5G是第五代通信技術(shù)，是4G之后的延伸，是對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)。其最大的變化在于5G技術(shù)是一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其服務(wù)的對(duì)象從過(guò)去的人與人通信，增加了人與物、物與物的通信。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)移動(dòng)通信的每十年會(huì)推出下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著用戶需求的持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)10年移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)面對(duì)：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，10至100倍的無(wú)線設(shè)備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間需求等等，4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這些需求，所以5G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。需求增加的最主要驅(qū)動(dòng)力有兩個(gè)：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)ITU給出的計(jì)劃，5G技術(shù)有望在2020年開(kāi)始商用。
面對(duì)5G在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能挑戰(zhàn)，天線數(shù)量需要進(jìn)一步增加，利用空分多址(SDMA)技術(shù)，可以在同一時(shí)頻資源上服務(wù)多個(gè)用戶，進(jìn)一步提高頻譜效率。硬件上，大規(guī)模天線陣列由多個(gè)天線子陣列組成，子陣列的每根天線單獨(dú)擁有移相器、功率放大器、低噪放大器等模塊。軟件層面則需要復(fù)雜的算法來(lái)管理和動(dòng)態(tài)地適應(yīng)與編碼和解碼用于多個(gè)并行信道的數(shù)據(jù)流，通常被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)FPGA。大規(guī)模天線陣列將帶來(lái)天線的升級(jí)及數(shù)量需求，同時(shí)射頻模塊(移相器、功率放大器、低噪放大器等)的需求將爆發(fā)，此外數(shù)據(jù)的增加將利好功能更加強(qiáng)大的綜合處理模塊如FPGA等等。
可以說(shuō)5G的出現(xiàn)，將會(huì)推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和終端往一個(gè)新的方向發(fā)展，創(chuàng)造一波新的價(jià)值，我們不妨來(lái)詳細(xì)了解一下。
什么是5G？
5G是第五代通信技術(shù)，是4G之后的延伸，是對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)。其最大的變化在于5G技術(shù)是一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其服務(wù)的對(duì)象從過(guò)去的人與人通信，增加了人與物、物與物的通信。
回顧移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都可以通過(guò)標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來(lái)定義，其中，1G采用頻分多址(FDMA)，只能提供模擬語(yǔ)音業(yè)務(wù)；2G主要采用時(shí)分多址(TDMA)，可提供數(shù)字語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；3G以碼分多址(CDMA)為技術(shù)特征，用戶峰值速率達(dá)到2Mbps至數(shù)十Mbps，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4G以正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達(dá)100Mbps至1Gbps，能夠支持各種移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程
5G更強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)速率，將達(dá)到Gbps量級(jí)。5G關(guān)鍵能力比以前幾代移動(dòng)通信更加豐富，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、端到端時(shí)延、峰值速率和移動(dòng)性等都將成為5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)。
然而，與以往只強(qiáng)調(diào)峰值速率的情況不同，業(yè)界普遍認(rèn)為用戶體驗(yàn)速率是5G最重要的性能指標(biāo)，它真正體現(xiàn)了用戶可獲得的真實(shí)數(shù)據(jù)速率，也是與用戶感受最密切的性能指標(biāo)。基于5G要場(chǎng)景的技術(shù)需求，5G用戶體驗(yàn)速率應(yīng)達(dá)到Gbps量級(jí)。
