移動通信技術近幾年以來發(fā)展迅速，經(jīng)歷過了幾代技術的積累與沉淀，新一代通信協(xié)議也漸漸出現(xiàn)在我們的視野中，我們稱其為“5G”，何為“5G”?本文就以5G為中心，從它的概念、未來發(fā)展、以及其中幾大重要的技術說起，希望看完后，對你有一些幫助。
5G的概念：
5G是第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，在字面上5G是英文“第五代”的縮寫，此前移動通信領域已經(jīng)歷了四代技術的發(fā)展，其特征從模擬技術、數(shù)字技術一直走到了現(xiàn)在的高速多媒體通信。受訪的上述中國企業(yè)提出的5G設想，其特征包括可接入設備顯著增加、端到端時延減少、用戶速率提高、能夠為移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造條件等。
2014年5月13日，三星電子宣布，其已率先開發(fā)出了首個基于5G核心技術的移動傳輸網(wǎng)絡，并表示將在2020年之前進行5G網(wǎng)絡的商業(yè)推廣。
5G的未來：
三星在5G網(wǎng)絡上的取代技術突破，將給全球5G網(wǎng)絡研發(fā)帶來活力，并推動其商業(yè)化進程，同時有助于5G網(wǎng)絡技術國際標準的制定。
為搶占未來市場，當前全球多個國家已競相展開5G網(wǎng)絡技術開發(fā)，中國和歐盟正在投入大量資金用于5G網(wǎng)絡技術的研發(fā)。
當前全球多個國家已競相展開5G網(wǎng)絡技術開發(fā)，中國和歐盟都為此投入了大量資金和研發(fā)力量。三星在5G網(wǎng)絡上取得的技術突破，將進一步加劇全球5G網(wǎng)絡研發(fā)的競爭，加速其商業(yè)化進程。三星電子DMC研究所有關專家表示，隨著移動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度的突飛猛進，畫質(zhì)超過全高清4倍-8倍的超高清(UHD)影像以及3D立體影像制作業(yè)也將迎來發(fā)展的新時期。
如果3G網(wǎng)速是清風，4G網(wǎng)速是暴風，那么5G網(wǎng)速應該就是龍卷風。隨著20Gbps速度5G網(wǎng)絡的臨近，未來的生活將會發(fā)生哪些變化?
網(wǎng)速更快資費更低
網(wǎng)速快不是5G的唯一標準，但對用戶而言，5G最起碼要網(wǎng)速更快，到底有多快?
韓國三星公司曾經(jīng)在2013年測試過1Gbps的5G網(wǎng)絡，這意味著下載一部高清電影只需要1秒。而英國最新一項實驗證明，無線數(shù)據(jù)連接的速度最高可以達到800Gbps，相當于在一秒鐘之內(nèi)可下載800部高清電影。
網(wǎng)絡資費高，一直是中國用戶的心頭之痛。4G商用之初，就有用戶吐槽 “一夜不關流量房子歸移動”。 5G時代，這種擔心就變得多余了，當5G開始商用，網(wǎng)絡資費會進一步降低。
衣食住行萬物互聯(lián)
可以說，從4G到5G，將會是根本性的革命，通信技術能真正廣泛地應用，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，尤其是交通、醫(yī)療、工業(yè)等領域。
據(jù)5月末我國發(fā)布的 《5G網(wǎng)絡技術架構白皮書》，到2020年左右，5G將大規(guī)模商用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流量千倍增長，使經(jīng)濟生活從過去的移動互聯(lián)網(wǎng)擴展到物聯(lián)網(wǎng)領域。
到2020年，外界普遍預測全球將會有500億到1000億部設備接入到互聯(lián)網(wǎng)中。據(jù)預測，5G如果全部實現(xiàn)部署以后，其所提供的連接數(shù)會達到千億數(shù)量級，萬物聯(lián)網(wǎng)將成為現(xiàn)實，包括遠程手術、無人駕駛汽車和各種各樣的“物聯(lián)網(wǎng)”。
