上周，當(dāng)所有人都沉浸在iPhone 8的消息中時(shí)，一條德國(guó)電信發(fā)布的消息，席卷并震驚了整個(gè)歐洲——中國(guó)華為，正式推出5G網(wǎng)絡(luò)！

據(jù)報(bào)道，德國(guó)電信已經(jīng)正式宣布聯(lián)合華為公司推出全球首個(gè)5G商用網(wǎng)絡(luò)。這是全球第一個(gè)推出完整5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的政府和企業(yè)。

通信世界的演化很快，幾乎10年就是一個(gè)時(shí)代，從上世紀(jì)90年代的2G，到2010年左右興起的4G。這個(gè)行業(yè)云集了世界上最聰明的一群人，鉆研著最頂尖的技術(shù)，為社會(huì)帶來無盡的便利和福祉。近代人類社會(huì)的演進(jìn)伴隨的就是通信技術(shù)的演進(jìn)，從最開始的電報(bào)，電話，到近代的移動(dòng)通信技術(shù)，正是溝通便捷讓加快了歷史的進(jìn)程。

什么是5G網(wǎng)絡(luò)？

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G），是4G之后的延伸。下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟對(duì)5G的定義如下：“5G是一個(gè)端對(duì)端的生態(tài)系統(tǒng)，可帶來一個(gè)全面移動(dòng)和聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。通過由可持續(xù)商業(yè)模式開啟的、具備連貫體驗(yàn)的現(xiàn)有和新型的用例，它增強(qiáng)了面向消費(fèi)者合作者的價(jià)值創(chuàng)造。”

如果用標(biāo)志性能力和關(guān)鍵技術(shù)來定義每一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵能力極為豐富：用戶能體驗(yàn)到0.1-1Gbps的下行速率，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每小時(shí)500公里以上的高速移動(dòng)特性，容納海量設(shè)備入網(wǎng)。下面通過與4G對(duì)比、5G之花，看看5G到底能給我們帶來什么新的體驗(yàn)突破。

從對(duì)比數(shù)據(jù)來看，理論峰值速度往往設(shè)定得比較高，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用后，由于高連接數(shù)密度導(dǎo)致基站出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，實(shí)測(cè)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(duì)比4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)在用戶體驗(yàn)速率和流量密度上有了質(zhì)的飛躍。即便是按照1/3的關(guān)系換算，5G的日常體驗(yàn)速率也能發(fā)揮到350Mbps。當(dāng)然不排除5G后續(xù)演進(jìn)會(huì)給予我們更多驚喜。

5G網(wǎng)絡(luò)的主要特征

5G網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點(diǎn)：極高的速率，極大的容量，極低的時(shí)延。

高速率

5G可以說是站在巨人的肩膀上，依托4G良好的技術(shù)架構(gòu)，5G可以比較方便的在其基礎(chǔ)之上構(gòu)建新的技術(shù)。未來的5G愿景最強(qiáng)烈的一個(gè)方面就是用戶體驗(yàn)到的網(wǎng)絡(luò)速率。4G現(xiàn)在已經(jīng)很快了，但是還不夠，5G要做到的目標(biāo)是最大10Gbps。

10Gbps是如何做到的呢？現(xiàn)在的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工作在相對(duì)較低的頻段，低頻段的好處的是傳播性能優(yōu)越，可以使運(yùn)營(yíng)商用較少的成本（少量基站）達(dá)到很好的覆蓋。但是有一點(diǎn)不足就是低頻段的連續(xù)頻率資源非常寶貴，在國(guó)外各大運(yùn)營(yíng)商會(huì)通過競(jìng)標(biāo)的方式購(gòu)買頻段的使用權(quán)，而在我們國(guó)家是政府分配。在4G LTE中單個(gè)載波最大的頻率范圍是20MHz，通過載波聚合技術(shù)可以將多個(gè)非連續(xù)的載波合起來使用達(dá)到更高的速率，但是這樣還依然不夠。5G的一個(gè)特點(diǎn)就是高頻，受限于高頻的傳播性能，所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用，這正是5G可以好好利用的資源。

但是如何解決高頻通信的傳播問題呢？這就輪到大規(guī)模天線（massive MIMO）登場(chǎng)的時(shí)候了，高頻資源的頻率很高，波長(zhǎng)就很短（毫米波），那么在天線設(shè)計(jì)的時(shí)候可以做到天線陣子和他們之間的距離很小，就可以在很小的范圍內(nèi)集成天線陣列。天線陣子數(shù)量的增加可以帶來額外的增益，結(jié)合波束賦形，波束追蹤技術(shù)以彌補(bǔ)高頻通信在傳播上的受限。