面對(duì)多樣化場(chǎng)景的極端差異化性能需求，5G很難像以往一樣以某種單一技術(shù)為基礎(chǔ)形成針對(duì)所有場(chǎng)景的解決方案。
此外，當(dāng)前無(wú)線技術(shù)創(chuàng)新也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)，除了新型多址技術(shù)之外，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等也被認(rèn)為是5G主要技術(shù)方向，均能夠在5G主要技術(shù)場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
綜合5G關(guān)鍵能力與核心技術(shù)，5G概念可由“標(biāo)志性能力指標(biāo)”和“一組關(guān)鍵技術(shù)”來(lái)共同定義。其中，標(biāo)志性能力指標(biāo)為“Gbps用戶體驗(yàn)速率”，一組關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
5G推進(jìn)組定義的5G概念
目前5G技術(shù)已經(jīng)確定了8大關(guān)鍵能力指標(biāo)：峰值速率達(dá)到20Gbps、用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)率達(dá)到100Mbps、頻譜效率比IMT-A提升3倍、移動(dòng)性達(dá)500公里/時(shí)、時(shí)延達(dá)到1毫秒、連接密度每平方公里達(dá)到10Tbps、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米達(dá)到10Mbps。
ITU定義的5G關(guān)鍵能力
中國(guó)5G之花概念
我國(guó)提出的5G之花概念形象的描述了5G的關(guān)鍵指標(biāo)，其提出的9項(xiàng)關(guān)鍵能力指標(biāo)中除成本效率一項(xiàng)外，其他8項(xiàng)均與ITU的官方指標(biāo)相匹配。
5G的關(guān)鍵性能挑戰(zhàn)及實(shí)現(xiàn)
從具體網(wǎng)絡(luò)功能要求上來(lái)說(shuō)，IMT-2020(5G)推進(jìn)組定義了5G的四個(gè)主要的應(yīng)用場(chǎng)景：連續(xù)廣覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時(shí)延高可靠，而這些功能的實(shí)現(xiàn)都給供應(yīng)商帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。
5G主要場(chǎng)景與關(guān)鍵性能挑戰(zhàn)
5G技術(shù)創(chuàng)新主要來(lái)源于無(wú)線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面。其需求來(lái)自于以上的關(guān)鍵性能挑戰(zhàn)。我們可以將關(guān)鍵性能分為以下三個(gè)部分：
5G關(guān)鍵性能分類
為了實(shí)現(xiàn)更高網(wǎng)絡(luò)容量，無(wú)線傳輸增加傳輸速率大體上有兩種方法，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。
提高頻譜利用率的主要的技術(shù)方式有增加基站和天線的數(shù)量，對(duì)應(yīng)5G中的關(guān)鍵技術(shù)為大規(guī)模天線陣列(MassiveMIMO)和超密集組網(wǎng)(UDN)；而提高頻譜帶寬則需要拓展5G使用頻譜的范圍，由于目前4G主要集中在2GHz以下的頻譜，未來(lái)5G將使用26GHz，甚至6-100GHz的全頻譜接入，來(lái)獲取更大的頻譜帶寬。
而對(duì)于關(guān)鍵任務(wù)要求上，尤其是毫秒級(jí)的時(shí)延要求，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了極大的挑戰(zhàn)，5G技術(shù)中將提出新型的多址技術(shù)以節(jié)省調(diào)度開(kāi)銷，同時(shí)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)更加靈活的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。
1、大規(guī)模天線陣列(MassiveMIMO)：提高頻譜效率，未來(lái)需要更多的天線及射頻模塊在現(xiàn)有多天線基礎(chǔ)上通過(guò)增加天線數(shù)可支持?jǐn)?shù)十個(gè)獨(dú)立的空間數(shù)據(jù)流，以此來(lái)增加并行傳輸用戶數(shù)目，這將數(shù)倍提升多用戶系統(tǒng)的頻譜效率，對(duì)滿足5G系統(tǒng)容量與速率需求起到重要的支撐作用。大規(guī)模天線陣列應(yīng)用于5G需解決信道測(cè)量與反饋、參考信號(hào)設(shè)計(jì)、天線陣列設(shè)計(jì)、低成本實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵問(wèn)題。
美國(guó)萊斯大學(xué)Argos大規(guī)模天線陣列原型機(jī)樣圖
大規(guī)模天線技術(shù)(MIMO)已經(jīng)在4G系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。面對(duì)5G在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能挑戰(zhàn)，天線數(shù)目的進(jìn)一步增加仍將是MIMO技術(shù)繼續(xù)演進(jìn)的重要方向。
