移動(dòng)通信技術(shù)近幾年以來發(fā)展迅速，經(jīng)歷過了幾代技術(shù)的積累與沉淀，新一代通信協(xié)議也漸漸出現(xiàn)在我們的視野中，我們稱其為“5G”，何為“5G”？本文就以5G為中心，從它的概念、未來發(fā)展、以及其中幾大重要的技術(shù)說起，希望看完后，對(duì)你有一些幫助。

　　5G的概念：

　　5G是第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，在字面上5G是英文“第五代”的縮寫，此前移動(dòng)通信領(lǐng)域已經(jīng)歷了四代技術(shù)的發(fā)展，其特征從模擬技術(shù)、數(shù)字技術(shù)一直走到了現(xiàn)在的高速多媒體通信。受訪的上述中國(guó)企業(yè)提出的5G設(shè)想，其特征包括可接入設(shè)備顯著增加、端到端時(shí)延減少、用戶速率提高、能夠?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造條件等。

　　2014年5月13日，三星電子宣布，其已率先開發(fā)出了首個(gè)基于5G核心技術(shù)的移動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，并表示將在2020年之前進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)推廣。

　　5G的未來：

　　三星在5G網(wǎng)絡(luò)上的取代技術(shù)突破，將給全球5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)帶來活力，并推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程，同時(shí)有助于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定。

　　為搶占未來市場(chǎng)，當(dāng)前全球多個(gè)國(guó)家已競(jìng)相展開5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，中國(guó)和歐盟正在投入大量資金用于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。

　　當(dāng)前全球多個(gè)國(guó)家已競(jìng)相展開5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，中國(guó)和歐盟都為此投入了大量資金和研發(fā)力量。三星在5G網(wǎng)絡(luò)上取得的技術(shù)突破，將進(jìn)一步加劇全球5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)，加速其商業(yè)化進(jìn)程。三星電子DMC研究所有關(guān)專家表示，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的突飛猛進(jìn)，畫質(zhì)超過全高清4倍-8倍的超高清（UHD）影像以及3D立體影像制作業(yè)也將迎來發(fā)展的新時(shí)期。

　　如果3G網(wǎng)速是清風(fēng)，4G網(wǎng)速是暴風(fēng)，那么5G網(wǎng)速應(yīng)該就是龍卷風(fēng)。隨著20Gbps速度5G網(wǎng)絡(luò)的臨近，未來的生活將會(huì)發(fā)生哪些變化？

　　網(wǎng)速更快資費(fèi)更低

　　網(wǎng)速快不是5G的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)用戶而言，5G最起碼要網(wǎng)速更快，到底有多快？

　　韓國(guó)三星公司曾經(jīng)在2013年測(cè)試過1Gbps的5G網(wǎng)絡(luò)，這意味著下載一部高清電影只需要1秒。而英國(guó)最新一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，無線數(shù)據(jù)連接的速度最高可以達(dá)到800Gbps，相當(dāng)于在一秒鐘之內(nèi)可下載800部高清電影。

　　網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)高，一直是中國(guó)用戶的心頭之痛。4G商用之初，就有用戶吐槽 “一夜不關(guān)流量房子歸移動(dòng)”。 5G時(shí)代，這種擔(dān)心就變得多余了，當(dāng)5G開始商用，網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)會(huì)進(jìn)一步降低。

　　衣食住行萬物互聯(lián)

　　可以說，從4G到5G，將會(huì)是根本性的革命，通信技術(shù)能真正廣泛地應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，尤其是交通、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域。

　　據(jù)5月末我國(guó)發(fā)布的 《5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書》，到2020年左右，5G將大規(guī)模商用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量千倍增長(zhǎng)，使經(jīng)濟(jì)生活從過去的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

　　到2020年，外界普遍預(yù)測(cè)全球?qū)?huì)有500億到1000億部設(shè)備接入到互聯(lián)網(wǎng)中。據(jù)預(yù)測(cè)，5G如果全部實(shí)現(xiàn)部署以后，其所提供的連接數(shù)會(huì)達(dá)到千億數(shù)量級(jí)，萬物聯(lián)網(wǎng)將成為現(xiàn)實(shí)，包括遠(yuǎn)程手術(shù)、無人駕駛汽車和各種各樣的“物聯(lián)網(wǎng)”。

