下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
从20世纪70年代移动电话系统诞生至今，移动通信网络经历了多次重要变革，对人类的生产和生活产生了深远影响。回顾移动通信网络的发展史，分析其时代背景、商业驱动和技术驱动，对预测未来通信网络的发展走向和技术趋势具有重要意义。本章将介绍移动通信网络发展的几个重要阶段，并分析其中的关键因素和演变规律，为未来的技术发展提供借鉴。
20世纪80年代到90年代是一个充满变革和创新的时代，经济全球化的趋势开始显现，促进了贸易、投资、金融和技术领域的融合和发展。随着资本在全球范围内新一轮的扩张，世界各国的经济合作进一步加深，世界各地的联系愈发紧密。在上述背景下，人与人的交流和联系需要更加紧密、及时、无处不在。快速、便捷、清晰的语音通话成为这个时代对通信网络的重要诉求。
第一代移动通信系统在覆盖、容量和语音质量上不能满足这些需求。首先，没有统一的移动通信标准，各个国家（地区）各自为营，难以接续使用或者互联互通。其次，1G采用频分多址（FDMA）技术，用户之间及不同基站之间需要采用不同的频率资源提供服务，无法满足经济快速发展和全球化用户快速增长的需求。最后，模拟信号系统易受干扰影响，且干扰带来的信号失真和噪声会随传输距离增加而叠加，影响语音体验。这些因素结合相关进步的技术促进了新一代移动通信网络的出现和发展。
移动通信网络采用蜂窝技术后，手机端的发射功率降低，加上数字电路技术的采用使得手机小型化、轻量化，从需要车载到可以手持，使用更加方便，用户的购买意愿增强，移动用户数增加。时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术的出现，使得不同用户可以采用不同的时间片段或不同的码片提高资源利用率，相较于FDMA，系统的用户容量大大提升。全球化的无线通信技术标准首次出现，使得更大范围内的用户实现互联互通、无缝移动。
1987年，全球移动通信系统（GSM）的技术规范出现，它是首个具有区域乃至全球属性的移动通信网络技术标准。GSM采用的TDMA和数字信号处理技术为容量问题和语音质量问题提供了良好的解决方案。1991年年底，GSM在芬兰首次部署。直至今天，GSM为全球几十亿用户提供基础语音服务。几十年里，GSM标准也经历了通用分组无线服务（GPRS）和增强型数据速率GSM演进技术（EDGE）两次演进，实现了从语音服务到新兴数据服务的支持，为向3G平稳过渡奠定了基础。除GSM标准外，CDMA技术在北美也被标准化，成为2G标准的一种，服务于全球很多国家和地区。
从20世纪90年代到21世纪初，中国加入世界贸易组织（WTO），发展中国家成为新兴经济体，全球经济迅速增长，各种文化之间的交流和融合日益频繁。在快速、便捷、清晰的语音通话基础上，随时随地可以享受互联网络的便利成为这个时代对通信网络的进一步诉求。
随着计算机和数字技术的快速发展，多媒体技术进入数字化阶段。数字音频、视频的处理和存储变得更加容易，激光唱片（CD）、数字通用光盘（DVD）和数字电视等的出现使得多媒体内容的交付和传输更加方便，数码相机取代了传统相机，人们对提升交流体验的诉求拉动了网络业务从单一语音向文本、图像、音频、视频方向发展。2G标准虽然衍生出GPRS和EDGE两个新的版本，但171～384kbit/s的峰值速率既难以承载图片，又不能承载音视频。随着互联网的兴起，多媒体技术进入网络化阶段。流媒体技术的出现使得音频和视频可以实时传输和播放，互联网上出现了大量的多媒体内容和平台。
