什么是5G網絡？
如果用標志性能力和關鍵技術來定義每一代移動通信網絡，5G網絡關鍵能力極為豐富：用戶能體驗到0.1-1Gbps的下行速率，毫秒級的端到端時延，每小時500公里以上的高速移動特性，容納海量設備入網。關鍵技術將會在后文詳細說明，下面通過與4G對比、5G之花，看看5G到底能給我們帶來什么新的體驗突破。
從對比數據來看，理論峰值速度往往設定得比較高，當網絡大規(guī)模商用后，由于高連接數密度導致基站出現飽和現象，實測速率急劇下降，通常只有峰值速度1/3。另一方面從5G白皮書給出的5G之花可以了解，對比4G網絡，5G網絡在用戶體驗速率和流量密度上有了質的飛躍。即便是按照1/3的關系換算，5G的日常體驗速率也能發(fā)揮到350Mbps。當然不排除5G后續(xù)演進會給予我們更多驚喜。
中國提出的5G之花
需求在何方？
目前我們認為5G網絡的主要驅動力來源于：
1、物聯網。未來移動通信發(fā)展方向，擴展了移動通信的服務范圍，從以前人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯，使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業(yè)和領域，入網設備也因此爆發(fā)式增長。例如智能家居、智能汽車、智能傳感器都將接入移動通信網，為用戶提供服務。
2、在未來幾十年，移動數據流量將出現爆炸式增長。預計2010年到2020年全球移動數移動數據流量會出現高速增長，而且在中國增速高于全球平均水平。
3、業(yè)務和用戶需求。在未來，4k視頻、3D和浸入式視頻的流行將會使得數據流量大幅提升，VR虛擬現實、云桌面等業(yè)務，不僅對上下行數據傳輸速率提出挑戰(zhàn)，同時也對超低時延、高速移動情況下保持數據連接提出了苛刻要求。
5G什么時候實現？
2015年在瑞士日內瓦召開的無線電通信全會上正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020”。早在三年前，國際電信聯盟ITU已啟動了面向5G標準的研究工作，并明確了工作計劃。3GPP作為國際移動通信行業(yè)的主要標準組織，將承擔5G國際標準技術內容的制定工作。
5G標準實施時間
盡管目前各大通信巨頭進行技術上研發(fā)以及5G技術標準之間的相互博弈，都希望本公司的技術和專利被納入標準之內，以便獲得后續(xù)巨大利益?？傮w來說5G標準制定工作處于落后階段，5G商業(yè)化依然無期。
5G有什么關鍵無線技術？
既然5G標準還未確定，那么到底有哪些具有潛力的候選技術呢？在無線核心技術領域，大規(guī)模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻譜接入這四個技術是最為熱門的關鍵技術。
5G關鍵技術
在前文提及，按照5G規(guī)劃的用戶體驗速率會高達0.1-1Gbps。如果把數據比喻成一輛輛車，帶寬就好比是道路寬度，最大速率是道路的最大車流量。顯然易見，增加車道數是提高最大車流量最直接有效的方法。同樣的，提高速率的最簡單粗暴的方法就是增加帶寬。
道路擁堵解決方案
3.5GHz頻段
應用高帶寬的核心方法就是采用更高的頻段，同時從已經分配好的頻譜資源來看，2.5GHz以下的頻譜資源已經幾乎被利用完。
中國無線電頻譜分配
因此目前最被看好的5G頻段是3.5GHz，也是國際上的熱點頻段。歐洲、美國、日本也都在進行3.5GHz頻段的技術試驗，目前中國移動對3.5GHz這個頻段進行多種測試驗證可行性。
各國3.5GHz頻道應用
毫米波
