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

據(jù)報道，德國電信已經(jīng)正式宣布聯(lián)合華為公司推出全球首個5G商用網(wǎng)絡(luò)。這是全球第一個推出完整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年就是一個時代，從上世紀(jì)90年代的2G，到2010年左右興起的4G。這個行業(yè)云集了世界上最聰明的一群人，鉆研著最頂尖的技術(shù)，為社會帶來無盡的便利和福祉。近代人類社會的演進(jìn)伴隨的就是通信技術(shù)的演進(jìn)，從最開始的電報，電話，到近代的移動通信技術(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)？

第五代移動通信技術(shù)（5G），是4G之后的延伸。下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟對5G的定義如下：“5G是一個端對端的生態(tài)系統(tǒng)，可帶來一個全面移動和聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。通過由可持續(xù)商業(yè)模式開啟的、具備連貫體驗的現(xiàn)有和新型的用例，它增強了面向消費者合作者的價值創(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(shè)備入網(wǎng)。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(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(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)在用戶體驗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的日常體驗速率也能發(fā)揮到350Mbps。當(dāng)然不排除5G后續(xù)演進(jìn)會給予我們更多驚喜。

5G網(wǎng)絡(luò)的主要特征

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

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愿景最強烈的一個方面就是用戶體驗到的網(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)在的移動網(wǎng)絡(luò)工作在相對較低的頻段，低頻段的好處的是傳播性能優(yōu)越，可以使運營商用較少的成本（少量基站）達(dá)到很好的覆蓋。但是有一點不足就是低頻段的連續(xù)頻率資源非常寶貴，在國外各大運營商會通過競標(biāo)的方式購買頻段的使用權(quán)，而在我們國家是政府分配。在4G LTE中單個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的一個特點就是高頻，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）登場的時候了，高頻資源的頻率很高，波長就很短（毫米波），那么在天線設(shè)計的時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)以彌補高頻通信在傳播上的受限。

大容量

物聯(lián)網(wǎng)這個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，因為物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點太多，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。

為了解決這個問題3GPP專門推出了針對廣域物聯(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)終端對通信的實時性一般不高），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還會在這個基礎(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。

低時延高可靠

LTE網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使移動網(wǎng)絡(luò)的時延邁進(jìn)了100ms的關(guān)口，使對實時性要求比較高的應(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)，將會使時延降到更低，會為更多對時延要求極致的應(yīng)用提供生長的土囊。

降低時延的技術(shù)原理：LTE中的一個TTI是1ms，而5G將通過對幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，將每個子幀在時域上進(jìn)行縮短從而在物理層上進(jìn)行時延的優(yōu)化。相信在后期5G信令的設(shè)計上也會采用以降低時延為目標(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，也是國際上的熱點頻段。歐洲、美國、日本也都在進(jìn)行3.5GHz頻段的技術(shù)試驗，目前中國移動對3.5GHz這個頻段進(jìn)行多種測試驗證可行性。

毫米波

高帶寬必須依托著高頻段，那么5G就很可能會使用超高頻段。根據(jù)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(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，我們的手機往往沒有4G信號，只剩下2G網(wǎng)絡(luò)。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(tǒng)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。

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(jù)天線設(shè)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(dá)到最大。使用毫米波后，天線尺寸也變?yōu)楹撩准墸梢栽谝郧跋嗤娣e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、傳輸可靠性。

高階MIMO

引入陣列天線后，又給高階MIMO技術(shù)的實現(xiàn)帶來了新的可能。應(yīng)用MIMO技術(shù)可以進(jìn)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(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，通過對射頻信號相位的進(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，還能跟據(jù)手機的移動而轉(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值。

多載波聚合

將十分零散的載波信號通過轉(zhuǎn)換組合成一個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，速率前所未有。

非正交多址技術(shù)

多址接入技術(shù)是指移動通信系統(tǒng)中，使所有的用戶共享有限的無線資源，并實現(xiàn)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(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)上增加了一個功率域維度。新增功率域可以讓系統(tǒng)利用每個用戶不同的路徑損耗來實現(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，為快速彈性的網(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)并不會獨立存在，它將會是多種技術(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、增強現(xiàn)實和沉浸式游戲。

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，5G可提供超高的速度鏈接。而面對傳感器網(wǎng)絡(luò)時，它就只會提供低數(shù)據(jù)傳輸速率了。

4、5G網(wǎng)絡(luò)將會率先使用云RAN和虛擬RAN這樣的新架構(gòu)，以促進(jìn)一個更加中心化網(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。

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

對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，5G將會實現(xiàn)信息隨心至，萬物觸手及。

5G能帶來什么？

優(yōu)秀的移動互聯(lián)網(wǎng)體驗

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，即使用移動網(wǎng)絡(luò)也能輕松應(yīng)付如LOL競技類對時延要求極為苛刻的游戲。

3、超高移動速度，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網(wǎng)絡(luò)中，不需用每天藍(lán)牙同步到手機終端如此麻煩，所有數(shù)據(jù)自動上傳到終端，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，一切都在云端實現(xiàn)。在線播放超高清視頻，甚至可以無線支持現(xiàn)在非?；鸨腣R虛擬現(xiàn)實技術(shù)，甩掉那又長又累贅的數(shù)據(jù)線。