在 2015 年的 MWC 上國內(nèi)外廠商紛紛展示各自在 5G 上的進(jìn)展之后，5G 就瞬間成為了業(yè)界的討論的焦點(diǎn)，在媒體竭盡溢美之詞的同時，芯片商、通信設(shè)備商以及電信運(yùn)營商無一例外開始傾其所有布局下一代通信技術(shù)，目的就是搶占話語權(quán)。 

對于數(shù)消費(fèi)者而言，5G 的價值在于它擁有比 4g+ LTE 更快的速度（峰值速率可達(dá)幾十 Gbps），例如你可以在一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影，而 4G LTE 可能要 10 分鐘。也正是因?yàn)檫@一得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，業(yè)界普遍認(rèn)為 5G 將在無人駕駛汽車、VR 以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

和 4G 相比，5G 的提升是全方位的，按照 3GPP 的定義，5G 具備高性能、低延遲與高容量特性，而這些優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術(shù)上。

毫米波

眾所周知，隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現(xiàn)在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這極大的影響了用戶的體驗(yàn)。

那么 5G 提供的幾十個 Gbps 峰值速度如何實(shí)現(xiàn)呢？

眾所周知，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，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 頻段為例，其可用頻譜帶寬達(dá)到了 1GHz，而 60GHz 頻段每個信道的可用信號帶寬則為 2GHz。

在移動通信的歷史上，這是首次開啟新的頻帶資源。在此之前，毫米波只在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上被應(yīng)用，但現(xiàn)在已經(jīng)有運(yùn)營商開始使用毫米波在基站之間做測試。

當(dāng)然，毫米波最大的缺點(diǎn)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(huán)境下傳輸并不容易，而小基站將解決這一問題。

小基站

上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大，但因?yàn)楹撩撞ǖ念l率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎(chǔ)。

可以預(yù)見的是，未來 5G 移動通信將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

因?yàn)轶w積的大幅縮小，我們設(shè)置可以在 250 米左右部署一個小基站，這樣排列下來，運(yùn)營商可以在每個城市中部署數(shù)千個小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò)，每個基站可以從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然，你大可不必?fù)?dān)心功耗問題，雷鋒網(wǎng)之前曾報道過：小基站不僅在規(guī)模上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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 基站還將擁有比現(xiàn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站多得多的天線，也就是 Massive MIMO 技術(shù)。

Massive MIMO

現(xiàn)有的 4G 基站只有十幾根天線，但 5G 基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過 Massive MIMO 技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，這就意味著基站可以同時從更多用戶發(fā)送和接收信號，從而將移動網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的意思是多輸入多輸出，實(shí)際上這種技術(shù)已經(jīng)在一些 4G 基站上得到了應(yīng)用。 但到目前為止，Massive MIMO 僅在實(shí)驗(yàn)室和幾個現(xiàn)場試驗(yàn)中進(jìn)行了測試。

隆德大學(xué)教授 Ove Edfors 曾指出，“Massive MIMO 開啟了無線通訊的新方向——當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時域或頻域?yàn)椴煌脩糁g實(shí)現(xiàn)資源共享時，Massive MIMO 則導(dǎo)入了空間域 (spatial domain) 的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進(jìn)行同步處理，如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益?！?/span>

毋庸置疑，Massive MIMO 是 5G 能否實(shí)現(xiàn)商用的關(guān)鍵技術(shù)，但是多天線也勢必會帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關(guān)鍵。

波束成形

Massive MIMO 的主要挑戰(zhàn)是減少干擾，但正是因?yàn)?Massive MIMO 技術(shù)每個天線陣列集成了更多的天線，如果能有效地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強(qiáng)，就可以形成一個很窄的波束，而不是全向發(fā)射，有限的能量都集中在特定方向上進(jìn)行傳輸，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)了，而且還避免了信號的干擾，這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形 (beamforming)。

這一技術(shù)的優(yōu)勢不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過這一技術(shù)我們可以同時從多個天線發(fā)送更多信息；在大規(guī)模天線基站，我們甚至可以通過信號處理算法來計(jì)算出信號的傳輸?shù)淖罴崖窂?，并且最終移動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠(yuǎn)距離衰減的問題。

除此之外，雷鋒網(wǎng) (公眾號：雷鋒網(wǎng)) 最后要提到 5G 的另一大特色——全雙工技術(shù)。

全雙工

全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時進(jìn)行工作，使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率，突破了現(xiàn)有的頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）模式，這是通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一，也是 5G 所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)。

在同一信道上同時接收和發(fā)送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是 5G 要使用這一顛覆性技術(shù)也面臨著不小的挑戰(zhàn)，根據(jù)《移動通信》之前發(fā)布的資料顯示，主要有一下三大挑戰(zhàn)：

1. 電路板件設(shè)計(jì)，自干擾消除電路需滿足寬頻（大于 100MHZ）和多 MIMO（多于 32 天線）的條件，且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。

2. 物理層、MAC 層的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，比如編碼、調(diào)制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK 等，尤其是針對 MIMO 的物理層優(yōu)化。

3. 對全雙工和半雙工之間動態(tài)切換的控制面優(yōu)化，以及對現(xiàn)有幀結(jié)構(gòu)和控制信令的優(yōu)化問題。

因此，雷鋒網(wǎng)想說的是，盡管 5G 的勢頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了之前的 4G，但 5G 的未來仍充滿了不確定性，現(xiàn)在我們需要等待的是這些技術(shù)從實(shí)驗(yàn)階段走向?qū)嵱谩?/span>