高帶寬必須依托著高頻段，那么5G就很可能會使用超高頻段。根據物理公式c=λf，30GHz以上的頻段，其波長縮短至毫米級別，稱為毫米波。能提供Gbps級別傳輸速率，完全滿足5G的指標需求。
波長與頻率關系
微基站
日常生活中，如果我們進入一些大廈陰暗角落或者是密集多層結構的建筑里面，我們的手機往往沒有4G信號，只剩下2G網絡。這是因為對于電磁波頻率越高，繞射能力越弱，2G頻段在0.9GHz，4G頻段都在1.7GHz以上，而5G使用的頻率會更高，繞射能力直線下降，信號只能直射而且傳播距離十分有限，將傳統上使用的大型宏基站改用站點更多、密度更大的微基站，是解決毫米波直線傳播、傳播距離有限的終極方案。
高頻段繞射解決方案
大規(guī)模陣列天線
電磁波波長縮短到毫米波，也對天線尺寸造成影響。據天線設計理論：線尺寸為波長的1/10~1/4之間，其天線增益和輻射效率達到最大。使用毫米波后，天線尺寸也變?yōu)楹撩准?，可以在以前相同面積設備內布置更多的天線。通信基站可以采用大規(guī)模陣列天線，極大地提升了頻率效率、用戶體驗、傳輸可靠性。
瑞典隆德大學開發(fā)的128陣列天線實驗機
高階MIMO
引入陣列天線后，又給高階MIMO技術的實現帶來了新的可能。應用MIMO技術可以進行一對多的并行通信，每一對天線都獨立傳送一路信息，這樣就可以成倍提高速率，同時同頻地提供服務從而大幅提升系統容量以及系統覆蓋范圍。
高階MIMO技術
波束賦形
利用通信基站的陣列天線，通過對射頻信號相位的進行控制，使得干涉以后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，由燈泡模式變成有指向性的手電筒模式，并指向它所提供服務的手機，還能跟據手機的移動而轉變方向。在5G入網設備數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。
電磁波水平方法輻射圖
多載波聚合
將十分零散的載波信號通過轉換組合成一個具有寬頻帶的新載波進行數據傳輸，配合上MIMO和波束賦形技術使用，有效提高頻譜效率和傳輸速率。在未來的5G中，聚合波段遠遠不止三個，速率前所未有。
載波聚合示意圖
非正交多址技術
多址接入技術是指移動通信系統中，使所有的用戶共享有限的無線資源，并實現不同用戶不同地點同時通信并盡可能減少干擾的目的。為了進一步提升5G的頻譜效率和傳輸容量，提出了全新的非正交多址技術。其可以理解為OFDM的基礎上增加了一個功率域維度。新增功率域可以讓系統利用每個用戶不同的路徑損耗來實現多用戶復用，提高系統容量和魯棒性。
正交與非正交多址技術
對5G網絡，你有什么期待？
作為用戶的我們，可以利用下一代移動通信網絡做哪些曾經不敢想象的事情呢？根據5G的關鍵指標，可以大膽地推測，5G將會實現信息隨心至，萬物觸手及。
1、優(yōu)秀的移動互聯網體驗
·超高速率下，僅需要幾秒即可下載一部高清電影。
·超低延遲下，即使用移動網絡也能輕松應付如LOL競技類對時延要求極為苛刻的游戲。
·超高移動速度，在高鐵上也能愉快地打電話瀏覽互聯網資訊。
2、萬物互聯
我們所有的智能設備都支持直接接入移動網絡中，不需用每天藍牙同步到手機終端如此麻煩，所有數據自動上傳到終端，以圖形化形式展示。車聯網、智能家居更不再話下，甚至可以用5G網絡快速搭建遠程醫(yī)療環(huán)境，遠程操作例如達芬奇醫(yī)療機器人進行手術。
3、云、VR的未來
高速網絡的可以讓我們不用下載軟件、游戲，一切都在云端實現。在線播放超高清視頻，甚至可以無線支持現在非常火爆的VR虛擬現實技術，甩掉那又長又累贅的數據線。
5G網絡能帶給我們更多的期待