根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，當(dāng)基站側(cè)天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶天線數(shù)時(shí)，基站到各個(gè)用戶的信道將趨于正交，在這種情況下，用戶間干擾將趨于消失。巨大的陣列增益將能夠有效提升每個(gè)用戶的信噪比，從而利用空分多址(SDMA)技術(shù)，可以在同一時(shí)頻資源上服務(wù)多個(gè)用戶。
空分多址技術(shù)(SDMA)是大規(guī)模天線陣列技術(shù)應(yīng)用的重要支撐，其基礎(chǔ)技術(shù)原理來(lái)自于波束賦形(Beamforming)，大規(guī)模天線陣列通過(guò)調(diào)整天線陣列中每個(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而帶來(lái)明顯的信號(hào)方向性增益，并與SDMA之間產(chǎn)生精密的聯(lián)系。
空分多址提高頻譜效率
大規(guī)模天線的優(yōu)勢(shì)可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：
第一：提升網(wǎng)絡(luò)容量。波束賦形的定向功能可極大提升頻譜效率，從而大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量。
第二：減少單位硬件成本。波束賦形的信號(hào)疊加增益功能使得每根天線只需以小功率發(fā)射信號(hào)，從而避免使用昂貴的大動(dòng)態(tài)范圍功率放大器，減少了硬件成本。
第三：低延時(shí)通信。大數(shù)定律造就的平坦衰落信道使得低延時(shí)通信成為可能。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)為了對(duì)抗信道的深度衰落，需要使用信道編碼和交織器，將由深度衰落引起的連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤分散到各個(gè)不同的時(shí)間段上，而這種揉雜過(guò)程導(dǎo)致接收機(jī)需完整接受所有數(shù)據(jù)才能獲得信息，造成時(shí)延。在大規(guī)模天線下，得益于大數(shù)定理而產(chǎn)生的衰落消失，信道變得良好，對(duì)抗深度衰弱的過(guò)程可以大大簡(jiǎn)化，因此時(shí)延也可以大幅降低。
第四：與毫米波技術(shù)形成互補(bǔ)。毫米波擁有豐富的帶寬，但是衰減強(qiáng)烈，而波束賦形則正好可以解決這一問(wèn)題。
波束賦形示例
大規(guī)模天線的研發(fā)和使用同樣面臨巨大的挑戰(zhàn)，從研究層面而言，物理層研究會(huì)面臨下表中的多個(gè)難點(diǎn)。而從實(shí)際部署層面而言，硬件成本是最主要的阻礙。首先隨著發(fā)射天線數(shù)目的增多，天線陣列的占用面積將大幅增加，天線群及其對(duì)應(yīng)的高性能處理器、轉(zhuǎn)換器的成本也都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)基站天線，使得大規(guī)模部署存在成本問(wèn)題；其次實(shí)際的使用中，為了平衡成本和效果，可能會(huì)采用一些低成本硬件單元替代，在木桶原理的作用下小幅降低成本可能會(huì)導(dǎo)致性能急劇下降，從而達(dá)不到預(yù)期效果。
大規(guī)模天線陣列物理層研究難點(diǎn)
相比于SISO或分集天線系統(tǒng)，大規(guī)模多天線系統(tǒng)屬于硬件、軟件密集型的。大規(guī)模多天線系統(tǒng)由多個(gè)天線子陣列組成，每個(gè)子陣列共享數(shù)模轉(zhuǎn)換、混頻器等元件，而子陣列的每根天線單獨(dú)擁有移相器、功率放大器、低噪放大器等模塊。所以隨著天線數(shù)的增加，硬件的部署成本會(huì)快速增加。
不過(guò)與此同時(shí)，多天線的增益效應(yīng)使得系統(tǒng)的容錯(cuò)能力提升，每個(gè)單元的模塊(如數(shù)模轉(zhuǎn)換、功率放大器等)的功能可以進(jìn)一步減弱。軟件層面則需要復(fù)雜的算法來(lái)管理和動(dòng)態(tài)地適應(yīng)與編碼和解碼用于多個(gè)并行信道的數(shù)據(jù)流，這就需要一個(gè)相對(duì)強(qiáng)大的處理器，通常被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)FPGA。
利用混合波束賦形技術(shù)的天線系統(tǒng)架構(gòu)圖
整體而言，未來(lái)MIMO將對(duì)天線帶來(lái)升級(jí)需求，同時(shí)射頻模塊(移相器、功率放大器、低噪放大器等)的需求將爆發(fā)，此外數(shù)據(jù)的增加將利好功能更加強(qiáng)大的綜合處理模塊，如FPGA。
2、超密集組網(wǎng)(UDN)：解決熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)容量問(wèn)題，帶來(lái)小基站千億市場(chǎng)容量
