本月早些時候，工信部、中國IMT-2020（5G）推進組確定了三大運營商的5G商用計劃，按照計劃中國將于2017年展開5G網(wǎng)絡第二階段測試，2018年進行大規(guī)模試驗組網(wǎng)，到2019年啟動5G網(wǎng)絡建設，預計最快2020年正式商用。

5G擁有數(shù)千兆的傳輸速度，這是5G最大的特點之一，但高傳輸速度并非憑空而來。

在雷鋒網(wǎng)昨日發(fā)布的《5G到來之前，我們先聊聊千兆級LTE是什么》一文中，我們提到要達到千兆級的傳輸速度，必須有載波聚合、高階調(diào)制和高階MIMO三項技術(shù)的支持，而5G所需的很多技術(shù)也正是由4G演進而來。

4G LTE-A的一個載波是20MHz，5G的一個載波為100MHz；4G目前的極限是實現(xiàn)四載波聚合，5G可以做到八載波聚合。

不過，5G和4G最明顯的區(qū)別是，前者不僅支持6GHz以下低頻段，還能延伸到26.5～300GHz的毫米波頻段。這一變化的意義是顯而易見的，4G之前，帶寬資源極其稀缺，增加頻譜利用率幾乎是提高傳輸速度的唯一選擇，而5G利用毫米波則解決了帶寬資源有限的后顧之憂。

毫米波這個頻段，我們再談論的就不是幾十兆赫茲的帶寬，它將會是幾百兆、甚至千兆級的帶寬。

高通產(chǎn)品市場高級總監(jiān)沈磊如此表示。

但不可否認的是，毫米波有兩個致命短板：氧分子對它的吸收會比低頻譜明顯，所以毫米波頻譜衰減的比較快；另外，該頻段穿透障礙物的能力比較差，無法穿過障礙物。之前業(yè)界對毫米波的認知就是更適用于短距傳輸，因此，5G必須克服這一難題。

頻率高利于波束成形：“曲線救國”補償衰減

無線通信中，頻率越高波長越低，天線就可以做成很小的尺寸。舉個例子，現(xiàn)在手機中天線的長度還是幾厘米，它需要有一個完整的立體空間；如果用毫米波，它的波長是毫米級別，因此單一天線也將是毫米級別，這樣可以在手機有限的空間里同時設計多個天線。

多個天線的優(yōu)勢就是可以形成一個天線陣列，每個天線會發(fā)出自己的振幅和相位。沈磊表示，如果能有效地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強，就可以形成一個波束，而不再是全向發(fā)射，這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形(beamforming)。

一兩個天線是無法形成波束的，但如果單個終端有很多天線（如8個、16個、32個天線），就不需要再全向發(fā)射。每個天線的電磁波空間可以疊加成很窄的波束，再把所有能量聚集在上面，對想發(fā)射的那個方向進行傳輸，這就是波束成形。

形成很窄的波束后，有限的能量都集中在一條線上進行傳輸，因此能量傳輸速率就可以得到明顯提升，補償快速衰減的頻譜特性。例如，軍艦上的雷達早就應用到了微波的波束成形，在這種雷達的天線板上面有數(shù)百個天線，能量聚集在一點就可以實現(xiàn)高速遠距離傳輸。

另一方面，波束成形意味著收發(fā)兩點之間只是一條線，每個終端之間信號傳輸?shù)牟ㄊ睾虾透蓴_的機會很小，整個系統(tǒng)的功耗、復雜程度都可以降下來。

反之，如果A手機的信號是全向發(fā)射的，附近的B手機就可以接收到A的信號，B手機必須要把這個信號濾掉。要過濾掉這些信號，天線和基帶的編碼復雜程度都要增加，終端就需要容錯的編碼，如果處理不了，還要重發(fā)發(fā)射信號，這樣下來編碼等的復雜程度都需要增加。

數(shù)據(jù)來源：高通5G毫米波研發(fā)測試平臺

除此之外，因為終端是有移動性的，這些終端在移動的過程中，基站還要追蹤終端不斷變化的位置，每秒鐘計算終端在什么地方，波束需要不停地調(diào)節(jié)，使得兩個互相通訊點之間、終端和基站之間維持穩(wěn)定的自適應波束（如上圖），沈磊表示，現(xiàn)在的天線技術(shù)已經(jīng)完全可以達到這個效果。

實際上，2G、3G、4G，包括千兆級LTE，所有的天線發(fā)射都是全向發(fā)射，5G使用毫米波將顛覆這一設計。

波束成形后可反射：彌補穿透力差的劣勢

僅僅解決衰減問題還不足以讓毫米波在復雜的移動通信場景中使用，第二個需要解決的就是穿透力差的短板。

遺憾的是，目前還沒有有效的方法來直接改善毫米波的穿透力，但業(yè)界正在測試的是通過反射和折射來幫助毫米波實現(xiàn)非視距的通信。沈磊指出，根據(jù)目前的實驗結(jié)果來看，波束的反射和折射效果已經(jīng)超出了業(yè)界的預期。例如，當用戶在一個障礙物后面，波束依然可以通過室內(nèi)的墻、玻璃，在戶外有其他的建筑物、樹木，它仍然可以找到一個好的方向、一個好的波束，經(jīng)過幾次反射折射之后，波束就能把信號傳輸?shù)侥繕宋恢谩?/span>

當然，雖然通過波束成形技術(shù)、利用反射和折射，毫米波可以穿越障礙物，可以擁有很好的非視距傳輸效果，但這些場景還只是在實驗階段，要實現(xiàn)商用還有很多技術(shù)難點要攻克。高通和Facebook等科技企業(yè)是5G毫米波的最大支持者，前者在今年10月發(fā)布了業(yè)界首款X50 5G調(diào)制解調(diào)器，該產(chǎn)品就是針對3GPP標準出現(xiàn)之前運營商的前期部署推出的，如采用28GHz的毫米波的Verizon的5G TF和Korea Telecom；而Facebook則希望通過Aquila無人機和毫米波來將網(wǎng)絡覆蓋至偏遠地區(qū)，不久前他們還對外宣稱其毫米波測試實現(xiàn)了13km距離下達到20Gbps的傳輸速率。

不過，還有不少業(yè)內(nèi)人士認為毫米波并不適用于移動通信的應用場景，其更多的是可能作為低頻的一個補充，即毫米波部署在室內(nèi)環(huán)境，而室外通信以低頻為主。至于5G最終會是什么樣的形態(tài)，我們還無法做出準確的預測。

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