隨著工信部5G商用牌照的發(fā)放，我國(guó)正式進(jìn)入5G商用元年。5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，具有超高帶寬、超多連接、超低時(shí)延三大特性。與4G相比，5G的提升是全方位的，支持0.1～1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬(wàn)的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每平方公里數(shù)10Tbps的流量密度，500Km/h以上的移動(dòng)性能和20Gbps的峰值速率。

5G背后的關(guān)鍵技術(shù)主要有網(wǎng)絡(luò)切片、毫米波、小基站、Massive MIMO、波束成形及全雙工等。

1.網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景，大速率、低時(shí)延、海量連接、高可靠性等，將網(wǎng)絡(luò)切割成滿足不同需求的虛擬子網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)虛擬子網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、安全性、時(shí)延、可靠性，甚至計(jì)費(fèi)方式等都不一樣，相互之間邏輯獨(dú)立，形成“網(wǎng)絡(luò)切片”。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵技術(shù)是NFV(Network Function Virtualization網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)和SDN(Software Defined Network軟件定義網(wǎng)絡(luò))。NFV通過(guò)IT虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化，并運(yùn)行于通用硬件設(shè)備之上，以替代傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備;而SDN實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層與控制層的分離，從而可對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活調(diào)配、管理和編程(如圖1所示)。

2.毫米波

隨著連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量的增加，頻譜資源稀缺的問(wèn)題日漸突出。在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬會(huì)極大地影響用戶的體驗(yàn)。無(wú)線傳輸速率的提升一般通過(guò)增加頻譜的利用率或增加頻譜的帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)，毫米波技術(shù)屬于后者。毫米波指波長(zhǎng)在1～10毫米的電磁波，頻率處于30GHz～300GHz的區(qū)間，大致位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍，因而兼具兩種波譜的特點(diǎn)。根據(jù)通信原理，載波頻率越高，其可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)帶寬也就越大。以28GHz和60GHz兩個(gè)頻段為例，28GHz的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，60GHz的可用信號(hào)帶寬則可達(dá)2GHz。使用毫米波頻段，頻譜帶寬較4G可翻10倍，傳輸速率也將更快。

3.小基站

毫米波技術(shù)的缺陷是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環(huán)境下傳輸并不容易，而小基站將解決這一問(wèn)題。因?yàn)楹撩撞ǖ念l率很高、波長(zhǎng)很短，意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎(chǔ)。大量的小型基站可以覆蓋大基站無(wú)法觸及的末梢通信。以250米左右的間距部署小基站，運(yùn)營(yíng)商可以在每個(gè)城市部署數(shù)千個(gè)小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)基站就可以從其它基站接收信號(hào)并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。小基站不僅在規(guī)模上小于大基站，功耗也大為降低。

4.Massive MIMO

4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線。這些天線通過(guò)Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，可以同時(shí)向更多的用戶發(fā)送和接收信號(hào)，從而將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍甚至更大。正如隆德大學(xué)教授Ove Edfors所說(shuō)，Massive MIMO開啟了無(wú)線通訊的新方向，當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時(shí)域或頻域?yàn)橛脩糁g實(shí)現(xiàn)資源共享時(shí)，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域的新途徑，基站采用大量天線并進(jìn)行同步處理，可同時(shí)在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。

5.波束成形

Massive MIMO技術(shù)為5G大幅增加容量的同時(shí)，其多天線的特點(diǎn)也勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更多的干擾，波束成形是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。通過(guò)有效地控制這些天線，使它發(fā)出的電磁波在空間上互相抵消或者增強(qiáng)就可以形成一個(gè)很窄的波束，從而使有限的能量集中在特定方向上傳輸，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)，而且還避免了信號(hào)的干擾。波束成形還可以提升頻譜的利用率，通過(guò)這一技術(shù)我們可以同時(shí)從多個(gè)天線傳輸更多的信息。對(duì)于大規(guī)模的天線基站群，我們甚至可以通過(guò)信號(hào)處理算法計(jì)算出信號(hào)傳輸?shù)淖罴崖窂胶鸵苿?dòng)終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號(hào)被障礙物阻擋、遠(yuǎn)距離衰減的問(wèn)題。

6.全雙工

5G的另一大特色是全雙工技術(shù)。全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時(shí)進(jìn)行工作，使得通信的兩端同時(shí)在上、下行使用相同的頻率，突破了現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)模式下的半雙工缺陷，這是通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)。