未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，熱點(diǎn)地區(qū)的用戶體驗(yàn)一直是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中存在的問(wèn)題。由于低頻段頻譜資源稀缺，僅僅依靠提升頻譜效率無(wú)法滿足移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)的需求。超密集組網(wǎng)通過(guò)增加基站部署密度，可實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用效率的巨大提升，但考慮到頻率干擾、站址資源和部署成本，超密集組網(wǎng)可在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級(jí)的容量提升，其主要應(yīng)用場(chǎng)景將在辦公室、住宅區(qū)、密集街區(qū)、校園、大型集會(huì)、體育場(chǎng)和地鐵等熱點(diǎn)地區(qū)。
超密集組網(wǎng)可以帶來(lái)可觀的容量增長(zhǎng)，但是在實(shí)際部署中，站址的獲取和成本是超密集小區(qū)需要解決的首要問(wèn)題。而隨著小區(qū)部署密度的增加，除了站址和成本的問(wèn)題之外，超密集組網(wǎng)將面臨許多新的技術(shù)挑戰(zhàn)，如干擾、移動(dòng)性、傳輸資源等。對(duì)于超密集組網(wǎng)而言，小區(qū)虛擬化技術(shù)、接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)、干擾管理和抑制是三個(gè)最重要的關(guān)鍵技術(shù)。
超密集組網(wǎng)示例
由于超密集組網(wǎng)對(duì)基站和微基站的需求加大，以及在重點(diǎn)場(chǎng)景下基站選址將面臨更大的挑戰(zhàn)，未來(lái)將利好具備較好成本控制能力及基站選址能力的廠商。
基站性能及成本對(duì)比
2020年全球小基站市場(chǎng)每年將超過(guò)6億美金，國(guó)內(nèi)小基站市場(chǎng)容量最終有望達(dá)到千億級(jí)別。根據(jù)SmallCellForum預(yù)測(cè)，全球小基站市場(chǎng)空間有望在2020年超過(guò)6億美元。截止至2016年半年報(bào)，中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通，中國(guó)電信披露今年要達(dá)到的的4G基站數(shù)分別為140萬(wàn)個(gè)、68萬(wàn)個(gè)、85萬(wàn)個(gè)。考慮聯(lián)通中報(bào)披露了與電信共享的6萬(wàn)個(gè)基站，假設(shè)年內(nèi)共享基站達(dá)到10萬(wàn)個(gè)，則中國(guó)當(dāng)前存量基站市場(chǎng)大約為283萬(wàn)個(gè)。假設(shè)未來(lái)小基站的數(shù)量能達(dá)到目前基站數(shù)量的10倍以上，即未來(lái)小基站市場(chǎng)需求達(dá)到2830萬(wàn)個(gè)，假設(shè)小基站平均價(jià)格為5000元/個(gè)，則未來(lái)小基站市場(chǎng)容量將達(dá)到千億級(jí)別。
3、全頻譜接入：擴(kuò)大頻譜寬度，未來(lái)利好射頻器件廠商，但頻譜暫未分配
相對(duì)于提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法顯得更簡(jiǎn)單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬翻倍可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率也翻倍。通過(guò)有效利用各類移動(dòng)通信頻譜(包含高低頻段、授權(quán)與非授權(quán)頻譜、對(duì)稱與非對(duì)稱頻譜、連續(xù)與非連續(xù)頻譜等)資源可以提升數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量。但問(wèn)題是，現(xiàn)在常用的6GHz以下的頻段由于其較好的信道傳播特性，目前已經(jīng)非常擁擠，6~100GHz高頻段具有更加豐富的空閑頻譜資源，可作為5G的輔助頻段，然而30GHz~100GHz頻率之間屬于毫米波的范疇，這就需要使用到毫米波技術(shù)。
頻譜使用情況
到2020年我國(guó)5G頻譜缺口近1GHz，低頻段為首選，高頻將成為補(bǔ)充。目前4G-LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下，可用頻譜帶寬只有100MHz。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬能達(dá)到1GHz-10GHz，傳輸速率也可得到巨大提升。
我國(guó)5G推進(jìn)組已完成2020年我國(guó)移動(dòng)通信頻譜需求預(yù)測(cè)，屆時(shí)移動(dòng)通信頻譜需求總量為1350～1810MHz，我國(guó)已為IMT規(guī)劃的687MHz頻譜資源均屬于5G可用頻譜資源，因此還需要新增663～1123MHz頻譜。我國(guó)無(wú)線電管理“十三五”規(guī)劃中明確為IMT-2020(5G)儲(chǔ)備不低于500MHz的頻譜資源。
在未來(lái)要支持毫米波通信，移動(dòng)系統(tǒng)和基站必須配備更新更快的應(yīng)用處理器、基帶以及射頻器件。
事實(shí)上，5G標(biāo)準(zhǔn)對(duì)射頻影響較大，需要一系列新的射頻芯片技術(shù)來(lái)支持，例如支持相控天線的毫米波技術(shù)。毫米波技術(shù)最早應(yīng)用在航空軍工領(lǐng)域，如今汽車?yán)走_(dá)、60GHzWi-Fi都已經(jīng)采用，將來(lái)5G也必然會(huì)采用。4G手機(jī)里面的數(shù)字部分包括應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器，射頻前端則包括功率放大器(PA)、射頻信號(hào)源和模擬開(kāi)關(guān)。功率放大器用于放大手機(jī)里的射頻信號(hào)，通常采用砷化鎵(GaAs)材料的異質(zhì)結(jié)型晶體管(HBT)技術(shù)制造。