1989年，英国科学家蒂姆·伯纳斯·李发明了万维网，这是一种基于超文本的信息系统。万维网的出现使得互联网更加易用和普及，促进了全球范围内的信息共享和交流。1998年12月，第三代合作伙伴计划（3GPP）作为全球范围的移动通信标准化组织正式成立，目标是制定3G的技术规范和技术报告，实现人与人之间真正的全球漫游和无处不在的信息传递交换。
CDMA2000：1998年，第一个3G标准CDMA2000诞生。该标准介绍的是CDMA技术，该技术可以在同一频段上同时传输多个用户的信号，从而提高网络容量、扩大覆盖范围。2002年，CDMA2000正式开始商用，这标志着全球3G商用迈出了第一步。在之后的几年里，CDMA2000成为全球3G网络的主要标准之一。
宽带码分多址（WCDMA）：2000年，日本电信公司NTT DoCoMo推出第一个真正商用的3G网络WCDMA，它采用分组技术和高速数据传输技术，可以提供更快的数据传输速率和更好的网络性能。2006年，高速下行链路分组接入（HSDPA）技术被引入3G网络，它可以将数据传输速率提高到14Mbit/s，这是3G网络发展的一个重要里程碑。2008年，高速分组接入增强（HSPA+）技术和CDMA的仅数据演进（EV-DO）Rev.B技术推出，分别将3G网络的速率提升到21Mbit/s和14.7Mbit/s。这使得3G网络的速率更接近4G移动通信技术的速率，延长了3G网络的服务周期。
时分同步码分多路访问（TD-SCDMA）：它是由我国提出的采用时分双工方式和智能天线技术的移动通信系统，于2000年5月被国际电信联盟（ITU）批准为3G国际标准。2001年3月，TD-SCDMA标准被3GPP正式接纳。2009年1月，TD-SCDMA标准在我国成功实现商用。
21世纪初，世界经济虽然遭遇美国互联网泡沫破灭和金融海啸两场危机的惊涛骇浪，但总体保持增长。甚至正是互联网泡沫时期在越洋光缆等互联网基础设施领域进行的投资，为危机过后全球化进一步发展奠定了坚实的基础。全球生产总值增加，国际贸易扩大，国际产业分工合作不断深化，世界经济总量飞速增长，全球化和区域化也在不断向纵深发展。由于科学技术，特别是通信技术的突飞猛进，自20世纪80年代开始的新一轮全球化趋势明显提速，以不可阻挡之势，将更多的人、更大的市场、更丰富的资源纳入全球经济体系。全人类创造的财富增多，各国间经济交往频繁，多数人的生活水平提高，移动互联网络和多媒体技术得到快速发展。提供大带宽、低时延的服务成为这个时代对通信网络的首要诉求。
自从采用GSM和CDMA标准的2G网络在全球部署以来，伴随着经济发展、全球化的加深及手持终端的价格下降，移动网络用户数屡屡刷新纪录，全球手机用户统计如图1-1所示。2007年苹果公司推出第一款iPhone，引领了智能手机的革命。苹果公司通过整合手机、互联网和消费电子产品的功能，改变了人们的生活方式，吸引了大量用户。其他厂商也纷纷跟上，推出类似的智能手机，进一步推动了手机用户数的增长。移动网络技术的升级和普及也为用户提供了更好的使用体验，促进了业务数据量的增长。终端数量和业务数据量的快速增长对网络容量提出了更高要求。
图1-1 全球手机用户统计
20世纪70年代，正交频分复用（OFDM）技术被贝尔实验室通过引入保护间隔进行改良后，使得受多径传播影响的传输信道的多个相互紧密重叠正交的子载波能保持更好的正交性，从而实现了频谱利用率远高于其他技术的并行的数据传输效率。多输入多输出（MIMO）系统从20世纪90年代末到21世纪初，思科和贝尔实验室分别建立了自己的原型系统并测试后，电气电子工程师学会（IEEE）和3GPP分别引入MIMO技术，使得单位频谱效率成倍提升，为用户容量的扩大奠定了又一基础。
