5G是什么？看完秒懂
“在家不能沒有網(wǎng)絡，出門不能忘帶手機”已成為很多人的共同感受。人們對動互聯(lián)網(wǎng)的要求是更高速、更便捷、更強大、更便宜，這促使著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進，技術(shù)體制的更新?lián)Q代也隨之越來越快。很多用戶剛剛踏入4G的門檻，5G時代很快就要來到了。按照國際電信聯(lián)盟關(guān)于2020年的規(guī)劃，5年后就要全面進入5G了
5G該會有什么樣的技術(shù)？很簡單，只需要您懂一個公式【光速=頻率×波長】。
1、增加帶寬是關(guān)鍵
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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。
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(guān)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?！?0GHz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(guān)鍵技術(shù)。
2、毫米波技術(shù)
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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(shù)―微基站技術(shù)。
3、微基站技術(shù)
請您腦補一個場景，小區(qū)中心只立著一盞路燈，陰影面積當然會很大，而如果在小區(qū)里均勻設置很多路燈，陰影面積則會小得多了。所以說，將傳統(tǒng)的宏基站變成站點更多密度更大的微基站，是解決毫米波“直線問題”的有效方法。
這只是微基站的一個原由，還有一個更強大的原由。5G時代的入網(wǎng)設備數(shù)量會呈爆炸性的增長，單位面積內(nèi)的入網(wǎng)設備可能會增至千倍，若延續(xù)以往的宏基站覆蓋模式，即使基站的帶寬再大也無力支撐。
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這個原由很好理解，以前的宏基站覆蓋1000個上網(wǎng)用戶，這些用戶均分這個基站的速率資源，而進入5G時代后用戶的速率要求高多了，一個基站的資源就遠遠不夠分了，只能布設更多的基站，例如讓每個基站只負責20個用戶，分餐的人少了，每個人自然就能多吃。
基站微型化則設布設密度會加大。為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射功率譜就會降低，同時手機的輻射功率也會降低。這有兩個好外，一是功耗小了待機時間會增加，二是對人體的輻射會降低。傳統(tǒng)基站好比是房屋中間的火爐子，近處燙遠處冷，而5G的微基站就好比是地暖，發(fā)熱均勻更加舒適。微基站數(shù)量大幅度增加后，傳統(tǒng)的鐵塔和樓頂架設方式將會擴展，路燈桿、廣告燈箱、樓宇內(nèi)部的天花板，都會是微基站架設的理想地點。波長縮短到毫米波還會有什么影響呢？還會影響到手機天線的變化，這就是下一節(jié)要說的5G另一項技術(shù)―高階MIMO。
4、高階MIMO
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根據(jù)天線理論，天線長度應與波長成正比，大約在1/10~1/4之間，當前手機使用的是甚高頻段（即分米波），天線長線大約在幾厘米左右，通常安裝在手機殼內(nèi)的上部。天線的長度為什么應在波長的1/10~1/4之間？因為這個比例可使電波的輻射和接收更有效，為什么會更有效？這我就不知道了，這得問物理學家。
5G時代的手機頻率在提升幾十倍后，相應的手線天線長度也會降低到以前的幾十分之一，會變成毫米級的微型天線，手機里就可以布設很多個天線，乃至形成多天線陣列。
? 多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上，手機的面積很小。現(xiàn)在的手機天線是幾厘米長，多天線陣列是難以設置的。而隨著天線長度的降低，特別是5G時代的毫米尺寸天線，就可以布設多天線陣列了，就給高階MIMO技術(shù)的實現(xiàn)帶來了可能。
啥是MIMO呢？其英文簡寫是“多入多出”的意思，高階MIMO的意思是指基站與手機之間有很多對的信道并行通信，每一對天線都獨立傳送一路信息，經(jīng)匯集后可成倍提高速率，這當然是件極好的事。
不知您是否思考過這個問題：因為基站不知道您在哪個方位，所以它跟你通信使用的電磁波是全向輻射的，就好像是電燈泡發(fā)出的光那樣，只有到達你手機的輻射才是有用的，其它方向的輻射都是浪費的，這種巨大的無用輻射還成為了其它手機的干擾。
如上圖所示，因為手電筒的能量更集中，所以比燈泡照的更遠，基站與某部手機的關(guān)系就相當于光源與被照射物的關(guān)系。現(xiàn)在基站與手機的關(guān)系就是燈泡模式，不管手機在哪個方位，都會把針對這部手機的信號進行全向的輻射，當然絕大多數(shù)非正對方向的能量都是浪費掉了，而且還成為了其它手機的干擾。
能不能把燈泡模式改成有指向性的手電筒模式呢？即把上圖左面的全向輻射樣式改成右面的這種窄波瓣樣式，從而提高能量的使用效率？這就是下節(jié)要說到的波束賦形技術(shù)。
5、波束賦形技術(shù)
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中國主導的3G國際標準TD-SCDMA有六大技術(shù)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(zhuǎn)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(shù)是一種空間復用技術(shù)，可以極大地提高基站的服務容量。遺憾的是這項技術(shù)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(shù)所能帶來的容量增加就顯得非常有價值，波束賦形技術(shù)很可能成為5G的關(guān)鍵性技術(shù)之一。
波束賦形技術(shù)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(shù)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。
6、綜合分析
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加大帶寬是起點，由此而產(chǎn)生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束賦型等都是順理成章的技術(shù)趨勢。只要把基站做得足夠小，其服務范圍變窄了，單個用戶獲得的資源就能足夠大，速度就可以提高到足夠快。所以說，5G的任何一項關(guān)鍵技術(shù)都不會有革命性的突破，其上千倍綜合能力的提升，更多地是來自移動網(wǎng)絡的重新布局
Q:文檔中提到人們對移動互聯(lián)網(wǎng)有哪些要求？
A:更高速、更便捷、更強大、更便宜。
Q:5G 時代什么時候可能全面到來？
A:按照國際電信聯(lián)盟關(guān)于 2020 年的規(guī)劃，5 年后可能全面進入 5G。
Q:5G 的綜合能力提升主要來自哪里？
A:更多地來自移動網(wǎng)絡的重新布局。
Q:5G 的關(guān)鍵技術(shù)是否有革命性突破？
A:5G 的任何一項關(guān)鍵技術(shù)都不會有革命性的突破。
Q:人們對移動互聯(lián)網(wǎng)的感受是什么？
A:“在家不能沒有網(wǎng)絡，出門不能忘帶手機”。
Q:移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速的原因是什么？
A:人們對移動互聯(lián)網(wǎng)的高要求促使其發(fā)展迅速。
Q:國際電信聯(lián)盟對 5G 的規(guī)劃是什么？
A:5 年后全面進入 5G。
Q:5G 到來前人們處于什么網(wǎng)絡時代？
A:很多用戶剛剛踏入 4G 的門檻。
Q:文檔主要圍繞什么主題展開？
A:移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及 5G 時代的即將到來。
Q:5G 的發(fā)展特點是什么？
A:綜合能力提升更多來自移動網(wǎng)絡的重新布局。