未來(lái)的5G手機(jī)也要有應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器。不過(guò)與4G系統(tǒng)不同，5G手機(jī)還需要相控陣天線。
此外，由于毫米波的頻率非常高，線路的阻抗對(duì)毫米波的影響很大，所以器件的布局和布線變得異常重要。與4G手機(jī)一樣，5G手機(jī)也需要功率放大器，毫米波應(yīng)用中，功率放大器將是系統(tǒng)功耗的決定性因素。
除此之外，毫米波相比于傳統(tǒng)6GHz以下頻段還有一個(gè)特點(diǎn)就是天線的物理尺寸可以比較小。這是因?yàn)樘炀�的物理尺寸正比于波段的波長(zhǎng)，而毫米波波段的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)6GHz以下頻段，相應(yīng)的天線尺寸也比較小。因此可以方便地在移動(dòng)設(shè)備上配備毫米波的天線陣列，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線技術(shù)。
4、新型多址技術(shù)：降低信令開(kāi)銷，縮短時(shí)延
通過(guò)發(fā)送信號(hào)在空/時(shí)/頻/碼域的疊加傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)景下系統(tǒng)頻譜效率和接入能力的顯著提升。此外，新型多址技術(shù)可實(shí)現(xiàn)免調(diào)度傳輸，將顯著降低信令開(kāi)銷，縮短接入時(shí)延，節(jié)省終端功耗。目前業(yè)界提出的技術(shù)方案主要包括基于多維調(diào)制和稀疏碼擴(kuò)頻的稀疏碼分多址(SCMA)技術(shù)，基于復(fù)數(shù)多元碼及增強(qiáng)疊加編碼的多用戶共享接入(MUSA)技術(shù)，基于非正交特征圖樣的圖樣分割多址(PDMA)技術(shù)以及基于功率疊加的非正交多址(NOMA)技術(shù)。
此外，基于濾波的正交頻分復(fù)用(F-OFDM)、濾波器組多載波(FBMC)、全雙工、靈活雙工、終端直通(D2D)、多元低密度奇偶檢驗(yàn)(Q-aryLDPC)碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、極化碼等也被認(rèn)為是5G重要的潛在無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)。
5、5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)：NFV和SDN，網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放或利好第三方服務(wù)提供商
未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將包括接入云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云三個(gè)域：接入云支持多種無(wú)線制式的接入，融合集中式和分布式兩種無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)，適應(yīng)各種類型的回傳鏈路，實(shí)現(xiàn)更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無(wú)線資源管理。
5G的網(wǎng)絡(luò)控制功能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能將解耦，形成集中統(tǒng)一的控制云和靈活高效的轉(zhuǎn)發(fā)云�？刂圃茖�(shí)現(xiàn)局部和全局的會(huì)話控制、移動(dòng)性管理和服務(wù)質(zhì)量保證，并構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放接口，從而滿足業(yè)務(wù)的差異化需求并提升業(yè)務(wù)的部署效率。轉(zhuǎn)發(fā)云基于通用的硬件平臺(tái)，在控制云高效的網(wǎng)絡(luò)控制和資源調(diào)度下，實(shí)現(xiàn)海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的高可靠、低時(shí)延、均負(fù)載的高效傳輸。
5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
基于“三朵云”的新型5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的發(fā)展方向。未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)與4G相比，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將向更加扁平化的方向發(fā)展，控制和轉(zhuǎn)發(fā)將進(jìn)一步分離，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需求靈活動(dòng)態(tài)地進(jìn)行組網(wǎng)，從而使網(wǎng)絡(luò)的整體效率得到進(jìn)一步提升。5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)具備更貼近用戶需求、定制化能力進(jìn)一步提升、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)深度融合以及服務(wù)更友好等特征，其中代表性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力包括、網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算、按需重構(gòu)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、以用戶為中心的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放。
