同一時頻資源上利用Massive MIMO提供的空間自由度與基站進行通信，提升頻譜資源在多個用戶之間的複用能力，從而在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率。2）MassiveMimo實現了3D波束賦形（波束賦形是傳感器陣列天線的波形處理技術，該技術使得某些角度的信號獲得相長干涉，而另一些角度的信號獲得相消干涉，從而實現某個特定方向的信號增益，對其他方向信號進行抑制。波束賦形實現了不同用戶間信號的空間隔離，克服了路徑損耗），集中輻射於更小的空間區域內，從而使基站與用戶設備減的射頻傳輸鏈路上的能量效率更高，減少基站發射功率損耗。3）Massive MIMO具有更好的魯棒特性。由於天線數目遠大於用戶設備數目，系統具有很高的空間自由度和很強的抗干擾能力。
2）新波形F-OFDM技術。OFDM是一種正交的多載波複用方式，其原理是把高速的數據流通過串並變換後形成並行的低速數據流，然後用正交的子載波對低速數據流進行調製。在4G時代，OFDM較好的解決了碼間串擾問題，但其最主要問題就是不夠靈活。F-OFDM（子帶濾波的正交頻分複用）是由華為提出的一種5G新空口多載波波形調製技術，它通過子帶濾波器組把整個系統帶寬劃分為多條子帶，每條子帶可以根據實際應用場景靈活配置波形參數。F-OFDM不僅繼承了OFDM的優點，而且克服了OFDM帶外洩漏比較高、波形參數不夠靈活和異步信號傳輸性能差的缺點。
3）新多址技術SCMA。從通信容量來看，香農極限決定了單信道的容量，要提升通信容量，只能拓寬頻譜資源或者進一步提升信噪比。由於頻譜資源是有限的，因此在考慮拓寬頻譜資源的同時，通信產業內也在想方設法提升單位頻譜上的通信能力，也就是頻譜效率。而頻譜效率的提升需要靠提高信噪比，頻譜效率需要對信噪比取對數，就意味著為了提升頻譜效率而在信噪比上的投入很大，同時信噪比的提升是通過提高信號功率或者降低噪聲來實現，而噪聲是無法消除的，所以信噪比本身也難以無限提升。多址技術可以在頻譜資源稀缺但需求急劇增加的供需矛盾下支持更多用戶同時連接，降低實現複雜度和時延，在提升頻譜效率的同時能夠有效降低終端能耗。從前幾代通信技術演化歷史來看，代際之間的革新幾乎能以多址接入技術為主線，例如從2G的時分多址TDMA、3G的碼分多址CDMA，到4G的正交頻分多址OFDMA。為了突破香農極限，5G將引入空分多址SCMA技術，用以提升過去單位頻率和時間基礎上的信道容量，以此來實現頻譜效率的提升。SCMA 技術是在傳統的TDMA、CDMA和OFDMA的正交多址接入技術的基礎上引入了非正交的大維度擴展的稀疏函數序列而構成的，SCMA 在繼承和保持OFDMA 多徑寬帶系統的實現優勢以及資源靈活應用發送模式靈活應用的前提下，把CDMA 的優勢和思想通過稀疏碼設計融入進來。相比OFDMA，在同樣的資源數下SCMA能接入更多的用戶數據流。相比於OFDM 與CDMA 的簡單疊加，通過稀疏碼本的設計，以及接收端低複雜度檢測器的設計，規避系統均衡實現複雜的弊端，使得其應用成為可能。同時，通過稀疏碼本的優化設計，可以進一步提升分集和成型增益，進而提升鏈路層傳輸可靠性。
