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。5G通信技術并非橫空出世，它的出現一方面是基于4G技術的演進，另一方面是新技術研發的結果。與上一代4G相比，5G不僅僅在速度方面得到提升，更是實現了質的飛躍。本文將從關鍵技術創新以及市場商用所面臨的挑戰等方面來闡述5G的發展。

　　為實現5G百倍提速的要求，可以通過大幅度的加大帶寬實現，而優質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難題，毫米波、微基站、高階MIMO、波束成形、雙全工傳輸等技術都因此而產生。在5G時代，大規模天線陣列，毫米波技術，新網絡架構和新的空中接口設計的關鍵技術核心主要基于4G網絡技術，大都能成倍提升性能。5G是技術的迭代升級和再發展，也可以說，如果沒有3G、4G技術的發展，就沒有5G的產生，5G技術的發展是技術積累和革命性技術創新的結果。

　　5G的技術優勢

　　對于5G技術而言，相比于4G特點突出。5G不是簡單地強調峰值速率，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、網絡能效和流量密度等多種因素。根據3GPP的定義，5G具有高性能、低延遲和高容量的特性，這些特點主要體現在毫米波，微基站，MassiveMIMO，波束成形，雙全雙工傳輸等技術上。

　　1. 毫米波

　　眾所周知，5G大大提升了網絡傳輸速度。提升傳輸速度有兩個方法：提高相應頻譜的利用率，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，為尋找優質頻譜，技術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，毫米波之前一直應用在軍用雷達、衛星通信上，在移動通信史上還是首次被使用。當然，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境下傳輸并不容易，這時候需要鋪設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量。然而，與5GHz以下的傳統頻帶相比，毫米波的優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，數以千計的小型、微型基站將覆蓋城市的高樓大廈形成密集的網絡群，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送數據。此外，小型基站不僅比傳統基站規模小，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。實際上這種技術在現有的4G基站上已經得到了應用，現有的4G基站只有十幾個天線，但5G基站可以支持數百個天線。這些天線可以通過MassiveMIMO技術形成大規模天線陣列，這意味著基站可以同時發送和接收來自更多用戶的信號。從而將移動網絡的容量增加數十倍或更多。應用MIMO技術可以執行一對多并行通信，并且每對天線獨立地發送一個信道，使得速率可以成倍增長，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。

　　4. 波束成形

　　Massive MIMO可以實現多輸入多輸出，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送更多信息;在大規模天線基站中，我們甚至可以通過信號處理算法計算信號傳輸的最佳路徑，并最終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

　　全雙工技術意味著設備的發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。突破現有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式，這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技術。

　　5G商用面臨的挑戰

　　從技術來看，5G技術已經成熟，從實驗室到運營商，再到大規模的商用部署只是時間問題。從成本來看，若要大規模推進5G商業化，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、加大了運營風險。從消費者角度來看，雖然5G相比于4G在通信速度、應用場景上都有質的飛躍，但在使用手機、電腦和其他終端時，消費者不會發現5G技術與4G技術之間存在實質性差異，這是一個可能會限制5G發展前景的重要因素。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。

　　結語

　　從本世紀初的2G到2010年左右推出的4G，到2020年計劃的5G商業化，通信世界的發展幾乎每10年就是一個時代。但通信行業本身也是一個基礎設施行業，承擔著為各應用場景提供通道的角色。所以5G技術要大規模推廣，則必須是技術與應用成本的雙成熟。5G通信是大勢所趨，推進過程雖會有磕磕絆絆，但終會到來。