2008年年底，第一个4G长期演进技术（LTE）版本R8发布，全球移动通信网络多制式技术标准首次得以统一。2009年年初，全球首个LTE商用网络在挪威部署，峰值速率达到173Mbit/s，是3G峰值速率的几十倍，完全能够胜任音频、高清图像乃至高清视频的传输。移动通信网络又一次迈向了快速发展道路。如今4G已经成为移动通信网络的中坚力量，仅我国就已建成600万个4G基站，占世界4G基站总数的一半以上。这一时期的集成电路主流制造工艺从40nm下降到14nm，带有各种加速器的SoC芯片逐步成为基站处理的主流处理器，在使基站处理能力大大提升的同时，也使基站的功耗和成本降低。
进入21世纪，全球通信网络迎来了前所未有的机遇与挑战。从1G模拟通信到4G高速数据传输，人与人之间的通信已逐渐趋于成熟。然而，随着智能设备和物联网（IoT）的迅猛发展，人与物、物与物的通信需求日益增长。智能家居、自动驾驶、远程医疗和工业自动化等新兴应用场景，对网络低时延、高可靠性、大规模连接能力提出了更高要求。5G通信系统应运而生，它通过增强移动宽带（EMBB）、超高可靠低时延通信（URLLC）和大规模机器类通信（MMTC），满足了多样化和高标准的通信需求，标志着从传统的“人与人”通信时代迈向“万物互联”的新时代。
随着移动互联网与物联网的快速发展，人们对高速率、低时延、大连接的需求不断增长，5G网络将满足这些需求，成为支撑未来数字社会的重要基础。从4G网络发展经验来看，借助新一代系统部署的机遇，通信企业可以抢占市场先机，通过提供创新服务和解决方案来改变市场格局。5G网络的发展将进一步提升通信行业的技术水平，促进新的商业模式和应用的诞生，从而引领全球商业机遇的发展。对于消费者而言，5G网络将带来更加丰富和便捷的通信服务体验。同时，行业市场也迫切需要引入高速无线网络进行数字化改造，5G网络的应用将有助于提高生产效率和管理效率，特别是在智能制造、远程医疗和智慧城市等领域。
大规模MIMO技术、非正交多址技术、全双工技术、集成电路和新器件的成熟为5G网络的构建奠定了基础。大规模MIMO技术通过在基站上使用几十根甚至上百根天线，形成指向性强的窄波束，有利于提高增益、降低干扰，从而提高频谱效率。采用非正交多址技术，如非正交多址接入（NOMA）技术、多用户共享接入（MUSA）技术等，进一步扩大了系统容量。全双工技术通过多重干扰消除实现信息同时同频双向传输，有望成倍提升无线网络容量。这一时期的集成电路主流制造工艺从14nm下降到7nm、5nm，并进一步向3nm、2nm迈进，为更高集成度、更强算力、更低功耗的芯片提供了工程基础。随着基站侧业务的多样化，人们对低时延大带宽业务的需求日益增加，推动了边缘计算的发展，并进一步向基站、终端等网络末梢延伸。为了满足基站等移动网络设备对高算力的需求，图形处理单元（GPU）和AI芯片等专用芯片被逐步引入，以提供必要的算力支持。
2017年12月21日，在3GPP无线电接入网（RAN）第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。此后5G产业链逐步成熟，网络建设逐步扩展深入。截至2024年4月底，我国累计建成开通5G基站374.8万个，5G行业专网超3万个。据工业和信息化部统计，我国已建成全球规模最大、技术领先的5G网络。此外，5G还在行业应用领域得到了拓展，发展模式向创新驱动转变。《5G全连接工厂建设指南》指出，“十四五”时期，主要面向原材料、装备、消费品、电子等制造业各行业及采矿、港口、电力等重点行业领域，推动万家企业开展5G全连接工厂建设，建成1000个分类分级、特色鲜明的工厂，打造100个标杆工厂。2023年，5G在矿山、港口、钢铁等行业实现规模部署，全连接工厂的应用进程进一步加快。
本节将从移动通信网络的商业驱动、技术驱动和架构演进的角度总结其发展规律，为未来移动通信网络发展做好准备。