4）新的信道編碼技術。信道編碼又稱差錯控制編碼，在發送端對原數據添加與之相關的冗餘信息，用於在接收端根據相關性檢測和糾正傳輸過程產生的錯誤，從而在香農信道容量極限範圍內提升信息傳輸的可靠性。自從Shannon提出信道編碼定理以來，編碼研究者一直尋找性能儘可能接近Shannon極限，複雜度較低且容易實現的信道編碼方案，而polar code和 LDPC碼就是研究者們追尋的編碼方案。LDPC碼描述簡單，具有較大的靈活性和較低的差錯平底特性，可實現並行操作，譯碼複雜度低，適合硬件實現，吞吐量大，極具高速譯碼的潛力。信道極化概念則是最初於2007年由土耳其比爾肯大學教授Erdal Arikan首次提出，基於該理論他給出了人類已知的第一種能夠被嚴格證明達到香農極限的信道編碼方法，並命名為極化碼（Polar Code）。Polar碼具有明確而簡單的編碼和譯碼算法。通過信道編碼學者的不斷努力，當前Polar碼所能達到的糾錯性能超過目前廣泛使用的Turbo碼和LDPC碼。Polar碼的優點主要如下：首先相比Turbo碼更高的增益，在相同的誤碼率前提下，實測Polar碼對信噪比的要求要比Turbo碼低0.5～1.2dB，更高的編碼效率等同於頻譜效率的提升；其次，Polar碼得益於漢明距離和SC算法設計的好，因此沒有誤碼平層，可靠性相比Turbo碼大大提升（Turbo碼採用的是次優譯碼算法，所以有誤碼平層），對於未來5G超高可靠性需求的業務應用（例如遠程實時操控和無人駕駛等），能真正實現99.999%的可靠性，解決垂直行業可靠性的難題；第三，Polar Code的譯碼採用了基於SC的方案，因此譯碼複雜度也大大降低，這樣終端的功耗就大大降低了，在相同譯碼複雜度情況下相比Turbo碼可以降低功耗20多倍，對於功耗十分敏感的物聯網傳感器而言，可以大大延長電池壽命。此前華為的Polar Code是一個5G短碼塊的信道編碼方案，其在2016年11月14日到18日期間美國Reno舉行的3GPP RAN1 #87會議中戰勝了美國的LDPC方案和法國的Turbo2.0方案，成為了5G控制信道eMBB場景編碼最終方案，而LDPC碼則作為數據信道的編碼方案。
再看網路及架構和組網技術，5G時代的接入網將採用入超密集組網技術，核心網架構將更為扁平化。
1）超密集組網技術。超密集組網技術是通過更加密集化的無線網絡基礎設施部署，在局部熱點區域實現百倍量級的系統容量提升，要點在於通過小基站加密部署提升空間複用，成為解決5G網絡數據流量1 000倍以及用戶體驗速率10～100倍提升的有效解決方案。但這項技術在實際應用中也遇到了一些問題，在超密集組網場景下，低功率基站較小的覆蓋範圍會導致具有較高移動速度的終端用戶遭受頻繁切換，從容降低了用戶體驗速率。雖然超密集組網通過降低基站與終端用戶間的路徑損耗提升了網絡吞吐量，在增大有效接收信號的同時也提升了干擾信號，即超密集組網降低了熱噪聲對無線網絡系統容量的影響，使其成為一個干擾受限系統。
2）C-RAN無線接入網架構。4G時代開始出現集中化無線接入C-RAN，即RRU位置無限接近於天線，BBU遷移並集中佈置在中心機房形成BBU基帶池，兩者之間通過前傳光纖網絡連接。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區域，甚至上百平方公里的無線接入系統。進入5G時代，3GPP標準化組織提出了面向5G的無線接入網功能重構方案，引入CU-DU架構，在此架構下，5G的BBU基帶部分拆分成CU和DU兩個邏輯網元，而射頻單元以及部分基帶物理層底層功能與天線構成AAU。由3GPP確定了的CU-DU劃分方案顯示PDCP層及以上的無線協議功能由CU實現，PDCP以下的無線協議功能由DU實現。CU將集中部署在中心機房，負責處理非實時無線高層協議棧功能，DU則作為微蜂窩基站進行密集部署，負責處理物理層功能及實時需求。
