在2015年的MWC上國(guó)内外廠商(shāng)紛紛展示各自在5G上的進展之後，5G就瞬間成為(wèi)了業界的讨論的焦點，在媒體(tǐ)竭盡溢美之詞的同時，芯片商(shāng)、通信設備商(shāng)以及電(diàn)信運營商(shāng)無一例外開始傾其所有(yǒu)布局下一代通信技(jì )術，目的就是搶占話語權。

對于數消費者而言，5G的價值在于它擁有(yǒu)比4g LTE更快的速度（峰值速率可(kě)達幾十Gbps），例如你可(kě)以在一秒(miǎo)鍾内下載一部高清電(diàn)影，而4G LTE可(kě)能(néng)要10分(fēn)鍾。也正是因為(wèi)這一得天獨厚的優勢，業界普遍認為(wèi)5G将在無人駕駛汽車(chē)、VR以及物(wù)聯網等領域發揮重要作(zuò)用(yòng)。

和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定義，5G具(jù)備高性能(néng)、低延遲與高容量特性，而這些優點主要體(tǐ)現在毫米波、小(xiǎo)基站、Massive MIMO、全雙工(gōng)以及波束成形這五大技(jì )術上。

毫米波

衆所周知，随着連接到無線(xiàn)網絡設備的數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現在而言，我們還隻能(néng)在極其狹窄的頻譜上共享有(yǒu)限的帶寬，這極大的影響了用(yòng)戶的體(tǐ)驗。

那麽5G提供的幾十個Gbps峰值速度如何實現呢(ne)？

衆所周知，無線(xiàn)傳輸增加傳輸速率一般有(yǒu)兩種方法，一是增加頻譜利用(yòng)率，二是增加頻譜帶寬。5G使用(yòng)毫米波（26.5～300GHz）就是通過第二種方法來提升速率，以28GHz頻段為(wèi)例，其可(kě)用(yòng)頻譜帶寬達到了1GHz，而60GHz頻段每個信道的可(kě)用(yòng)信号帶寬則為(wèi)2GHz。

在移動通信的曆史上，這是首次開啓新(xīn)的頻帶資源。在此之前，毫米波隻在衛星和雷達系統上被應用(yòng)，但現在已經有(yǒu)運營商(shāng)開始使用(yòng)毫米波在基站之間做測試。

當然，毫米波最大的缺點就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環境下傳輸并不容易，而小(xiǎo)基站将解決這一問題。

小(xiǎo)基站

上文(wén)提到毫米波的穿透力差并且在空氣中(zhōng)的衰減很(hěn)大，但因為(wèi)毫米波的頻率很(hěn)高，波長(cháng)很(hěn)短，這就意味着其天線(xiàn)尺寸可(kě)以做得很(hěn)小(xiǎo)，這是部署小(xiǎo)基站的基礎。

可(kě)以預見的是，未來5G移動通信将不再依賴大型基站的布建架構，大量的小(xiǎo)型基站将成為(wèi)新(xīn)的趨勢，它可(kě)以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

因為(wèi)體(tǐ)積的大幅縮小(xiǎo)，我們設置可(kě)以在250米左右部署一個小(xiǎo)基站，這樣排列下來，運營商(shāng)可(kě)以在每個城市中(zhōng)部署數千個小(xiǎo)基站以形成密集網絡，每個基站可(kě)以從其它基站接收信号并向任何位置的用(yòng)戶發送數據。當然，你大可(kě)不必擔心功耗問題，雷鋒網之前曾報道過：小(xiǎo)基站不僅在規模上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小(xiǎo)于大基站，功耗上也大大縮小(xiǎo)了。