　　物聯(lián)網(wǎng)可不僅僅只是讓你通過遠(yuǎn)程控制的方式提高室內(nèi)溫度或冰箱提醒你購買牛奶，甚至在列車還未到站的時(shí)候就可以告訴等車的乘客們現(xiàn)在還有多少空座，5G網(wǎng)絡(luò)還將支持可佩戴式設(shè)備，例如健身跟蹤器和智能手表、智能頭盔、智能家庭設(shè)備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等。

　　與WIFI無縫對(duì)接

　　5G網(wǎng)絡(luò)將比以往任何移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接都更加穩(wěn)定，延遲性降低，同時(shí)，無線技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)突然中斷的現(xiàn)象變得越來越少，延遲指的就是發(fā)出命令和命令得到響應(yīng)之間的時(shí)間差。

　　曹淑敏介紹了5G時(shí)代的“低延遲、高可靠場(chǎng)景”，比如說，在無人駕駛的領(lǐng)域，汽車在駕駛時(shí)要有毫秒級(jí)的反應(yīng)。除無人駕駛汽車外，還有許多其他技術(shù)都對(duì)網(wǎng)絡(luò)的低延遲性擁有很高的要求。比如智能交通、遠(yuǎn)程控制手術(shù)、遠(yuǎn)程控制機(jī)器人進(jìn)行復(fù)雜操作等。愛立信預(yù)測(cè)，5G網(wǎng)絡(luò)的延遲將會(huì)在1毫秒之內(nèi)，比目前4G網(wǎng)絡(luò)的延遲快了50倍。這非常重要，尤其是在醫(yī)生需要依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)或診斷的時(shí)候。

　　全球頂尖通信信息研究機(jī)構(gòu)貝爾實(shí)驗(yàn)室無線研究部副總裁介紹，5G時(shí)代，手機(jī)用戶對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)的感知差異可能將消失。用戶從室外到室內(nèi)，從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接到WIFI，可以無縫、平滑過渡，省去了切換網(wǎng)絡(luò)、輸入密碼等繁瑣步驟，幾乎感覺不到WIFI“存在”，包括語音通話也可以在WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳輸。從用戶角度來看，WIFI似乎“消亡”，而其實(shí)是與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合，讓用戶感知不到兩者的差異。

　　此外，5G還適用于 “低光耗、大連接”的場(chǎng)景，比如在橋梁、高速鐵路、野外等等，會(huì)大量使用傳感器，有了5G技術(shù)，能做到低功耗，就能長(zhǎng)時(shí)間使用。

　　需要關(guān)注的技術(shù)：

　　1、增加帶寬是關(guān)鍵

　　5G最顯著的特點(diǎn)是高速，按規(guī)劃速率會(huì)高達(dá)10～50Gbps，人均月流量大約有36TB。如此高的速率該靠什么資源來支撐呢？必須要靠更大的帶寬！

　　帶寬用字母B來表示，它就好比是道路寬度，最大速率用C來表示，它就好比是道路的最大車流量。顯然易見，4車道的最大車流量是2車道的2倍，8車道的是2車道的4倍，這非常好理解。

　　增加車道數(shù)是提高最大車流量最直接有效的方法，同樣地，提高速率的最直接有效的方法就是增加帶寬。我依然記得讀研究生時(shí)，老師在講到帶寬時(shí)擲地有聲地說：“你們給我記?。焊咚倬褪菍拵В瑢拵Ь褪歉咚?！

　　人們對(duì)通信速率要求越來越高，迫使著信道的帶寬就越來越寬，幾根電話線的帶寬不夠，那就增加到幾百根，幾百根不夠就換成同軸電纜，電纜帶寬不夠就換成光纖，有線通信的帶寬就是這樣一代代地遞增著。

　　而手機(jī)通信使用的是無線信道，那它的帶寬是如何增加的呢？核心方法就是采用更高的頻段。

　　上過初中的都知道【光速=頻率×波長(zhǎng)】這個(gè)公式，知道這個(gè)公式就能看懂上面這個(gè)表格了，頻率與波長(zhǎng)成反比，兩者之積等于光速，即30萬公里/秒。

