在2015年(nián)的(de)MWC上國內(nèi)外廠商紛紛展示各自(zì)在5G上的(de)進展之後，5G就瞬間成為(wèi)了業界的(de)讨論的(de)焦點，在媒體竭盡溢美之詞的(de)同時，芯片商、通信設備商以及電信運營商無一(yī)例外開始傾其所有布局下一(yī)代通信技術，目的(de)就是搶占話語權。

對于數消費者而言，5G的(de)價值在于它擁有比4g LTE更快的(de)速度（峰值速率可(kě)達幾十Gbps），例如(rú)你可(kě)以在一(yī)秒鍾內(nèi)下載一(yī)部高(gāo)清電影，而4G LTE可(kě)能要10分鍾。也正是因為(wèi)這一(yī)得天獨厚的(de)優勢，業界普遍認為(wèi)5G将在無人駕駛汽車、VR以及物聯網等領域發揮重要作用。

和(hé)4G相比，5G的(de)提升是全方位的(de)，按照3GPP的(de)定義，5G具備高(gāo)性能、低(dī)延遲與高(gāo)容量特性，而這些優點主要體現在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術上。

毫米波

衆所周知，随着連接到無線網絡設備的(de)數量的(de)增加，頻譜資源稀缺的(de)問題日漸突出。至少就現在而言，我們還隻能在極其狹窄的(de)頻譜上共享有限的(de)帶寬，這極大的(de)影響了用戶的(de)體驗。

那麽5G提供的(de)幾十個Gbps峰值速度如(rú)何實現呢(ne)？

衆所周知，無線傳輸增加傳輸速率一(yī)般有兩種方法，一(yī)是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波（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)用頻譜帶寬達到了1GHz，而60GHz頻段每個信道(dào)的(de)可(kě)用信号帶寬則為(wèi)2GHz。

在移動通信的(de)曆史上，這是首次開啓新的(de)頻帶資源。在此之前，毫米波隻在衛星和(hé)雷達系統上被應用，但現在已經有運營商開始使用毫米波在基站之間做(zuò)測試。

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

小基站

上文提到毫米波的(de)穿透力差并且在空氣中的(de)衰減很大，但因為(wèi)毫米波的(de)頻率很高(gāo)，波長(cháng)很短(duǎn)，這就意味着其天線尺寸可(kě)以做(zuò)得很小，這是部署小基站的(de)基礎。

可(kě)以預見的(de)是，未來5G移動通信将不再依賴大型基站的(de)布建架構，大量的(de)小型基站将成為(wèi)新的(de)趨勢，它可(kě)以覆蓋大基站無法觸及的(de)末梢通信。

因為(wèi)體積的(de)大幅縮小，我們設置可(kě)以在250米左右部署一(yī)個小基站，這樣排列下來，運營商可(kě)以在每個城市中部署數千個小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(de)用戶發送數據。當然，你大可(kě)不必擔心功耗問題，雷鋒網之前曾報道(dào)過：小基站不僅在規模上要遠遠小于大基站，功耗上也大大縮小了。

除了通過毫米波廣播之外，5G基站還将擁有比現在蜂窩網絡基站多得多的(de)天線，也就是Massive MIMO技術。

Massive MIMO

現有的(de)4G基站隻有十幾根天線，但5G基站可(kě)以支持上百根天線，這些天線可(kě)以通過Massive MIMO技術形成大規模天線陣列，這就意味着基站可(kě)以同時從更多用戶發送和(hé)接收信号，從而将移動網絡的(de)容量提升數十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的(de)意思是多輸入多輸出，實際上這種技術已經在一(yī)些4G基站上得到了應用。 但到目前為(wèi)止，Massive MIMO僅在實驗室和(hé)幾個現場試驗中進行了測試。

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

毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否實現商用的(de)關鍵技術，但是多天線也勢必會帶來更多的(de)幹擾，而波束成形就是解決這一(yī)問題的(de)關鍵。

波束成形

Massive MIMO的(de)主要挑戰是減少幹擾，但正是因為(wèi)Massive MIMO技術每個天線陣列集成了更多的(de)天線，如(rú)果能有效地(dì)控制這些天線，讓它發出的(de)每個電磁波的(de)空間互相抵消或者增強，就可(kě)以形成一(yī)個很窄的(de)波束，而不是全向發射，有限的(de)能量都集中在特定方向上進行傳輸，不僅傳輸距離(lí)更遠了，而且還避免了信号的(de)幹擾，這種将無線信号（電磁波）按特定方向傳播的(de)技術叫做(zuò)波束成形(beamforming)。

這一(yī)技術的(de)優勢不僅如(rú)此，它可(kě)以提升頻譜利用率，通過這一(yī)技術我們可(kě)以同時從多個天線發送更多信息；在大規模天線基站，我們甚至可(kě)以通過信号處理(lǐ)算法來計算出信号的(de)傳輸的(de)最佳路徑，并且最終移動終端的(de)位置。因此，波束成形可(kě)以解決毫米波信号被障礙物阻擋以及遠距離(lí)衰減的(de)問題。

除此之外，雷鋒網(公衆号：雷鋒網)最後要提到5G的(de)另一(yī)大特色——全雙工技術。

全雙工

全雙工技術是指設備的(de)發射機和(hé)接收機占用相同的(de)頻率資源同時進行工作，使得通信兩端在上、下行可(kě)以在相同時間使用相同的(de)頻率，突破了現有的(de)頻分雙工（FDD）和(hé)時分雙工（TDD）模式，這是通信節點實現雙向通信的(de)關鍵之一(yī)，也是5G所需的(de)高(gāo)吞吐量和(hé)低(dī)延遲的(de)關鍵技術。

在同一(yī)信道(dào)上同時接收和(hé)發送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一(yī)颠覆性技術也面臨着不小的(de)挑戰，根據《移動通信》之前發布的(de)資料顯示，主要有一(yī)下三大挑戰：

1.電路闆件設計，自(zì)幹擾消除電路需滿足寬頻（大于100MHZ）和(hé)多MIMO（多于32天線）的(de)條件，且要求尺寸小、功耗低(dī)以及成本不能太高(gāo)。

2.物理(lǐ)層、MAC層的(de)優化設計問題，比如(rú)編碼、調制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的(de)物理(lǐ)層優化。

3.對全雙工和(hé)半雙工之間動态切換的(de)控制面優化，以及對現有幀結構和(hé)控制信令的(de)優化問題。

因此，雷鋒網想說的(de)是，盡管5G的(de)勢頭遠遠超過了之前的(de)4G，但5G的(de)未來仍充滿了不确定性，現在我們需要等待的(de)是這些技術從實驗階段走向實用。

西安提米科技（www.xiantimi.cn）緻力于搭建通信行業人才輸出的(de)橋梁，提供包含4G5G網絡優化、WEB前端開發，嵌入式開發，入職與咨詢服務，文章(zhāng)轉載請标明出處！