提到5G，最經(jīng)典最直觀的說辭便是：用戶可以在短短幾秒的時間內(nèi)下載一部高清電影，而現(xiàn)在的4G LTE網(wǎng)絡(luò)需要十幾甚至幾十分鐘。之所以拿視頻的下載速度來描述，是因為下載或在線觀看高清電影是目前最貼近我們生活的，也最容易感受到網(wǎng)速變化的一種方式。而5G的作用遠(yuǎn)不僅如此，隨著傳輸速率的增加，其他新興的應(yīng)用也會隨之產(chǎn)生，比如物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、自動駕駛汽車等。

5G有三大典型場景，這三大場景描述了5G的需求也反應(yīng)了5G與4G的不同，正如上圖所示，三大場景分別為：增強(qiáng)型移動寬帶通信(eMBB)，大規(guī)模機(jī)器型通信(eMTC)和超高可靠性超低延時通信(uRLLC)。

eMBB提供了更高的傳輸速率和用戶體驗，5G中下行峰值傳輸速率將達(dá)到20Gb/s，而4G的下行峰值速率只有1Gb/s，超高的速率會讓虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實等成為可能;eMRT將實現(xiàn)萬物互聯(lián)，智能家居、智能電網(wǎng)等;uRLLC可將通信延時降低到毫秒以下，實現(xiàn)觸覺互聯(lián)，而4G中的延時在70毫秒左右，5G的超低通信延時和高可靠性傳輸可實現(xiàn)汽車自動駕駛等。

5G正得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)制定階段(PS：5G白皮書White paper也是教科書一般的教材)，如果一切進(jìn)展順利，2020年將實現(xiàn)首個5G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。不過5G到底會是什么樣子，實現(xiàn)哪些突破還尚未完全確定。但是目前可以確定的是：5G相對比4G要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的千倍增長!為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，很多新的技術(shù)應(yīng)運而生。

所以，提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量可以主要從三方面著手實現(xiàn)，即提升通信帶寬，提高小區(qū)密度以及提高頻譜效率。相應(yīng)地，可以通過如下技術(shù)實現(xiàn)：毫米波通信、Small cell以及大規(guī)模MIMO技術(shù)。

1. 提升通信帶寬-代表技術(shù)毫米波

當(dāng)前無線通信使用的大多是6 GHz以下頻段，然而隨著用戶數(shù)和智能設(shè)備數(shù)量的增加，有限的頻譜帶寬需要服務(wù)更多的終端，導(dǎo)致每個終端的服務(wù)質(zhì)量嚴(yán)重下降。為了解決頻譜資源有限的問題，一個可行的方法便是開發(fā)新的通信頻段，拓展通信帶寬。正因如此，目前有很多運營商或者設(shè)備供應(yīng)商在開展毫米波頻段通信的測試。

毫米波頻段是指30-300 GHz的頻段(如上圖所示)，相對比原來的6 GHz以下頻段，是個非常豐富的頻段資源，在這個頻段上無線電波的波長在1-10 mm之間。由于毫米波波長較短，在實際通信中傳輸損耗特別嚴(yán)重，空氣中的水蒸氣等都會導(dǎo)致其產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落，并且以直射波的形式傳輸，是一種典型的視距傳輸方式，穿透能力極差，墻體、樹葉等都會導(dǎo)致信號的阻斷，所以目前毫米波多用在基站與基站之間、雷達(dá)、衛(wèi)星等的傳輸上(基站架設(shè)在高出，彼此之間通常沒有建筑物的阻擋)。

因毫米波頻段具有高衰落特性，所以可以與大規(guī)模MIMO技術(shù)結(jié)合，來加強(qiáng)信號強(qiáng)度，或與small cell技術(shù)結(jié)合，來加強(qiáng)信號傳播的距離。

2. 提高小區(qū)密度-代表技術(shù)Small cell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G的實現(xiàn)必然是要在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上發(fā)生一些改變，既要兼容以往的系統(tǒng)也要提供更強(qiáng)的服務(wù)。Small cell的部署是提高頻譜利用率、加強(qiáng)用戶服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

Small cell不同與傳統(tǒng)的宏基站，它只需要較低的發(fā)射功率，可以較容易地部署在路燈等其他設(shè)施上，服務(wù)小范圍內(nèi)的用戶，如上圖所示。由于Small cell的服務(wù)范圍較小，所以不同的Small cell之間、以及Small cell與宏蜂窩之間便可以復(fù)用相同的頻譜資源，與傳統(tǒng)的宏蜂窩形成一種異構(gòu)結(jié)構(gòu)，極大地提升系統(tǒng)頻譜利用率。此外，Small cell可以起到中繼的效果，加強(qiáng)信號強(qiáng)度和覆蓋范圍，同時也能增加系統(tǒng)服務(wù)的終端個數(shù)。

3. 提高頻譜效率-代表技術(shù)大規(guī)模MIMO、波束成形

大規(guī)模MIMO是5G關(guān)鍵技術(shù)中非常有潛力的一個，相比4G系統(tǒng)中采用8根(或更少)發(fā)送天線，大規(guī)模MIMO將在同一個天線陣列上部署上百根天線，將天線陣列增益提升到一個新高度!大規(guī)模MIMO尚未在實際中部署和應(yīng)用，目前都是在實驗室或者一些特定環(huán)境下進(jìn)行測試，但通過已有的測試結(jié)果可以看到：大規(guī)模MIMO只需要采用簡單的線性預(yù)編碼處理(如MRT、ZF)便可以提供極高的下行傳輸速率。

波束成形/預(yù)編碼技術(shù)是與多天線系統(tǒng)密不可分的。波束成形技術(shù)可以使發(fā)送的信號具有一定的指向性，避免對周圍用戶的干擾，同時提升指定用戶的接收信號功率。隨著大規(guī)模MIMO系統(tǒng)天線數(shù)目的增加，系統(tǒng)可以服務(wù)更多的終端用戶，如何避免信號發(fā)送過程中產(chǎn)生的用戶干擾是重要問題。波束成形技術(shù)是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中不可或缺的一部分。