个人和企业的需求驱动运营商不断提升自己的网络性能，提供高质量的通信服务和多样化的业务类型；同时，同行业竞争推动运营商不断降低网络的运营成本，深入挖掘网络资源的潜在价值，以实现更优的成本效益比。
从1G的模拟语音、2G的数字语音，到3G的文本和图像、4G的视频多媒体，再到5G的扩展现实（XR）及未来的沉浸式XR、全息通信等，业务种类逐渐多样化，传输数据从单一的视觉、听觉维度向包含触觉、嗅觉等在内的多维度多媒体融合演进。运营商通过丰富业务类型，使每个用户平均贡献的通信业务收入增加，从而实现收入增长。
移动通信网络发展的规律1：商业利益会驱动运营商不断丰富连接所承载的媒体数据维度和业务类型，增加经营的厚度。
随着移动通信网络的普通消费用户渗透比趋于饱和，在丰富业务类型、进入行业市场增加经营厚度的同时，运营商以通话时长、短信数量和数据流量为基础的管道经营模式逐渐见顶，并开始探索和尝试新的商业模式，比如从追求全网统一的网络质量到提供个性化、差异化的用户体验和服务质量保障。
移动通信网络发展的规律2：商业利益会激发运营商尝试新的商业模式，提高经营的深度。
从早期少量的“大哥大”用户到人手一机再到万物互联，从提高人的连接比例扩展到物的无限连接，吸引更多用户/终端连接入网，实现收入增长是最基本的商业驱动。过去几十年，接入网络终端数量的年复合增长率约为80%。
移动通信网络发展的规律3：商业利益会驱动运营商快速增加连接的数量和种类，从而拓展经营的宽度。
全球上千万个基站，使得运营商在电费和运维费上的负担日益加重。同时，业务需求在时间和空间上存在潮汐效应，导致设备的资源利用率低，造成资产的闲置或浪费。因此，集中化、协作化、云化无线电接入网（C-RAN）等思路应运而生，通过集中部署基站设施，有效降低机房、供电、空调、传输等成本。此外，借助云化、池化和共享技术，进一步提高了资产利用率。
移动通信网络发展的规律4：商业利益迫使运营商不断寻找压缩成本和提高效益的方法，在降低能耗和运维成本的同时，提高资产利用率，提升经营效能。
商业驱动需要坚实的网络基础和强大的技术支撑。
从网络基础来看，无论是单个基站的算力，还是整体基站的数量都实现了指数级的跃迁。
单个基站的算力：从2G基站的200kHz频谱单天线单一语音业务，到5G基站的100MHz频谱64天线多种复合业务；从2G到5G，用户数量增长了上百倍，端到端的时延从秒级降低到毫秒级……多个因素叠加起来使单个基站的算力呈指数级增长。
整体基站的数量：从早期的单一制式网络到2G、3G两种网络共存，再到3种甚至4种制式网络共存，频谱从低频到叠加中频再到叠加高频，我国移动通信基站的数量从2G、3G时代的近300万个发展到4G时代的841万个，再到2023年含5G基站已建成1162万个。
移动通信网络发展的规律5：单个基站的算力呈指数级增长。
移动通信网络发展的规律6：基站数量随频谱增加不断增加。
从技术支撑来看，移动网络和产品的发展需要基站具有强大的信号处理、数据计算能力和灵活调度资源的能力，同时做到小型化，这离不开基础科学、通信技术、硬件和软件工程技术的支撑。而这些技术的快速发展有力地驱动了移动网络和产品的进步，激发了消费者、行业用户的需求和新的商业模式，进一步对相关科学技术提出了更高的要求。
通信技术方面：频谱是稀缺资源，提升频谱效率是无线通信面向连接时代最重要的驱动力。从FDMA到TDMA、CDMA再到4G/5G的OFDMA，极大地提升了频谱效率，并向NOMA演进；从单天线到64天线/128天线（即“大规模天线”），从SU-MIMO到MU-MIMO演进；从卷积码到Turbo码再到低密度奇偶校验（LDPC）码和Polar码，为了提升接收机的性能从Viterbi算法到Rake接收机再到最小均方差（MMSE）、串行干扰消除（SIC）等接收机，相应的信号处理算法复杂度大大增加，但同时处理时间要求越来越短。为了在极短时间内完成复杂信号和数据的处理，需要有强大的硬件技术支撑。