　　請(qǐng)看表格中兩個(gè)黃色塊的數(shù)據(jù)，數(shù)值都是3～30，但單位不同，甚低頻段的整個(gè)帶寬是27kHz，超高頻段的整個(gè)帶寬是27GHz，后者是前者的100萬倍！由此可見，頻段越高且?guī)捲酱?，這點(diǎn)非常好理解，好比是低保戶和大富豪都拿出全部的財(cái)產(chǎn)，后者會(huì)比前者多得多。

　　所以關(guān)系就來了：5G時(shí)代若想更高速，就得使用更大的帶寬，而要取得更大的帶寬，就得使用更高的頻段。4G之前使用是特高頻段，5G就得往超高頻甚至更高的頻段發(fā)展了。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的專家預(yù)測(cè)，將來有可能使用30GHz~60GHz的頻段，俄羅斯專家甚至提出了80GHz的方案。

　　30GHz以上的頻段，比上表中最后一項(xiàng)的超高頻還要高，其波長(zhǎng)自然要比厘米段更短，那就是更短的毫米波，因此毫米波就順理成章地成為了5G的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

　　2、毫米波技術(shù)

　　電波傳播的特性很有趣，頻率越高（即波長(zhǎng)越短）的電磁波，就越傾向于直線傳播，當(dāng)高到紅外線和可見光以上時(shí)，就一點(diǎn)也不打彎了，這是個(gè)漸進(jìn)的過程。

　　毫米波一般不用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，原因就是它的頻率都快接近紅外線了，信道太“直”，移動(dòng)起來不容易對(duì)準(zhǔn)。請(qǐng)想象一個(gè)場(chǎng)景，您拿著激光筆指遠(yuǎn)處墻壁上的圖釘，是不是一件很困難的事？

　　例如衛(wèi)星車就很難“動(dòng)中通”，開動(dòng)起來車身搖擺，天線（就是那個(gè)大鍋）就很難對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，通常只能駐車后工作，而且必須精細(xì)調(diào)整天線的角度，使其電波的輻射方向正對(duì)著衛(wèi)星，否則就無法通信。

　　手機(jī)是移動(dòng)使用的，不可能打電話時(shí)還舉著手機(jī)瞄準(zhǔn)準(zhǔn)基站的方向，那樣實(shí)在是反人性。雖然在非正對(duì)方向也有信號(hào)，但強(qiáng)度會(huì)明顯衰弱，使用體驗(yàn)會(huì)比4G之前要差得多。

　　電磁波有五種傳播模式，相對(duì)于未來的5G時(shí)代，我們現(xiàn)在手機(jī)的頻率要低得多，其繞射能力還是不錯(cuò)的，樓房陰影處的信號(hào)也沒太大問題，因?yàn)樾盘?hào)可以繞著到達(dá)。

　　而未來5G的頻率會(huì)高得多，繞射能力會(huì)下降，信號(hào)只能傻楞楞地直著走，以往信號(hào)能到達(dá)的犄角旮旯就到不了了，那該怎么辦呢？這就引出了更一項(xiàng)技術(shù)—微基站技術(shù)。

　　3、大規(guī)模MIMO

　　大規(guī)模MIMO技術(shù)作為5G的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可利用多天線多用戶空分技術(shù)成倍提升頻譜效率，幫助運(yùn)營(yíng)商最大限度利用已有資源。

　　大規(guī)模 MIMO的基本特征是：在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)配置數(shù)十根甚至數(shù)百根以上天線，較 4G系統(tǒng)中的4（或8）根天線數(shù)增加一個(gè)量級(jí)以上，這些天線以大規(guī)模陣列的方式集中放置。這樣可帶來的好處是：首先，基站覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)用戶可在同一時(shí)頻資源上與基站同時(shí)進(jìn)行通信，充分利用大規(guī)模天線配置帶來的空間自由度，提升頻譜效率；其次，利用大規(guī)模天線帶來的分集增益和陣列增益，還可提升用戶與基站通信的功率效率。