3）SDN/NFV。軟件定義網絡是一種新興的、控制與轉發分離並直接可編程的網絡架構，其核心是將傳統網絡設備緊耦合的網絡架構解耦成應用、控制、轉發三層分離的架構，並通過標準化實現網絡的集中管控和網絡應用的可編程性。NFV的主要設計理念是硬件採用統一的工業化標準服務器，通過在服務器上部署虛擬資源層實現對底層硬件資源的調用，而各種網元軟件功能則運行在標準的服務器虛擬化軟件上，從而達到對資源的靈活共享和調配，提高資源利用率，是運營商對SDN思想在特定場景下的應用實例。在5G網絡架構中，未來電信網劃分為3朵雲，分別是無線接入雲（支持接入控制和承載分離、接入資源的協同管理，滿足未來多種的不熟場景，實現基站的即插即用）、控制雲（實現網絡控制功能集中，網元功能具備虛擬化、軟件化以及重構性，支持第三方的網絡能力開發）和轉發雲（將控制功能剝離，轉發的功能靠近各個基站，將不同的業務能力與轉發能力融合）。在上述5G網絡架構中SDN技術是連接控制雲和轉發雲的關鍵，NFV將轉發雲中的轉發設備和多個控制雲中的網元用通用設備來替代，從而節省成本。具體看，NFV主要負責網絡功能的軟件化和虛擬化，並保持功能不變，軟件化是基於雲計算平臺的基礎設備，虛擬化的目的是充分利用IT設備資源的低成和靈活性，但同時並非所有的網絡功能都是需要被虛擬化。SDN技術追求的是網絡控制和承載的分離，將傳統分佈式路由計算變成集中計算、流標下發的方式，在網絡抽象層面上，將基於分組的轉發粒度轉化為基於流的轉發粒度，同時根據策略進行業務流處理。
4）多接入邊緣計算技術。MEC通過將計算存儲能力與業務服務能力向網絡邊緣遷移，使應用、服務和內容可以實現本地化、近距離、分佈式部署，從而一定程度解決了5G eMBB、URLLC、以及mMTC等技術場景的業務需求。同時MEC通過充分挖掘網絡數據和信息，實現網絡上下文信息的感知和分析，並開放給第三方業務應用，有效提升了網絡的智能化水平，促進網絡和業務的深度融合。
5）網絡切片技術。網絡切片是端到端的邏輯子網，涉及核心網絡（控制平面和用戶平面）、無線接入網、IP承載網和傳送網，需要多領域的協同配合。不同的網絡切片之間可共享資源也可以相互隔離。網絡切片的核心網控制平面採用服務化的架構部署，用戶面根據業務對轉發性能的要求，綜合採用軟件轉發加速、硬件加速等技術實現用戶面部署靈活性和處理性能的平衡；在保證頻譜效率、系統容量、網絡質量等關鍵指標不受影響的情況下，無線網絡切片應重點關注空口時頻資源的利用效率，採用靈活的幀結構、QoS區分等多種技術結合的方式實現無線資源的智能調度，並通過靈活的無線網絡參數重配置功能，實現差異化的切片功能。3GPP定義的網絡切片管理功能包括通信業務管理、網絡切片管理、網絡切片子網管理。其中通信業務管理功能實現業務需求到網絡切片需求的映射；網絡切片管理功能實現切片的編排管理，並將整個網絡切片的SLA分解為不同切片子網（如核心網切片子網、無線網切片子網和承載網切片子網）的SLA；網絡切片子網管理功能實現將SLA映射為網絡服務實例和配置要求，並將指令下達給MANO，通過MANO進行網絡資源編排，對於承載網絡的資源調度將通過與承載網絡管理系統的協同來實現。
最後我們再看一下5G的投資規模及階段。目前來看，綜合參考各個研究機構對5G時期總體的投資規模數據，我們取其平均值在1.2-1.3萬億之間，較4G時代的8500億提升50%左右，其中通信網絡設備的投資佔比最大，約佔40%，基站射頻部分約佔13%，光纖光纜+光模塊約佔8%。從投資階段來看，2020-2023年應是我國5G投資的高峰期，主高峰集中在2021和2022這兩年，前期以Sub-6GHz網為主，主要應用場景為eMBB，後期將以毫米波網絡為主，主要場景是mMtc和uRLLc。
本期《5G-破曉》中我們簡要地介紹了一些5G的基本情況，從下期《5G-炎晝》系列開始我們將逐步介紹5G時代基站射頻、光通信以及移動端的一些變革和投資機會。
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