硬件技术方面：关键核心器件从1G时代的模拟器件演变到2G以后的数字器件，从以中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）为主流的非专用嵌入式数字器件，到含厂家定制加速器件的单片系统（SoC），再到为了适应不同算力类型的业务和智能化引入的GPU、AI芯片等扩展算力。关键技术节点包括2G时代将DSP应用于基站，3G、4G时代将专用集成电路（ASIC）加速和SoC应用于基站，5G时代将GPU和AI芯片引入基站。每个时代的关键器件在架构上经历了从单核到多核、从同构到异构、从存算分离到存算一体的变化。单站算力跨越到10万亿次浮点运算每秒（TFLOPS）的级别。
为了支撑这样的算力跨越，集成电路设计技术和制造工艺实现了以下改进。
①制造工艺从1μm到7nm的进步，使得芯片能容纳更多的晶体管和功能单元，提高了电路的密度和性能。
②集成电路从较低主频到更高主频的提升，使得电子设备能够以更快的速度进行处理和通信，提高了系统的响应速度和性能。
③芯片单位面积功耗从高到低的转变，通过优化架构设计和引入更高效的电源管理技术，集成电路能够在提供更高性能的同时，降低功耗和能耗。
④新的设计方法和设计工具逐步涌现，包括仿真、验证和自动化工具等，使得单个芯片上集成更多的功能成为可能，设计过程更快捷、更高效。
⑤主处理器以外的高速低能耗的总线、内存和存储技术必不可少，如双倍数据速率（DDR）已经发展了5代，速率从200MT/s提升到6400MT/s，并进一步向低功耗双倍数据速率（LPDDR）方向发展等。
移动通信网络发展的规律7：为支撑商业驱动，硬件技术持续向更高集成度、更低功耗、更高算力、更大传输带宽的异构硬件、标准互联方向演进。算力和传输带宽呈指数级增长，同时伴随单位面积功耗的显著下降。
软件技术方面：基站软件架构演进如图1-2所示。为满足从单模到多模共存、从通信协议栈到多种业务共存的需求，从早期的单制式单体型基站，到2G、3G后引入的软件定义的无线电（SDR）的单RAN基站，再到4G在室内基带处理单元（BBU）集中部署的基础上结合站间协同技术的C-RAN基站，最后到5G基于微服务+容器化等虚拟化、云化技术的IT化RAN基站，基站已经具备一定的资源抽象和管理能力，提供较细粒度的资源使用条件和逐渐标准化的接口，并向智能化和云化方向演进。
图1-2 基站软件架构演进
移动通信网络发展的规律8：为支撑商业驱动，软件技术逐渐提供了更为精细灵活的资源分配和管理能力，移动通信网络智能化和云化趋势已经显现。
从标准化维度来看，1G、2G、3G、4G、5G网络各维度情况见表1-1。除了3GPP定义的通信接口协议标准，基站硬件还采用了先进的电信计算架构（ATCA）和MicroTCA标准。这些标准来自在电信、航天、工业控制、医疗器械、智能交通、军事装备等领域应用广泛的新一代主流工业计算技术——CompactPCI标准，它们规定了机械结构、机架管理、配电、散热及连接器等方面的要求，为下一代融合通信及数据网络应用提供了一个基于模块化结构、性价比高、兼容性强、可扩展的硬件架构。同时，基站软件则逐步采用虚拟化和云原生技术。遵循开放统一的标准是实现广泛互联、培养丰富生态、支撑更大商业价值的前提。
表1-1 1G、2G、3G、4G、5G网络各维度情况
移动通信网络发展的规律9：为支撑商业驱动，开放统一的通信协议和软硬件接口标准必不可少。
