摘要：在5G名詞中，G是英文單詞“generation”的縮寫，5G即第五代移動通信技術(shù)。5G通信技術(shù)并非橫空出世，它的出現(xiàn)一方面是基于4G技術(shù)的演進，另一方面是新技術(shù)研發(fā)的結(jié)果。與上一代4G相比，5G不僅僅在速度方面得到提升，更是實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。本文將從關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新以及市場商用所面臨的挑戰(zhàn)等方面來闡述5G的發(fā)展。

　　為實現(xiàn)5G百倍提速的要求，可以通過大幅度的加大帶寬實現(xiàn)，而優(yōu)質(zhì)的帶寬資源存在于高頻率段。但增大帶寬將面臨一些列的技術(shù)難題，毫米波、微基站、高階MIMO、波束成形、雙全工傳輸?shù)燃夹g(shù)都因此而產(chǎn)生。在5G時代，大規(guī)模天線陣列，毫米波技術(shù)，新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新的空中接口設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)核心主要基于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大都能成倍提升性能。5G是技術(shù)的迭代升級和再發(fā)展，也可以說，如果沒有3G、4G技術(shù)的發(fā)展，就沒有5G的產(chǎn)生，5G技術(shù)的發(fā)展是技術(shù)積累和革命性技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果。

　　5G的技術(shù)優(yōu)勢

　　對于5G技術(shù)而言，相比于4G特點突出。5G不是簡單地強調(diào)峰值速率，而是考慮峰值速率、用戶使用率、頻譜利用率、移動性、延遲、連接密度、網(wǎng)絡(luò)能效和流量密度等多種因素。根據(jù)3GPP的定義，5G具有高性能、低延遲和高容量的特性，這些特點主要體現(xiàn)在毫米波，微基站，MassiveMIMO，波束成形，雙全雙工傳輸?shù)燃夹g(shù)上。

　　1. 毫米波

　　眾所周知，5G大大提升了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。提升傳輸速度有兩個方法：提高相應(yīng)頻譜的利用率，增加頻譜帶寬。顯然，與提高頻譜利用率相比第二種方法更簡單直接。但現(xiàn)在常用的5GHz頻段非常擁擠，而且頻譜帶寬僅僅只有100MHz左右，為尋找優(yōu)質(zhì)頻譜，技術(shù)廠商們想到去高頻電磁波段使用毫米波來解決問題。

　　毫米波是指波長為毫米級的電磁波，其頻率大約在24GHz和300GHz之間，相應(yīng)的波長在大約1mm和10mm之間。在毫米波頻段中，28GHz頻段是最有希望使用在5G上的，其可用頻譜帶寬達到了1GHz，毫米波之前一直應(yīng)用在軍用雷達、衛(wèi)星通信上，在移動通信史上還是首次被使用。當(dāng)然，毫米波最大的缺點就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G信號在高樓林立的環(huán)境下傳輸并不容易，這時候需要鋪設(shè)更多的微型基站來解決。

　　2. 微型基站

　　毫米波的頻率大、波長短、傳輸速度快，但空中傳輸信號衰減大、覆蓋范距離短，傳輸過程中更容易被障礙物阻擋，進而影響信號傳輸質(zhì)量。然而，與5GHz以下的傳統(tǒng)頻帶相比，毫米波的優(yōu)點在于天線的物理尺寸可以相對較小，因為天線的物理尺寸與頻帶的波長成比例。因此，可以采用部署更小的基站的方法來解決信號衰減的問題。未來5G通信不再依賴大型基站的架構(gòu)，數(shù)以千計的小型、微型基站將覆蓋城市的高樓大廈形成密集的網(wǎng)絡(luò)群，每個基站還可以從其他基站接收信號，并在任何位置向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，小型基站不僅比傳統(tǒng)基站規(guī)模小，而且大大減少了功耗。

　　3. Massive MIMO

　　MIMO的意思即是多輸入和多輸出。實際上這種技術(shù)在現(xiàn)有的4G基站上已經(jīng)得到了應(yīng)用，現(xiàn)有的4G基站只有十幾個天線，但5G基站可以支持?jǐn)?shù)百個天線。這些天線可以通過MassiveMIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，這意味著基站可以同時發(fā)送和接收來自更多用戶的信號。從而將移動網(wǎng)絡(luò)的容量增加數(shù)十倍或更多。應(yīng)用MIMO技術(shù)可以執(zhí)行一對多并行通信，并且每對天線獨立地發(fā)送一個信道，使得速率可以成倍增長，同時同頻地提供服務(wù)從而大幅提升系統(tǒng)容量以及系統(tǒng)覆蓋范圍。

　　4. 波束成形

　　Massive MIMO可以實現(xiàn)多輸入多輸出，但同時也面臨信號間的相互干擾的問題。波束形成可以解決這個問題，它可以使天線陣列發(fā)射的每個電磁波的空間相互抵消或增強，形成窄光束而不是全向發(fā)射。有限的能量集中在特定的傳輸方向上，不僅傳輸距離更遠，而且避免了信號干擾。

　　波束成行不僅可以在特定方向上傳播無線信號，還可以提高頻譜利用率。通過它我們可以同時從多個天線發(fā)送更多信息;在大規(guī)模天線基站中，我們甚至可以通過信號處理算法計算信號傳輸?shù)淖罴崖窂剑⒆罱K計算出移動終端的位置。因此，波束形成可以解決毫米波信號被障礙物阻擋并且長距離衰減的問題。

　　5. 全雙工

　　全雙工技術(shù)意味著設(shè)備的發(fā)送器和接收器占用相同的頻率資源并同時工作，因此通信的兩端可以同時使用相同的頻率。突破現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式，這是通信節(jié)點實現(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)。

　　5G商用面臨的挑戰(zhàn)

　　從技術(shù)來看，5G技術(shù)已經(jīng)成熟，從實驗室到運營商，再到大規(guī)模的商用部署只是時間問題。從成本來看，若要大規(guī)模推進5G商業(yè)化，必須建立更多的大中型基站及密集的微型基站群，而5G通信的設(shè)備部署成本是極其昂貴的。如此下來，運營商前期的投入大、利潤低、加大了運營風(fēng)險。從消費者角度來看，雖然5G相比于4G在通信速度、應(yīng)用場景上都有質(zhì)的飛躍，但在使用手機、電腦和其他終端時，消費者不會發(fā)現(xiàn)5G技術(shù)與4G技術(shù)之間存在實質(zhì)性差異，這是一個可能會限制5G發(fā)展前景的重要因素。因為體驗做不好，也就意味著沒有更多的消費者去做消費升級，因此可能造成5G的市場占有率不足。

　　結(jié)語

　　從本世紀(jì)初的2G到2010年左右推出的4G，到2020年計劃的5G商業(yè)化，通信世界的發(fā)展幾乎每10年就是一個時代。但通信行業(yè)本身也是一個基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，承擔(dān)著為各應(yīng)用場景提供通道的角色。所以5G技術(shù)要大規(guī)模推廣，則必須是技術(shù)與應(yīng)用成本的雙成熟。5G通信是大勢所趨，推進過程雖會有磕磕絆絆，但終會到來。