物聯(lián)網(wǎng)可不僅僅只是讓你通過遠程控制的方式提高室內(nèi)溫度或冰箱提醒你購買牛奶，甚至在列車還未到站的時候就可以告訴等車的乘客們現(xiàn)在還有多少空座，5G網(wǎng)絡還將支持可佩戴式設備，例如健身跟蹤器和智能手表、智能頭盔、智能家庭設備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等。
與WIFI無縫對接
5G網(wǎng)絡將比以往任何移動網(wǎng)絡連接都更加穩(wěn)定，延遲性降低，同時，無線技術的進步將會讓網(wǎng)絡突然中斷的現(xiàn)象變得越來越少，延遲指的就是發(fā)出命令和命令得到響應之間的時間差。
曹淑敏介紹了5G時代的“低延遲、高可靠場景”，比如說，在無人駕駛的領域，汽車在駕駛時要有毫秒級的反應。除無人駕駛汽車外，還有許多其他技術都對網(wǎng)絡的低延遲性擁有很高的要求。比如智能交通、遠程控制手術、遠程控制機器人進行復雜操作等。愛立信預測，5G網(wǎng)絡的延遲將會在1毫秒之內(nèi)，比目前4G網(wǎng)絡的延遲快了50倍。這非常重要，尤其是在醫(yī)生需要依靠網(wǎng)絡進行遠程手術或診斷的時候。
全球頂尖通信信息研究機構貝爾實驗室無線研究部副總裁介紹，5G時代，手機用戶對移動網(wǎng)絡和WIFI網(wǎng)絡的感知差異可能將消失。用戶從室外到室內(nèi)，從移動網(wǎng)絡連接到WIFI，可以無縫、平滑過渡，省去了切換網(wǎng)絡、輸入密碼等繁瑣步驟，幾乎感覺不到WIFI“存在”，包括語音通話也可以在WIFI網(wǎng)絡上傳輸。從用戶角度來看，WIFI似乎“消亡”，而其實是與移動網(wǎng)絡融合，讓用戶感知不到兩者的差異。
此外，5G還適用于 “低光耗、大連接”的場景，比如在橋梁、高速鐵路、野外等等，會大量使用傳感器，有了5G技術，能做到低功耗，就能長時間使用。
需要關注的技術：
1、增加帶寬是關鍵
5G最顯著的特點是高速，按規(guī)劃速率會高達10～50Gbps，人均月流量大約有36TB。如此高的速率該靠什么資源來支撐呢?必須要靠更大的帶寬!
帶寬用字母B來表示，它就好比是道路寬度，最大速率用C來表示，它就好比是道路的最大車流量。顯然易見，4車道的最大車流量是2車道的2倍，8車道的是2車道的4倍，這非常好理解。
增加車道數(shù)是提高最大車流量最直接有效的方法，同樣地，提高速率的最直接有效的方法就是增加帶寬。我依然記得讀研究生時，老師在講到帶寬時擲地有聲地說：“你們給我記?。焊咚倬褪菍拵В瑢拵Ь褪歉咚?
人們對通信速率要求越來越高，迫使著信道的帶寬就越來越寬，幾根電話線的帶寬不夠，那就增加到幾百根，幾百根不夠就換成同軸電纜，電纜帶寬不夠就換成光纖，有線通信的帶寬就是這樣一代代地遞增著。
而手機通信使用的是無線信道，那它的帶寬是如何增加的呢?核心方法就是采用更高的頻段。
上過初中的都知道【光速=頻率×波長】這個公式，知道這個公式就能看懂上面這個表格了，頻率與波長成反比，兩者之積等于光速，即30萬公里/秒。
請看表格中兩個黃色塊的數(shù)據(jù)，數(shù)值都是3～30，但單位不同，甚低頻段的整個帶寬是27kHz，超高頻段的整個帶寬是27GHz，后者是前者的100萬倍!由此可見，頻段越高且?guī)捲酱?，這點非常好理解，好比是低保戶和大富豪都拿出全部的財產(chǎn)，后者會比前者多得多。
所以關系就來了：5G時代若想更高速，就得使用更大的帶寬，而要取得更大的帶寬，就得使用更高的頻段。4G之前使用是特高頻段，5G就得往超高頻甚至更高的頻段發(fā)展了。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的專家預測，將來有可能使用30GHz~60GHz的頻段，俄羅斯專家甚至提出了80GHz的方案。
30GHz以上的頻段，比上表中最后一項的超高頻還要高，其波長自然要比厘米段更短，那就是更短的毫米波，因此毫米波就順理成章地成為了5G的一項關鍵技術。
2、毫米波技術
電波傳播的特性很有趣，頻率越高(即波長越短)的電磁波，就越傾向于直線傳播，當高到紅外線和可見光以上時，就一點也不打彎了，這是個漸進的過程。
毫米波一般不用于移動通信領域，原因就是它的頻率都快接近紅外線了，信道太“直”，移動起來不容易對準。請想象一個場景，您拿著激光筆指遠處墻壁上的圖釘，是不是一件很困難的事?