为了匹配商业驱动的需求，移动通信网络的架构和产品形态在代际间发生了显著变化。移动通信网络架构演进如图1-3所示，2G网络起初主要采用一体式基站架构。基站的天线位于铁塔上，其余部分位于基站旁边的机房内，天线通过馈线与室内机房连接。一体式基站架构需要在每一个铁塔下面建立一个机房，建设成本和周期较长，也不方便网络架构的拓展。后来发展为将基站收发信台（BTS）分为BBU和射频拉远单元（RRU）的分布式基站架构。BBU位于室内机房，而RRU位于铁塔上，每个BBU可以连接多个RRU。BBU和RRU之间采用光纤连接，即BTS—基站控制器（BSC）—核心网的3级网络架构。
图1-3 移动通信网络架构演进
为了节约网络建设成本，3G网络架构基本与2G一致，同样采用3级网络架构，即NodeB—无线网络控制器（RNC）—核心网，NodeB分为BBU和RRU两部分。
4G时代到来时，基站架构发生了较大的变化。为了降低端到端时延，4G采用扁平化的网络架构，将原来的3级网络架构“扁平化”为2级：eNodeB—核心网。RNC的功能一部分分割在eNodeB中，一部分移至核心网。4G核心网只包含分组交换（PS）域。在4G阶段，中国移动提出的C-RAN架构被逐渐推广，它将BBU的功能进一步集中化、云化和虚拟化，每个BBU可以连接10～100个RRU，进一步缩短了网络的部署周期、降低了网络的部署成本。与传统的分布式基站不同，C-RAN尝试打破远端无线射频单元和基带处理单元之间的固定连接关系，远端无线射频单元不属于任何一个基带处理单元。每个远端无线射频单元处理发送或接收信号都是在一个虚拟的基站完成的，而这个虚拟基站的处理能力是由实时虚拟技术分配基带池中的部分处理器提供的。
为了进一步提高灵活性，5G网络又采用3级网络架构，即分布式单元（DU）—集中式单元（CU）—5G核心网（5GC）。DU和CU共同组成gNB，每个CU可以连接1个或多个DU。CU主要实现非实时的无线高层协议栈功能，DU主要负责处理实时性的层2处理和物理层处理。CU和DU可根据不同业务需求和网络条件进行灵活配置。CU可基于云化平台实现，支持功能按需灵活部署，以及边缘计算和边缘应用的共平台部署。
移动通信网络发展的规律10：为支撑商业驱动，网络架构的演变始终为缩短建设周期、降低建网和运维成本服务，便于灵活适配不同场景和业务需求。
商业利益的需要推动了产业发展、技术进步和网络架构演进，技术进步和网络架构演进托举了商业成功，并进一步成就了产业发展。商业驱动、技术驱动和网络架构演进的关系见表1-2，横向，支撑更多用户、多样化的业务使面向连接的单一模式走向计算和智能复合的模式；纵向，单基站算力、网络规模的增加，通信技术、硬件技术、软件技术和标准化的演进，为用户发展、业务发展、商业模式、成本效益提供了必要的托举。
表1-2 商业驱动、技术驱动和网络架构演进的关系
本节将从移动通信网络的商业驱动、技术驱动和产品形态的角度对其发展趋势进行初步展望。
商业利益会驱动运营商快速增加用户连接的数量和业务种类。由此推测，5G-A及6G阶段，依靠可穿戴设备、RedCap物联网终端和行业场景的深入拓展，我们依然可以期待移动通信网络继续保持较高速度增长。
商业利益会催生移动网络传递更多的媒体数据，叠加更多的业务类型，增加经营的厚度。当下云游戏、XR业务已经起步，未来车联网、低空经济乃至6G畅享的沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等新场景会让移动网络提供的业务更丰富，新的“杀手级”业务必将出现。
商业利益会触发新的商业模式，提高经营的深度。5G时代已经开始尝试改变以通信连接为基础的单一商业模式。随着网络连接和计算资源的愈发强大，5G-A和6G时代必然选择跳出连接管道这个桎梏，将通信、感知和计算相结合。移动通信网络将扮演信息生产者和信息加工者的角色，为用户提供更综合全面的服务，为运营商经营提供更宽广的赛道。
