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硬件设备主要包括基带数字处理单元以及ADC/DAC/变频和射频前端等模拟器件。为了追求更高的吞吐量和更低的空口用户面时延，5G采用更短的调度周期及更快的HARQ反馈，这对5G系统和终端的基带处理能力要求更高，从而给数字基带处理芯片工艺带来更大挑战。5G支持的频段更高、载波带宽更宽、通道数更多，对模拟器件也提出了更高的要求，主要包括ADC/DAC、功放和滤波器。ADC/DAC为支持更宽的载波带宽（如1GHz），需支持更高的采样率。功放为支持4GHz以上高频段和更高的功放效率，需采用GaN材料。基站侧通道数激增，导致滤波器数量相应增加，工程上需进一步减小滤波器体积和重量，如采用陶瓷滤波器或小型化金属腔设计等有效手段。总之，模拟器件的主要挑战在于产业规模不足，新型功放器件的输出功率/效率、体积、成本、功耗以及新型滤波器的滤波性能等尚不满足5G规模商业化要求，特别是射频元器件和终端集成射频前端方面，尽管已具备一定研发和生产能力，但需要在产业规模、良品率、稳定性和性价比等方面进一步提升。至于未来的毫米波段，则无论是有源器件还是无源器件，对性能要求更高，需要业界付出更大的努力。
移动通信系统从第一代到第四代，经历了迅猛的发展，现实网络逐步形成了包含多种无线制式、频谱利用和覆盖范围的复杂现状，多种接入技术长期共存成为突出特征。在5G时代，同一运营商拥有多张不同制式网络的状况将长期存在，多制式网络将至少包括4G、5G以及WLAN。如何高效地运行和维护多张不同制式的网络、不断减少运维成本、实现节能减排、提高竞争力是每个运营商都要面临和解决的问题。面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。如何实现多接入网络的高效动态管理与协调，同时满足5G的技术指标及应用场景需求是5G多网络融合的主要技术挑战。具体包括网络架构、数据分流和连接与移动性控制三方面的挑战。
（1）网络架构的挑战 5G多网络融合架构中将包括5G、4G和WLAN等多个无线接入网和核心网。如何进行高效的架构设计，如核心网和接入网锚点的选择，同时兼顾网络改造升级的复杂度、对现网的影响等是网络架构研究需要解决的问题。
（2）数据分流的挑战 5G多网络融合中的数据分流机制要求用户面数据能够灵活高效地在不同接入网传输；最小化对各接入网络底层传输的影响；根据部署场景和性能需求进行有效的分流层级选择，如核心网、IP或PDCP分流等。
（3）连接与移动性控制的挑战 5G中包含了更多复杂的应用场景及更加多样的接入技术，同时引入了更高的移动性性能要求。与4G相比，5G网络中的连接管理和控制需要更加简化、高效、灵活。
5G承载的业务种类繁多，业务特征各不相同，对网络要求不同。业务需求的多样性给5G网络规划和设计带来了新的挑战，包括网络功能、架构、资源、路由等多方面的定制化设计挑战。5G网络将基于NFV/SDN、云原生技术实现网络虚拟化、云化部署，目前受限于容器技术标准尚未明确和产业发展尚未成熟的情况，5G网络云化部署将面临用户面转发性能待提升、安全隔离技术待完善等方面的挑战。5G网络基于服务化架构设计，通过网络功能模块化、控制和转发分离等使能技术，可以实现网络按照不同业务需求快速部署、动态的扩缩容和网络切片的全生命周期管理，包括端到端网络切片的灵活构建、业务路由的灵活调度、网络资源的灵活分配以及跨域、跨平台、跨厂家，乃至跨运营商（漫游）的端到端业务提供等，这些都给5G网络运营和管理带来新的挑战。
承载网络的高速率、低时延、灵活性需求和成本限制。5G网络带宽相对4G预计有数10倍以上的增长，导致承载网速率需求急剧增加，25/50Gbit/s高速率将部署到网络边缘，25/50Gbit/s光模块低成本实现和WDM传输是承载网的一大挑战；URLLC业务提出的毫秒级超低时延要求则需要网络架构的扁平化和MEC的引入以及站点的合理布局，微秒级超低时延性能是承载设备的另一个挑战；5G核心网云化及部分功能下沉、网络切片等需求导致5G回传网络对连接灵活性的要求更高，如何优化路由转发和控制技术，满足5G承载网路由灵活性和运维便利性需求，是承载网的第三个挑战。
与4G终端相比，面对多样化场景的需求，5G终端将沿着形态多样化与技术性能差异化方向发展。5G初期的终端产品形态以eMBB场景下手机为主，其余场景（如URLLC和mMTC）的终端规划将随着标准与产业的成熟而逐步明朗。5G的多频段大带宽接入以及高性能指标对终端实现提出了天线、射频等方面的新挑战。从网络性能角度，未来5G手机在Sub-6GHz（6GHz以下）频段可首先采用2T4R作为收发信机基本方案。天线数量增加将引起终端空间与天线效率问题，需对天线设计进行优化。对Sub-6GHz频段的射频前端器件需根据5G新需求（如高频段、大带宽、新波形、高发射功率、低功耗等）进行硬件与算法优化，进一步推动该频段射频前端产业链发展。