　　其實(shí)，早期提出的分布式協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，就已經(jīng)引入了多用戶MIMO的通信模式。在分布式協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，處于不同地理位置的節(jié)點(diǎn)（分布式天線）在同一時(shí)頻資源上完成與不同用戶終端的通信，在提高頻譜效率和功率效率的同時(shí)，也改善了小區(qū)邊緣用戶的性能。然而，傳統(tǒng)的分布式天線往往會(huì)出現(xiàn)頻譜效率和功率效率提升的“瓶頸”問題，這使得大規(guī)模MIMO在深度挖掘和利用空間維度方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

　　當(dāng)然，大規(guī)模MIMO也存在一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)。首先是大規(guī)模MIMO信道建模問題，目前大部分研究都假設(shè)大規(guī)模MIMO信道是獨(dú)立同分布信道，但實(shí)測(cè)結(jié)果卻表明，信道能量往往集中在有限的方向上；其次是導(dǎo)頻污染問題。在TDD大規(guī)模MIMO傳輸方案中，各用戶向基站發(fā)送正交的導(dǎo)頻信號(hào)，基站估計(jì)上行信道后利用信道互易性來獲得下行信道參數(shù)，然而，隨著用戶數(shù)目的增加，導(dǎo)頻開銷也隨之增加，相互正交的導(dǎo)頻就變得不再夠用，這就是所謂的“導(dǎo)頻污染”；另外，在多用戶傳輸技術(shù)方面，如何在有限的信道信息條件下實(shí)施下行預(yù)編碼和上行多用戶聯(lián)合接收等，都是大規(guī)模MIMO中有待解決等關(guān)鍵問題。

　　總之，傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)目前已商用并趨于成熟，而大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠更充分地利用空間維度，大幅度地提升頻譜效率和功率效率，必將成為5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一顆耀眼明珠。

　　4、波束賦形技術(shù)

　　中國(guó)主導(dǎo)的3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA有六大技術(shù)特點(diǎn)，其中有一項(xiàng)就是智能天線，在基站上布設(shè)天線陣列，通過對(duì)射頻信號(hào)相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務(wù)的手機(jī)，而且能跟據(jù)手機(jī)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)變方向。

　　由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，這種新形式的無線電波束就不會(huì)干擾到其它方向的波束，從而可以在相同的空間中提供更多的通信鏈路。這種充分利用空間的無線電波束技術(shù)是一種空間復(fù)用技術(shù)，可以極大地提高基站的服務(wù)容量。

　　遺憾的是這項(xiàng)技術(shù)沒有在3G時(shí)代得到應(yīng)用，但在5G入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量成百上千倍增加的情況下，這種波束賦形技術(shù)所能帶來的容量增加就顯得非常有價(jià)值，波束賦形技術(shù)很可能成為5G的關(guān)鍵性技術(shù)之一。

　　波束賦形技術(shù)不僅能大幅度增加容量，還可大幅度提高基站定位精度。當(dāng)前的手機(jī)基站定位的精度很粗劣，這是源于基站全向輻射的模式。當(dāng)波束賦型技術(shù)成功應(yīng)用后，基站對(duì)手機(jī)的輻射波瓣是很窄的，這就知道了手機(jī)相對(duì)于基站的方向角，再加上通過接收功率大小推導(dǎo)出手機(jī)與基站的距離，就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)的精準(zhǔn)定位了，并因此而擴(kuò)展出非常多的定位增值服務(wù)。

　　5、C-RAN技術(shù)：

　　C-RAN是根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)條件和技術(shù)進(jìn)步的趨勢(shì)，提出的新型無線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN是基于集中化處理（Centralized Processing），協(xié)作式無線電（Collaborative Radio）和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架（Real-time Cloud Infrastructure）的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架（Clean system）。其本質(zhì)是通過實(shí)現(xiàn)減少基站機(jī)房數(shù)量，減少能耗，采用協(xié)作化、虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源共享和動(dòng)態(tài)調(diào)度，提高頻譜效率，以達(dá)到低成本，高帶寬和靈活度的運(yùn)營(yíng)。C-RAN的總目標(biāo)是為解決移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展給運(yùn)營(yíng)商所帶來的多方面挑戰(zhàn)（能耗，建設(shè)和運(yùn)維成本，頻譜資源），追求未來可持續(xù)的業(yè)務(wù)和利潤(rùn)增長(zhǎng)。這在5G技術(shù)發(fā)展上，會(huì)是比較屬于后面的階段。

　　6、新的調(diào)制技術(shù)：