大容量

物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)話題最近幾年來一直占據(jù)著熱門，但是受限于終端的功耗以及無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，廣域物聯(lián)網(wǎng)仍處于萌芽的狀態(tài)，伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，可以預(yù)見未來它必將大熱。5G將會(huì)通過什么技術(shù)手段來支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呢？

首先看看它將如何解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心問題：功耗問題是困擾著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最大障礙，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)太多，而且由于很多條件的限制，終端沒有辦法充電，只有通過初次裝入電池，寄希望于終端自身能夠節(jié)省電能，使用越久越好。

為了解決這個(gè)問題3GPP專門推出了針對(duì)廣域物聯(lián)網(wǎng)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過限定終端的速率（物聯(lián)網(wǎng)終端對(duì)通信的實(shí)時(shí)性一般不高），降低使用帶寬，降低終端發(fā)射功率，降低天線復(fù)雜度（SISO），優(yōu)化物理層技術(shù)（HARQ，降低盲編碼嘗試），半雙工使終端的耗電量降低。

而5G還會(huì)在這個(gè)基礎(chǔ)上走得更遠(yuǎn)，通過降低信令開銷使終端更加省電，使用非正交多址技術(shù)以支持更多的終端接入。

低時(shí)延高可靠

LTE網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延邁進(jìn)了100ms的關(guān)口，使對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用如游戲，視頻，數(shù)據(jù)電話成為可能。而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，將會(huì)使時(shí)延降到更低，會(huì)為更多對(duì)時(shí)延要求極致的應(yīng)用提供生長(zhǎng)的土囊。

降低時(shí)延的技術(shù)原理：LTE中的一個(gè)TTI是1ms，而5G將通過對(duì)幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將每個(gè)子幀在時(shí)域上進(jìn)行縮短從而在物理層上進(jìn)行時(shí)延的優(yōu)化。相信在后期5G信令的設(shè)計(jì)上也會(huì)采用以降低時(shí)延為目標(biāo)的信令結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

5G的關(guān)鍵無線技術(shù)

3.5GHz頻段

應(yīng)用高帶寬的核心方法就是采用更高的頻段，同時(shí)從已經(jīng)分配好的頻譜資源來看，2.5GHz以下的頻譜資源已經(jīng)幾乎被利用完。

因此目前最被看好的5G頻段是3.5GHz，也是國(guó)際上的熱點(diǎn)頻段。歐洲、美國(guó)、日本也都在進(jìn)行3.5GHz頻段的技術(shù)試驗(yàn)，目前中國(guó)移動(dòng)對(duì)3.5GHz這個(gè)頻段進(jìn)行多種測(cè)試驗(yàn)證可行性。

毫米波

高帶寬必須依托著高頻段，那么5G就很可能會(huì)使用超高頻段。根據(jù)物理公式c=λf，30GHz以上的頻段，其波長(zhǎng)縮短至毫米級(jí)別，稱為毫米波。能提供Gbps級(jí)別傳輸速率，完全滿足5G的指標(biāo)需求。

微基站

日常生活中，如果我們進(jìn)入一些大廈陰暗角落或者是密集多層結(jié)構(gòu)的建筑里面，我們的手機(jī)往往沒有4G信號(hào)，只剩下2G網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)閷?duì)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(huì)更高，繞射能力直線下降，信號(hào)只能直射而且傳播距離十分有限，將傳統(tǒng)上使用的大型宏基站改用站點(diǎn)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。

大規(guī)模陣列天線

電磁波波長(zhǎng)縮短到毫米波，也對(duì)天線尺寸造成影響。據(jù)天線設(shè)計(jì)理論：線尺寸為波長(zhǎng)的1/10~1/4之間，其天線增益和輻射效率達(dá)到最大。使用毫米波后，天線尺寸也變?yōu)楹撩准?jí)，可以在以前相同面積設(shè)備內(nèi)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(yàn)、傳輸可靠性。

高階MIMO

引入陣列天線后，又給高階MIMO技術(shù)的實(shí)現(xiàn)帶來了新的可能。應(yīng)用MIMO技術(shù)可以進(jìn)行一對(duì)多的并行通信，每一對(duì)天線都獨(dú)立傳送一路信息，這樣就可以成倍提高速率，同時(shí)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。