成本效益会要求功耗和运维成本不断降低的同时，提高网络设备、资源的利用率。规模庞大的移动网络消耗了巨量电力，随着未来新频谱的使用和新算力的增加，电力的消耗会进一步增加，终将制约新服务的发展。因此通过合理管理编排资源，提高设备利用率、降低单位比特数据的功耗是移动通信网络未来可持续发展的必由之路。
移动通信网络必须为未来变革做准备，快速适应增加的用户连接数量、丰富的业务种类、灵活的商业模式和更低的运营成本。
5G及以前单个基站的算力呈指数级增长，基站数量随频谱增加不断增加，可以预见5G-A到6G阶段，单个基站算力和基站数量会继续大幅度增加。
为满足未来6G更加丰富的业务应用及极致的性能需求，《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》提出了当前业界广泛关注的6G潜在关键技术，包括内生智能的新型网络、增强型无线空口技术、新物理维度无线传输技术、太赫兹与可见光通信技术、通信感知一体化技术等新型无线技术，分布式自治网络架构、确定性网络、算力感知网络、星地一体融合组网、支持多模信任的网络内生安全等新型网络技术。这些关键技术在6G中的应用将极大地提升网络性能，满足未来社会发展新业务、新场景需求，服务智能化社会与生活，助力“万物智联、数字孪生”6G愿景实现。
5G及以前硬件技术展现了向更高集成度、更低功耗、更大算力、更大传输带宽的异构硬件、标准互联方向演进的趋势。未来10年，集成电路制造工艺还将进一步向1nm甚至亚纳米级演进，进一步提高集成度和算力、降低功耗。芯片设计技术也会通过各种架构进一步提高算力、降低功耗，如存算一体。在摩尔定律日益放缓的背景下，面向具体领域的特定领域体系架构（DSA）芯片应用将更加广泛，这些都会从硬件上为算力和高速互联提供必要支撑。
为支撑移动通信网络能力软件化，需要聚焦3个关键领域。一是异构硬件虚拟化与资源云化。6G无线网络将深入融合通信、计算、感知、AI等新能力。然而从目前的产业格局来看，相关能力及应用仍然基于不同体系与平台来构建。从技术需求来看，不同能力与应用对资源的需求存在内在差异，通过实现各类资源在同一架构下的融合，将多种业务与实际物理资源解耦，并利用云化技术进行资源管理编排，从而可以承载更加丰富的6G无线网络能力体系，提高用户体验，促进业务创新。二是RAN的服务化。5G核心网已经革命性地将服务化架构作为网络基础架构，实现了网络功能的可独立扩容、独立演进、按需部署，并持续推动服务化功能与框架的增强与优化。基于云原生思想，传统集成单体型基站功能解耦为网络功能与服务，通过服务化接口实现功能服务之间的交互与能力开放，提供更灵活、更精简和按需提供的网络服务能力，助力提升网络对全行业的适应能力。三是RAN的智能化，这是无线通信发展的重要方向和趋势。通过与先进的AI、机器学习（ML）技术结合，RAN能够实现更优异的空口性能、更高效的资源分配、更精准的干扰管理和更优化的网络覆盖，提升网络性能和用户体验，降低运营商的运维成本。但同时，RAN的智能化也面临如数据隐私和算法安全等方面的挑战。
网络架构和产品形态的变化服务于商业驱动，以适应不断演进的业务发展和多样化的部署环境，有利于缩短建设周期、降低建网和运维成本。
从移动通信网络发展的规律看，3级网络架构较好地适应了这一需求，预计仍然会维持。同时结合业务特点，网络架构有进一步集中的趋势，从三级到二级甚至一级，为RAN进一步的云化、服务化创造条件，进一步集中的节点在资源共享、机房配套方面有利于降低建设和运维成本。考虑到应用场景的部署条件，主要通信设备预计仍将部署在电信机房或专用站点机房内。插箱式专用设备将继续作为主要的设备形态。然而，工业生产园区等特殊场景需要支持多网元共存，基于服务器的BBU提供了一种有效的补充方案。