基于NFV/SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片以及網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放
其中，網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放將不僅帶來(lái)用戶的體驗(yàn)優(yōu)化，還將帶來(lái)新型的商業(yè)模式探索。5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放框架旨在實(shí)現(xiàn)面向第三方的網(wǎng)絡(luò)友好化和網(wǎng)絡(luò)管道智能化，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源配置和流量管理。4G網(wǎng)絡(luò)采用“不同功能、各自開(kāi)放”的架構(gòu)，能力開(kāi)放平臺(tái)需要維護(hù)多種協(xié)議接口，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部署難度大；5G網(wǎng)絡(luò)控制功能邏輯集中并中心部署。
能力開(kāi)放平臺(tái)間統(tǒng)一接口，可實(shí)現(xiàn)第三方對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能如移動(dòng)性、會(huì)話、QoS和計(jì)費(fèi)等功能的統(tǒng)一調(diào)用。而這一切都需要虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)支撐。實(shí)現(xiàn)5G新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)技術(shù)。
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(左)SDN+NFV下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(右)
SDN/NFV技術(shù)融合將提升5G進(jìn)一步組大網(wǎng)的能力：NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)底層物理資源虛擬化，SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的邏輯連接，進(jìn)而配置端到端業(yè)務(wù)鏈，實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。
NFV使網(wǎng)元功能與物理實(shí)體解耦，通過(guò)采用通用硬件取代專用硬件，可以方便快捷地把網(wǎng)元功能部署在網(wǎng)絡(luò)中任意位置，同時(shí)通過(guò)對(duì)通用硬件資源實(shí)現(xiàn)按需分配和動(dòng)態(tài)延伸，以達(dá)到最優(yōu)的資源利用率的目的。NFV可以滿足運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)靈活性、架設(shè)成本、可擴(kuò)展性和安全性方面的需求。
首先，NFV的特性使其可以讓網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)預(yù)配置更加靈活。而這又可以讓運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)供應(yīng)商快速地調(diào)整服務(wù)規(guī)模以便應(yīng)對(duì)客戶的不同需求。這些服務(wù)在任何符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器硬件上，通過(guò)軟件應(yīng)用來(lái)提供，而最重要的一點(diǎn)就是安全網(wǎng)關(guān)。
與購(gòu)買硬件設(shè)備不同，服務(wù)供應(yīng)商可以輕松地采用與設(shè)備相關(guān)的功能，然后將其以服務(wù)器虛擬機(jī)的形式示例。
由于網(wǎng)絡(luò)功能是在軟件總部署的，所以可以將這些功能移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)位置，而不需要安裝新的設(shè)備。這意味著運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)供應(yīng)商不需要部署很多硬件設(shè)備，而可用虛擬機(jī)來(lái)部署廉價(jià)，高容量服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施。
最重要的是，虛擬化消除了網(wǎng)絡(luò)功能和硬件之間的依賴性，運(yùn)營(yíng)商只需設(shè)一個(gè)地區(qū)代表就可以了，而不用專門搭建一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)提供支持。