波束賦形

利用通信基站的陣列天線，通過對(duì)射頻信號(hào)相位的進(jìn)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(wù)的手機(jī)，還能跟據(jù)手機(jī)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)變方向。在5G入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量成百上千倍增加的情況下，這種波束賦形技術(shù)所能帶來的容量增加就顯得非常有價(jià)值。

多載波聚合

將十分零散的載波信號(hào)通過轉(zhuǎn)換組合成一個(gè)具有寬頻帶的新載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，配合上MIMO和波束賦形技術(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)不止三個(gè)，速率前所未有。

非正交多址技術(shù)

多址接入技術(shù)是指移動(dòng)通信系統(tǒng)中，使所有的用戶共享有限的無線資源，并實(shí)現(xiàn)不同用戶不同地點(diǎn)同時(shí)通信并盡可能減少干擾的目的。為了進(jìn)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(shù)。其可以理解為OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)功率域維度。新增功率域可以讓系統(tǒng)利用每個(gè)用戶不同的路徑損耗來實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù)用，提高系統(tǒng)容量和魯棒性。

如何區(qū)分4G和5G？

1、首先也是最為重要的，基于LTE的4G網(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷一次快速部署，而5G網(wǎng)絡(luò)尚未開始大規(guī)模部署。

2、4G和之前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要側(cè)重于原始帶寬的提供，而5G旨在提供無所不在的連接，為快速?gòu)椥缘木W(wǎng)絡(luò)連接奠定基礎(chǔ)，無論用戶身處的是摩天大樓還是地鐵站。

3、5G網(wǎng)絡(luò)并不會(huì)獨(dú)立存在，它將會(huì)是多種技術(shù)的結(jié)合，包括2G、3G、LTE、LTE-A、Wi-Fi、M2M等等。換句話說，5G的設(shè)計(jì)初衷是去支持多種不同的應(yīng)用，比如物聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和沉浸式游戲。

不同于4G，5G網(wǎng)絡(luò)有能力處理大量的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和流量類型。比如說，當(dāng)處理高清視頻在線播放任務(wù)時(shí)，5G可提供超高的速度鏈接。而面對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它就只會(huì)提供低數(shù)據(jù)傳輸速率了。

4、5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)率先使用云RAN和虛擬RAN這樣的新架構(gòu)，以促進(jìn)一個(gè)更加中心化網(wǎng)絡(luò)的建立，并通過身處網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地化數(shù)據(jù)中心來最大化地利用服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)。

5、最后，5G還會(huì)率先利用感知無線電技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)決定提供頻段的類型，分辨移動(dòng)和固定設(shè)備，在特定時(shí)間內(nèi)適配當(dāng)前狀況。換句話說，5G網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)服務(wù)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和Facebook應(yīng)用。

對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)，你有什么期待？

作為用戶的我們，可以利用下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)做哪些曾經(jīng)不敢想象的事情呢？根據(jù)5G的關(guān)鍵指標(biāo)，可以大膽地推測(cè)，5G將會(huì)實(shí)現(xiàn)信息隨心至，萬物觸手及。

5G能帶來什么？

優(yōu)秀的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)

1、超高速率下，僅需要幾秒即可下載一部高清電影。

2、超低延遲下，即使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也能輕松應(yīng)付如LOL競(jìng)技類對(duì)時(shí)延要求極為苛刻的游戲。

3、超高移動(dòng)速度，在高鐵上也能愉快地打電話瀏覽互聯(lián)網(wǎng)資訊。

萬物互聯(lián)

我們所有的智能設(shè)備都支持直接接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，不需用每天藍(lán)牙同步到手機(jī)終端如此麻煩，所有數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到終端，以圖形化形式展示。車聯(lián)網(wǎng)、智能家居更不再話下，甚至可以用5G網(wǎng)絡(luò)快速搭建遠(yuǎn)程醫(yī)療環(huán)境，遠(yuǎn)程操作例如達(dá)芬奇醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)。

云、VR的未來

高速網(wǎng)絡(luò)的可以讓我們不用下載軟件、游戲，一切都在云端實(shí)現(xiàn)。在線播放超高清視頻，甚至可以無線支持現(xiàn)在非常火爆的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，甩掉那又長(zhǎng)又累贅的數(shù)據(jù)線。