自20世纪80年代以来，经过数十年的发展，全球移动通信网络已经形成了庞大的规模。全球范围内部署了上千万个宏站物理站点，而小站和逻辑站点的数量更是庞大。这些基站配备了机房、铁塔、配电备电设施、传输交换设备、空调制冷系统、时钟同步设备及操作维护工具等大量设施。在地理分布上，基站覆盖了从地下矿井到地面室内外，从万米高空到海洋岛屿，从城市乡村到密林荒漠，几乎遍及世界的每个角落，并服务于大多数人群。目前，移动通信网络正朝着空天地海一体化、服务于各行各业、实现万物互联的方向发展。在互联互通方面，从核心网到边缘节点、基站，再到终端设备，高速光电互联技术和路由技术构建了大带宽的网络连接，实现了数据在秒级甚至毫秒级内的快速传输，同时保持了极低的误包率和抖动。关于计算资源，基站节点数量庞大，且随着技术进步，其算力仍在不断增长。例如，BBU中的CPU算力已达到100GFLOPS级别。以此计算，仅5G基站的算力就占我国2025年预计计算设备总算力300EFLOPS的0.1%，且每年仍在伴随移动网络的建设和优化快速增长。
这个规模庞大、遍及全球、高速互联、算力强大、配套资源丰富的网络已经足够强大且会继续拓展，但盛况之下也面临不少瓶颈和挑战。一是庞大数量的基站带来了高额的建设投资、站址配套和维护费用，以及显著的能耗问题。不同厂家的平台差异导致维护管理统一和资源共享面临困难，进而造成资本性支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）逐年增加。二是面向连接的通信业务存在时间和空间的潮汐效应，导致整体资源利用率不高，造成庞大的基础设施资源浪费。三是面向连接的通信业务发展已经进入瓶颈期，单一的商业模式无法承载运营商进一步发展的雄心壮志，而现有移动通信封闭的平台约束了业务模式的创新和多样化。四是不断增长的互联网业务将移动网络单纯视为数据传输的管道，限制了移动网络的盈利能力。
移动通信网络技术历来专注于提升空口效率，但在解决网络发展面临的瓶颈和挑战时，仅凭通信技术本身可能不足以应对。在历史上，跨领域的技术融合带来了显著的成就，智能手机就是将移动通信、计算机技术和互联网技术融合的典范，它不仅满足了人们的通信和信息需求，还创造了巨大的商业价值，并推动了相关领域的发展。
除了移动通信技术，是否还有其他领域的技术能够与之结合，以助力解决移动通信网络发展面临的瓶颈和挑战呢？通过对瓶颈和挑战进行分析，可以看出主要困难在于强大的网络缺乏根据需求快速响应的能力，难以解决通信连接潮汐效应所带来的基础设施资源利用率不高的问题，也无法满足快速引入新业务的需求。这实际上是网络缺少柔性所导致的。值得欣喜的是，微服务、容器化、自动化部署与持续集成/持续交付、弹性计算和面向服务的架构等云计算技术为此带来了曙光。这些技术能够集中管理计算、存储和网络资源，将计算资源和服务提供给用户，为高效利用这些资源提供便利与可能性，为业务创新、多样化和灵活化创造了条件。
AI技术是另外一种助力网络实现价值跃迁的融合技术，将在无线空口技术、自动网络管理、智能调度和负载均衡、故障预测和自动恢复、智能网络安全、智能边缘计算等领域发挥重要作用，通过智能化和自动化的方式，提升移动通信网络的性能、效率、可靠性和安全性，为用户提供更好的通信服务。
综上所述，从2G到5G的网络发展表明，为满足不断增长的通信需求和多样化的应用场景，未来的移动网络必须引入云计算和AI技术。这将增强网络的算力和智能化，提升整体服务能力，推动各行业的创新与发展。