世界各国的产业界、学术界以及政府部门都在发展下一代无线网络技术上投入了大量的精力。5G代表了独一无二的机会，囊括了诸多先进技术，并对无线网络的承载能力和适应性进行了大幅扩展。5G网络不是专供移动宽带之用，它应是一套高速连接多种不同设备的网络系统。

美国信息技术与创新基金会（ITIF）的本篇报告将讨论5G网络以及其在潜在部署与竞争引入方面会为通信市场带来什么。除此之外报告给出了一些政策制定的建议。

(一) 无线网络的历史发展

在讨论无线网络将向何方发展之前，我们需要理清其发展历史以及当前发展状态，从而构建一个共同的讨论基础。

1.关于分代

对移动通信演变的讨论就是将各种技术划归到不同的“代”中。第一代移动通信技术如今看来十分落后，主要关注单纯的基础语音服务，由模拟信号传输数据。第二代移动通信技术仍然只关注语音服务，但标准数字信号取代了模拟信号。第三代移动通信技术超越了单纯的语音通信，引入了数据服务、多媒体、短信息以及有限的互联网访问。直到进入第四代（4G）之后，移动通信才有了以完整互联网协议为基础的数据服务规范。当前的4G协议LTE是为移动宽带连接而设计，是当今主流通信行业标准。

到目前为止第五代通信技术（5G）尚未被定义，但可以肯定，对5G的定义绝非一份简单的标准就可以完成的。

2.当前的挑战

设计4G网络主要为解决移动宽带连接，5G则允许工程师们寻找移动互联网外更多新的用途。

5G的发展是由当今网络面临的挑战驱动的。这些挑战可以大致划分为主要满足人类的新需求还是机器用户的新需求。5G的应用场景可以划分为三类：增强移动宽带；物联网（IoT）；关键基础设施或公共安全。

1）人类用户——增强移动宽带

对于人类用户，更大的网络容量与更少的延迟是提升用户体验的关键。移动数据流量的需求将持续上升，思科的视觉网络指数预测，全球的移动数据流量在2015到2020年间将增长8倍。

移动运营商为增大数据流量、提升网络速度能采取的措施十分有限。首先是考虑信号频段，信号频段是限制无线网络容量的重要因素，但频段分配是一个漫长且困难的过程，需要国会立法、FCC授权，而且使用新的频段需要对设备进行升级，费用十分昂贵。另一个可以提升无线网络整体容量的方法是提升频段效率，但其存在边界限制，而且我们的工程师目前已经很接近这一边界。此外，频段的重新利用也曾被运营商用来提升网络容量，但这一方法同样面临巨额资金、设备投入，同样受到限制。

2）机器用户——大规模物联网

机械设备间的网络连接种类远比人类用户使用的连接种类多，这类连接通常只传输很少量的数据，但需要持续传输。随着物联网的发展，需要接入网络的设备数量急剧升高，这样的大规模物联网需要进行大量的实时通信，另外能源效率也是物联网发展面临的挑战之一，安装远离电源线路、可长时间使用的传感器需要尽可能长的电池寿命。各种物联网设备需求不一，5G网络应该能够应对不同设备，有更高适应性。

3）关键通信与公众安全

构想中5G网络的另一重要用途是关键通信，这些通信任务对网络可靠度依赖度很高，可能用来提升公众安全服务。公众安全领域将会是下一代无线网络技术的重要应用。我们已经远离公用电话的时代，移动通信设备逐渐转变为公众安全的保证途径之一。因此5G网络必须具有足够的可靠性和稳健性。

图 1 5G发展三大领域

5G还将是支持自动驾驶汽车的重要工具，预测显示，2025年无人驾驶汽车将为5G网络贡献300万客户。

3.5G目标——确立基准

为了满足以上人们所设定的5G网络用途，网络需要达到若干个基准。在网络容量方面，联合国国际电信联盟（ITU）提出的基准是，峰值下载速度达到20Gbps，每个用户都能保证有100Mbps的下载速度。网络延迟是指信息在网络系统中传输的时间，这也是5G网络关注的重点。举例来说，云应用要求网络延迟在100毫秒以内，语音呼叫要求网络延迟在150毫秒会比较流畅。如今人机实时交互的应用越来越多，这些都对5G的低延迟性提出要求。物联网也提出了特殊的要求，为保证设备的使用时间，设备的电耗应尽量低，其中自然包括通信过程中的耗电。同时，随着大量的设备接入网络，用户会要求费用仅可能节省，对运营商资费设定有下行压力。

(二) 5G关键技术

从经验看，每一次互联网技术换代都是一个设定标准的过程。当一个新的标准被确立之后，运营商需要更换新的设备，用户则需要更换新的终端手机，就像4G LTE出现时的情况，这样可以彻底与上一代通信技术划清界限。

我们向5G发展的两大趋势分别为：网络基站的高密度化，以及以软件为中心的网络带来的更高的灵活性，这主要涉及以下三方面的话题。

1.高频频段