隨著眾多廠商推出了商用級(jí)SDN、NFV解決方案，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正逐步落地，據(jù)SNS預(yù)計(jì)，到2020年，SDN和NFV將為服務(wù)提供商(包含有線和無(wú)線)節(jié)省320億美元的資本支出。
SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能的分離。
其核心技術(shù)OpenFlow一方面將網(wǎng)絡(luò)控制面板從數(shù)據(jù)面中分離出來(lái)，另一方面開(kāi)放可編程接口，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制及網(wǎng)絡(luò)功能的“軟件定義”，有利于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)從全局視角來(lái)感知和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的可編程化。
SDN典型架構(gòu)包含三層及兩個(gè)接口：
控制層：控制器集中管理網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備，虛擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為資源池，根據(jù)用戶不同的需求以及全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌`活動(dòng)態(tài)的分配資源。SDN控制器具有網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，負(fù)責(zé)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)：對(duì)下層，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；對(duì)上層，通過(guò)開(kāi)放接口向應(yīng)用層提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的控制能力。
物理層：物理層是硬件設(shè)備層，專注于單純的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)物理轉(zhuǎn)發(fā)，關(guān)注的是與控制層的安全通信，其處理性能一定要高，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
應(yīng)用層：應(yīng)用層通過(guò)控制層提供的編程接口對(duì)底層設(shè)備進(jìn)行編程，把網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)開(kāi)放給用戶，基于上開(kāi)發(fā)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。
南向接口：是物理設(shè)備與控制器信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ�，相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)流表項(xiàng)和控制指令都需要經(jīng)由SDN的南向接口傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備管控。
北向接口：是通過(guò)控制器向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)放的接口，目的是使得業(yè)務(wù)應(yīng)用能夠便利地調(diào)用底層的網(wǎng)絡(luò)資源和能力，其直接為業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的，其設(shè)計(jì)需要密切聯(lián)系業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，具有多樣化的特征。
SDN的三層架構(gòu)
5G背后的半導(dǎo)體商機(jī)
新一代移動(dòng)通訊5G也助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從PC、智慧型手機(jī)、平板裝置出貨量下滑的窘境中脫困。為順利搶占物聯(lián)網(wǎng)與5G移動(dòng)通訊商機(jī)，半導(dǎo)體相關(guān)廠商包括晶圓制造/代工、封裝與EDA業(yè)者，都紛紛展現(xiàn)其最新技術(shù)，如IBM領(lǐng)先推出7奈米芯片；臺(tái)積電也宣示透過(guò)最新鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)與物聯(lián)網(wǎng)大資料分析技術(shù)，期可在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)扮演重要角色。
不僅如此，在臺(tái)灣及中國(guó)大陸通訊與手機(jī)處理器芯片市場(chǎng)占有一席之地的聯(lián)發(fā)科(MediaTek)，也針對(duì)即將到來(lái)的5G市場(chǎng)，以及發(fā)展越發(fā)火熱的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)，端出新策略。