除了通過毫米波廣播之外，5G基站還将擁有(yǒu)比現在蜂窩網絡基站多(duō)得多(duō)的天線(xiàn)，也就是Massive MIMO技(jì )術。

Massive MIMO

現有(yǒu)的4G基站隻有(yǒu)十幾根天線(xiàn)，但5G基站可(kě)以支持上百根天線(xiàn)，這些天線(xiàn)可(kě)以通過Massive MIMO技(jì )術形成大規模天線(xiàn)陣列，這就意味着基站可(kě)以同時從更多(duō)用(yòng)戶發送和接收信号，從而将移動網絡的容量提升數十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的意思是多(duō)輸入多(duō)輸出，實際上這種技(jì )術已經在一些4G基站上得到了應用(yòng)。 但到目前為(wèi)止，Massive MIMO僅在實驗室和幾個現場試驗中(zhōng)進行了測試。

隆德(dé)大學(xué)教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO開啓了無線(xiàn)通訊的新(xīn)方向——當傳統系統使用(yòng)時域或頻域為(wèi)不同用(yòng)戶之間實現資源共享時，Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地台采用(yòng)大量的天線(xiàn)以及為(wèi)其進行同步處理(lǐ)，如此則可(kě)同時在頻譜效益與能(néng)源效率方面取得幾十倍的增益。”

毋庸置疑，Massive MIMO是5G能(néng)否實現商(shāng)用(yòng)的關鍵技(jì )術，但是多(duō)天線(xiàn)也勢必會帶來更多(duō)的幹擾，而波束成形就是解決這一問題的關鍵。

波束成形

Massive MIMO的主要挑戰是減少幹擾，但正是因為(wèi)Massive MIMO技(jì )術每個天線(xiàn)陣列集成了更多(duō)的天線(xiàn)，如果能(néng)有(yǒu)效地控制這些天線(xiàn)，讓它發出的每個電(diàn)磁波的空間互相抵消或者增強，就可(kě)以形成一個很(hěn)窄的波束，而不是全向發射，有(yǒu)限的能(néng)量都集中(zhōng)在特定方向上進行傳輸，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)了，而且還避免了信号的幹擾，這種将無線(xiàn)信号（電(diàn)磁波）按特定方向傳播的技(jì )術叫做波束成形(beamforming)。

這一技(jì )術的優勢不僅如此，它可(kě)以提升頻譜利用(yòng)率，通過這一技(jì )術我們可(kě)以同時從多(duō)個天線(xiàn)發送更多(duō)信息；在大規模天線(xiàn)基站，我們甚至可(kě)以通過信号處理(lǐ)算法來計算出信号的傳輸的最佳路徑，并且最終移動終端的位置。因此，波束成形可(kě)以解決毫米波信号被障礙物(wù)阻擋以及遠(yuǎn)距離衰減的問題。

除此之外，雷鋒網(公(gōng)衆号：雷鋒網)最後要提到5G的另一大特色——全雙工(gōng)技(jì )術。

全雙工(gōng)

全雙工(gōng)技(jì )術是指設備的發射機和接收機占用(yòng)相同的頻率資源同時進行工(gōng)作(zuò)，使得通信兩端在上、下行可(kě)以在相同時間使用(yòng)相同的頻率，突破了現有(yǒu)的頻分(fēn)雙工(gōng)（FDD）和時分(fēn)雙工(gōng)（TDD）模式，這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技(jì )術。

在同一信道上同時接收和發送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用(yòng)這一颠覆性技(jì )術也面臨着不小(xiǎo)的挑戰，根據《移動通信》之前發布的資料顯示，主要有(yǒu)一下三大挑戰：

1.電(diàn)路闆件設計，自幹擾消除電(diàn)路需滿足寬頻（大于100MHZ）和多(duō)MIMO（多(duō)于32天線(xiàn)）的條件，且要求尺寸小(xiǎo)、功耗低以及成本不能(néng)太高。

2.物(wù)理(lǐ)層、MAC層的優化設計問題，比如編碼、調制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的物(wù)理(lǐ)層優化。

3.對全雙工(gōng)和半雙工(gōng)之間動态切換的控制面優化，以及對現有(yǒu)幀結構和控制信令的優化問題。

因此，雷鋒網想說的是，盡管5G的勢頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了之前的4G，但5G的未來仍充滿了不确定性，現在我們需要等待的是這些技(jì )術從實驗階段走向實用(yòng)。

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