隨著工信部5G商用牌照的發(fā)放，我國正式進(jìn)入5G商用元年。5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，具有超高帶寬、超多連接、超低時(shí)延三大特性。與4G相比，5G的提升是全方位的，支持0.1～1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每平方公里數(shù)10Tbps的流量密度，500Km/h以上的移動(dòng)性能和20Gbps的峰值速率。

5G背后的關(guān)鍵技術(shù)主要有網(wǎng)絡(luò)切片、毫米波、小基站、Massive MIMO、波束成形及全雙工等。

1.網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景，大速率、低時(shí)延、海量連接、高可靠性等，將網(wǎng)絡(luò)切割成滿足不同需求的虛擬子網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)虛擬子網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、安全性、時(shí)延、可靠性，甚至計(jì)費(fèi)方式等都不一樣，相互之間邏輯獨(dú)立，形成“網(wǎng)絡(luò)切片”。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵技術(shù)是NFV（Network Function Virtualization網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）和SDN（Software Defined Network軟件定義網(wǎng)絡(luò)）。NFV通過IT虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化，并運(yùn)行于通用硬件設(shè)備之上，以替代傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備；而SDN實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層與控制層的分離，從而可對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活調(diào)配、管理和編程（如圖1所示）。

2.毫米波抖音刷贊平臺(tái)

隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬會(huì)極大地影響用戶的體驗(yàn)。無線傳輸速率的提升一般通過增加頻譜的利用率或增加頻譜的帶寬來實(shí)現(xiàn)，毫米波技術(shù)屬于后者。毫米波指波長在1～10毫米的電磁波，頻率處于30GHz～300GHz的區(qū)間，大致位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，因而兼具兩種波譜的特點(diǎn)。根據(jù)通信原理，載波頻率越高，其可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)帶寬也就越大。以28GHz和60GHz兩個(gè)頻段為例，28GHz的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，60GHz的可用信號(hào)帶寬則可達(dá)2GHz。使用毫米波頻段，頻譜帶寬較4G可翻10倍，傳輸速率也將更快。

3.小基站

毫米波技術(shù)的缺陷是穿透力差、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。因?yàn)楹撩撞ǖ念l率很高、波長很短，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)。大量的小型基站可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。以250米左右的間距部署小基站，運(yùn)營商可以在每個(gè)城市部署數(shù)千個(gè)小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)基站就可以從其它基站接收信號(hào)并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。小基站不僅在規(guī)模上小于大基站，功耗也大為降低。

4.Massive MIMO

4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線。這些天線通過Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，可以同時(shí)向更多的用戶發(fā)送和接收信號(hào)，從而將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍甚至更大。正如隆德大學(xué)教授Ove Edfors所說，Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向，當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時(shí)域或頻域?yàn)橛脩糁g實(shí)現(xiàn)資源共享時(shí)，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域的新途徑，基站采用大量天線并進(jìn)行同步處理，可同時(shí)在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。

5.波束成形

Massive MIMO技術(shù)為5G大幅增加容量的同時(shí)，其多天線的特點(diǎn)也勢(shì)必會(huì)帶來更多的干擾，波束成形是解決這一問題的關(guān)鍵。通過有效地控制這些天線，使它發(fā)出的電磁波在空間上互相抵消或者增強(qiáng)就可以形成一個(gè)很窄的波束，從而使有限的能量集中在特定方向上傳輸，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)，而且還避免了信號(hào)的干擾。波束成形還可以提升頻譜的利用率，通過這一技術(shù)我們可以同時(shí)從多個(gè)天線傳輸更多的信息。對(duì)于大規(guī)模的天線基站群，我們甚至可以通過信號(hào)處理算法計(jì)算出信號(hào)傳輸?shù)淖罴崖窂胶鸵苿?dòng)終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號(hào)被障礙物阻擋、遠(yuǎn)距離衰減的問題。

6.全雙工

5G的另一大特色是全雙工技術(shù)。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(shí)進(jìn)行工作，使得通信的兩端同時(shí)在上、下行使用相同的頻率，突破了現(xiàn)有的頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）模式下的半雙工缺陷，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)。

作者：周迪 徐愛華 宇視研究院

來源：《中國安防》雜志