資策會(huì)產(chǎn)業(yè)情報(bào)研究所(MIC)產(chǎn)業(yè)顧問(wèn)兼主任張奇表示，2016年的臺(tái)灣市場(chǎng)景氣將較2015年來(lái)得好，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是正面消息。MIC預(yù)測(cè)的2016年10大趨勢(shì)中，所提出的「5G加速風(fēng)」，即是闡述2016年5G的技術(shù)發(fā)展，將較2015年來(lái)的積極，且可為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更多機(jī)會(huì)。
MIC看好臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)率將在2016年回穩(wěn)，預(yù)估整體產(chǎn)值將達(dá)到臺(tái)幣22，135億元，較2015年成長(zhǎng)2.4%，表現(xiàn)將相對(duì)優(yōu)于全球(來(lái)源：MIC)
張奇進(jìn)一步指出，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每人每月使用的移動(dòng)數(shù)據(jù)量已達(dá)10GB，這也是為何4G才剛開(kāi)始普及，5G技術(shù)隨即起跑的原因。5G通訊技術(shù)的加速發(fā)展可分為兩個(gè)方面，一為市場(chǎng)端的驅(qū)動(dòng)力，亦即使用者的行為改變，營(yíng)運(yùn)商須提供隨時(shí)隨地的連線和支援大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰�；低延遲、低功耗的創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，以及導(dǎo)入開(kāi)放式平臺(tái)與虛擬化功能提升營(yíng)運(yùn)商系統(tǒng)效率，都是市場(chǎng)端驅(qū)動(dòng)5G技術(shù)發(fā)展的原因。
至于產(chǎn)業(yè)端的驅(qū)動(dòng)力則包括2020年傳輸距離可傳輸數(shù)公里遠(yuǎn)的窄頻物聯(lián)網(wǎng)、6GHz的5G技術(shù)與小型基地臺(tái)雙向連網(wǎng)技術(shù)…等標(biāo)準(zhǔn)即將推出，可為物聯(lián)網(wǎng)或新一代感測(cè)與移動(dòng)裝置開(kāi)創(chuàng)更多新應(yīng)用，再加上各區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)組織都在爭(zhēng)取5G技術(shù)主導(dǎo)權(quán)，在在皆為促使5G發(fā)展更快的助力。
在物聯(lián)網(wǎng)方面，事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)與5G技術(shù)的發(fā)展可以說(shuō)是相輔相成。龐大的物聯(lián)網(wǎng)裝置需要更高速的移動(dòng)網(wǎng)路支援，才得以實(shí)現(xiàn)；而也因物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)需要進(jìn)一步提升效率與品質(zhì)，導(dǎo)致5G技術(shù)的加速前進(jìn)。
不僅如此，近幾年「紅翻天」的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用概念，已成為半導(dǎo)體、資通訊…等產(chǎn)業(yè)界的新「救贖」。因此若相關(guān)產(chǎn)品業(yè)者發(fā)展方向都積極與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步產(chǎn)生連結(jié)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)亦是如此。為因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用少量多樣、感測(cè)器需求大增、低功耗等要求，半導(dǎo)體業(yè)者也積極發(fā)展新的相關(guān)產(chǎn)品。
研究顯示，2016年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將面臨轉(zhuǎn)型及調(diào)整，物聯(lián)網(wǎng)扮演整合關(guān)鍵角色。2016年半導(dǎo)體將要面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的產(chǎn)品特色與生產(chǎn)周期影響，半導(dǎo)體廠商除須提供具備差異化的產(chǎn)品，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力外，更需借自身的差異化轉(zhuǎn)型以應(yīng)對(duì)下一波的浪潮。換句話說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)將改變產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，更將使部份廠商的產(chǎn)品價(jià)值因使用情境的不同而受到壓縮，不過(guò)卻也衍生出新的價(jià)值區(qū)塊可讓廠商有新的填補(bǔ)空間，涵蓋新策略和生產(chǎn)工具等，因此轉(zhuǎn)型與調(diào)整將是未來(lái)幾年半導(dǎo)體業(yè)的首要課題。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：通讀5G 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有新商機(jī)
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