例如衛(wèi)星車就很難“動中通”，開動起來車身搖擺，天線(就是那個大鍋)就很難對準衛(wèi)星，通常只能駐車后工作，而且必須精細調(diào)整天線的角度，使其電波的輻射方向正對著衛(wèi)星，否則就無法通信。
手機是移動使用的，不可能打電話時還舉著手機瞄準準基站的方向，那樣實在是反人性。雖然在非正對方向也有信號，但強度會明顯衰弱，使用體驗會比4G之前要差得多。
電磁波有五種傳播模式，相對于未來的5G時代，我們現(xiàn)在手機的頻率要低得多，其繞射能力還是不錯的，樓房陰影處的信號也沒太大問題，因為信號可以繞著到達。
而未來5G的頻率會高得多，繞射能力會下降，信號只能傻楞楞地直著走，以往信號能到達的犄角旮旯就到不了了，那該怎么辦呢?這就引出了更一項技術—微基站技術。
3、大規(guī)模MIMO
大規(guī)模MIMO技術作為5G的一項關鍵技術，可利用多天線多用戶空分技術成倍提升頻譜效率，幫助運營商最大限度利用已有資源。
大規(guī)模 MIMO的基本特征是：在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)配置數(shù)十根甚至數(shù)百根以上天線，較 4G系統(tǒng)中的4(或8)根天線數(shù)增加一個量級以上，這些天線以大規(guī)模陣列的方式集中放置。這樣可帶來的好處是：首先，基站覆蓋范圍內(nèi)的多個用戶可在同一時頻資源上與基站同時進行通信，充分利用大規(guī)模天線配置帶來的空間自由度，提升頻譜效率;其次，利用大規(guī)模天線帶來的分集增益和陣列增益，還可提升用戶與基站通信的功率效率。
其實，早期提出的分布式協(xié)作網(wǎng)絡，就已經(jīng)引入了多用戶MIMO的通信模式。在分布式協(xié)作網(wǎng)絡中，處于不同地理位置的節(jié)點(分布式天線)在同一時頻資源上完成與不同用戶終端的通信，在提高頻譜效率和功率效率的同時，也改善了小區(qū)邊緣用戶的性能。然而，傳統(tǒng)的分布式天線往往會出現(xiàn)頻譜效率和功率效率提升的“瓶頸”問題，這使得大規(guī)模MIMO在深度挖掘和利用空間維度方面獨具優(yōu)勢。
當然，大規(guī)模MIMO也存在一些技術上的挑戰(zhàn)。首先是大規(guī)模MIMO信道建模問題，目前大部分研究都假設大規(guī)模MIMO信道是獨立同分布信道，但實測結果卻表明，信道能量往往集中在有限的方向上;其次是導頻污染問題。在TDD大規(guī)模MIMO傳輸方案中，各用戶向基站發(fā)送正交的導頻信號，基站估計上行信道后利用信道互易性來獲得下行信道參數(shù)，然而，隨著用戶數(shù)目的增加，導頻開銷也隨之增加，相互正交的導頻就變得不再夠用，這就是所謂的“導頻污染”;另外，在多用戶傳輸技術方面，如何在有限的信道信息條件下實施下行預編碼和上行多用戶聯(lián)合接收等，都是大規(guī)模MIMO中有待解決等關鍵問題。
總之，傳統(tǒng)的MIMO技術目前已商用并趨于成熟，而大規(guī)模MIMO技術能夠更充分地利用空間維度，大幅度地提升頻譜效率和功率效率，必將成為5G移動通信系統(tǒng)中的一顆耀眼明珠。
4、波束賦形技術
中國主導的3G國際標準TD-SCDMA有六大技術特點，其中有一項就是智能天線，在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能跟據(jù)手機的移動而轉變方向。
由全向的信號覆蓋變?yōu)榱司珳手赶蛐苑?，這種新形式的無線電波束就不會干擾到其它方向的波束，從而可以在相同的空間中提供更多的通信鏈路。這種充分利用空間的無線電波束技術是一種空間復用技術，可以極大地提高基站的服務容量。
遺憾的是這項技術沒有在3G時代得到應用，但在5G入網(wǎng)設備數(shù)量成百上千倍增加的情況下，這種波束賦形技術所能帶來的容量增加就顯得非常有價值，波束賦形技術很可能成為5G的關鍵性技術之一。
波束賦形技術不僅能大幅度增加容量，還可大幅度提高基站定位精度。當前的手機基站定位的精度很粗劣，這是源于基站全向輻射的模式。當波束賦型技術成功應用后，基站對手機的輻射波瓣是很窄的，這就知道了手機相對于基站的方向角，再加上通過接收功率大小推導出手機與基站的距離，就可以實現(xiàn)手機的精準定位了，并因此而擴展出非常多的定位增值服務。
5、C-RAN技術：
C-RAN是根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)條件和技術進步的趨勢，提出的新型無線接入網(wǎng)構架。C-RAN是基于集中化處理(Centralized Processing)，協(xié)作式無線電(Collaborative Radio)和實時云計算構架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無線接入網(wǎng)構架(Clean system)。其本質(zhì)是通過實現(xiàn)減少基站機房數(shù)量，減少能耗，采用協(xié)作化、虛擬化技術，實現(xiàn)資源共享和動態(tài)調(diào)度，提高頻譜效率，以達到低成本，高帶寬和靈活度的運營。C-RAN的總目標是為解決移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展給運營商所帶來的多方面挑戰(zhàn)(能耗，建設和運維成本，頻譜資源)，追求未來可持續(xù)的業(yè)務和利潤增長。這在5G技術發(fā)展上，會是比較屬于后面的階段。
6、新的調(diào)制技術：
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