讀完這篇文章，5G 就沒有秘密了
如果我們現在要製作一個 2019 年的熱詞排行榜，相信 5G 一定名列榜單前茅。作為第五代移動通信網路，5G 技術一直備受矚目。隨著 5G 商用牌照在國內的發放，各大手機廠商也是緊接著推出各款 5G 手機，各項 5G 設備的布設，更是令人感覺 5G 已近在咫尺，相信用不了多久，我們將會享受到 5G 帶來的全新體驗。
提起 5G ，相信各位的第一印象就是高帶寬，這的確是最明顯的、也是大家最能顯著感受到的 5G 網路特點。前段時間，一位北京郵電大學的學生髮布了自己測試學校5G 網路的視頻。視頻中，5G 手機的平均下載速率達到 700Mbps 左右，差不多是 4G 的十倍，下載音樂和應用基本上都是「秒」級，在線播放超高清視頻可以隨意拖拽進度條，毫無卡頓。
5G 是如何實現這麼快的速率呢？今天我們就來看一下 5G 的核心技術都有哪些。
毫米波，了解一下
想要了解毫米波，得先從一個基礎的電磁波原理說起。上過高中的童鞋肯定知道這個公式：光速＝波長 x 頻率。當光速固定在每秒 30 萬公里的時候，波長越長，每秒震動的次數也就越少。換句話解釋，就是電磁波的波長與頻率是成反比的。
我們現在所說的無線通訊（Wireless Communication），就是指以電磁波為載體，來進行各種資訊交換。不同頻率的電磁波，決定了它們不同的特性以及應用場景。我們可參考下圖來粗略了解一下。
目前在全球範圍內，5G 所使用的頻段有且只有兩種，一種是 sub-6GHz，指的是 6GHz 以下的頻段，一種是毫米波。
毫米波就是波長在 1～10 毫米的電磁波，對應頻率為 30~300GHz，作為參考，我們目前 4G 所使用的頻段是 2000MHz，2G 和 3G 就更低了。
不管是 2G/3G 還是 4G 時代，毫米波一直都在，它的歷史甚至可以追溯到 19 世紀 90 年代，不過在很長一段時間裡，毫米波的主要應用還是衛星通信、雷達和一些軍事應用，到了 5G 時代，毫米波終於要翻身了。
那麼為什麼 5G 會把眼光投向毫米波呢？
電磁波有一個物理特性，頻率越高，能使用的頻率資源越豐富。頻率資源越豐富，能實現的傳輸速率就越高。頻率資源就像車道，車道越多，可以經過的車輛就越多，相同時間內能傳輸的資源也就越多。30GHz 以上有豐富的頻譜資源，按照換算關係，1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，毫米波的頻譜資源是數量級的提升。所以毫米波比起之前的前輩們，具有更大的優勢：更高的接入用戶數、更快的網路速度及更低的時延。
但是毫米波這麼優秀，為何我們之前不使用呢？
毫米波雖然優秀，但它也有一個缺陷。當電磁波的頻率越高（波長越短），就越趨近於直線傳播，這也意味著其衍射能力（指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象）就越差，也因此，毫米波穿透障礙物所帶來的能量消耗，會使得傳輸距離變短。
5G 高頻率的電磁波傳播的路徑損耗要遠大於 4G，這意味著，想要達到相同的信號覆蓋效果，5G 基站的部署量要遠多於 4G，假設之前 4G 一個基站可以覆蓋100 米，到 5G 也許只能覆蓋 30 米。5G 實現更快速率、更高帶寬及更低時延的代價就是運營商需要投入更多的錢來部署更多基站。
微基站在高頻率的前提下，為了減輕覆蓋方面的成本壓力，運營商們必須尋找新的出路，第一個解決方法就是：微基站。
猜一下，微基站相對的是什麼呢？巨基站、大基站？沒猜錯，想表達的意思是一致的，不過我們叫它宏基站。傳統的宏基站一般位於樓頂和鐵塔等高處，但常常受到建築物、樹木的影響，覆蓋效果不均勻，且隨著信號頻率的提升，4G 乃至未來的 5G 信號穿透能力更弱，使得信號通過建築物後衰減的厲害，從而造成大量弱覆蓋區域和盲點，此外宏基站需要大量的佔地面積，選址困難等問題也使得建設宏基站的成本越來越高。
微基站可以非常好的解決宏基站面臨的難題。微基站體積小，部署靈活，不用局限於宏基站的站址問題，可以靈活的部署在人群建築密集的地方，有針對性的補充宏基站信號的弱覆蓋區域及覆蓋盲點，保證信號質量。在人流量大的熱點區域，微基站由於功率小，可以在更小的範圍內實行頻率復用，提升容量，幫助宏基站分流。
基站越小巧，部署數量越多，覆蓋就越好，速度也就越快。
Ｍassive MIMO
隨著電磁波的頻率逐漸升高，該頻率相對應的波長也會逐漸的縮短，收發的天線也就會跟著變短，5G 所使用的毫米波，使得天線的長度可以達到毫米的級別。體積變小就會帶來一個巨大的好處，那就是我們可以在微基站和用戶的 5G 終端中放入更多的天線。
這就是 5G 的另一個特色，Ｍassive MIMO
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）意為「多進多出」，換句話說就是基站的天線變多了，手機的接收能力也變強了，基站多根天線發送，終端多根天線接收。MIMO 技術在4G 時期就已經開始運用，到了 5G 時代，因為可以放置更多的天線，就成為了加強版的 Massive MIMO 技術。
5G Massive MIMO 天線的整體尺寸大小將類似於 4G，但是單個天線元件尺寸更小，允許在相同物理情況下加入更多天線（超過 100），因此 5G 可以將移動網路的帶寬容量提升數十倍乃至更大。
另外，5G為了將電磁波更好的運用起來，還使用了一種新技術——波束成型（Beamforming）。
波束成形其實在部分 Wi-Fi 路由器中已經有應用了，5G 時代大規模天線技術是波束賦形的基本條件。
在沒有人為干擾的條件下，電磁波是 360 度無死角傳播的，其中很大一部分沒有被接收，白白浪費。使用波束成形技術後，天線陣列可以使電磁波朝著人為規定方向的傳播，且天線個數越多，電磁波傳播方向越集中，根據信號接收點的位置變化不斷調整。
5G 中的黑科技
此外 5G 還有一些好玩的技術，例如在 5G 下可以實現基於蜂窩網路的 D2D 通信，也被稱為鄰近服務，通過此技術，用戶的數據可以不經基站中轉就可以直接在兩個終端之間進行傳輸。
網路切片技術，把運營商的物理網路切分成多個虛擬網路，可以通過時延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不同的網路，以適應不同的服務場景。通過網路切片技術可以在一個獨立的物理網路上切分出多個邏輯網路，從而避免了為每一個服務建設一個專用的物理網路，這樣可以大大節省部署成本。
5G 技術將會在終端，網路，無線接入等方面進行融合及創新，優勢明顯，在為我們提供高速率，高可靠性，低時延的服務，讓我們享受流媒體，超高清視頻的同時，5G 網路技術具有靈活的可擴展的網路架構，能夠根據需求進行組網，涵蓋不同行業用戶以及開展多種業務類型。回過頭來再看 10 年前，很多人根本沒有想到今天的移動互聯網對我們生活會有這麼大的影響，5G 將會為我們展開更大的想像空間。
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