騰訊科技 翼飛
[摘要]5G有希望成為真正的全球標準，人們無論走到哪都可使用自己的手機，出國不用再把自己的SIM卡換成當地的卡。
每隔十年左右，手機網路就要更新換代。從大約1980年開始，第一代手機網路採用的是類比技術。自從1991年第二代手機網路到來之後，手機網路開始數位化。至2011年，第三代手機網路從舊式電路交換，轉到高效的封包交換。
在2010年左右，第四代網路大規模地採用了IP（網路協定）技術，讓行動設備以寬頻速度接入到網路。每一代新網路都採用了新的頻段，速度更快，更加注重資料流程，而不是簡單地傳送語音。
最近，無線運營商開始考慮第五代（5G）網路採用哪些技術。谷歌和Facebook等業外巨頭最近都表示，要進軍行動無線網路，行動運營商感到了一種緊迫感。如果行動運營商能達成一致，他們希望在2020年之前，能推出第五代行動網路。
這可能有點過於雄心勃勃。前面還將有多年的問題爭論代解決，決策者和標準持有者，還會試圖說服本國的運營商和電信公司，使用自己的技術，因為這對它們的發展至關重要。然而，跟前面幾代行動技術不一樣，5G有希望成為真正的全球標準，人們無論走到哪裡，都可以使用自己的手機，出國的時候不用再麻煩把自己的SIM卡換成當地的卡。
5G技術會給我們帶來哪些期待？在目前，我們可以肯定的一點是，5G網路的延遲時間（即回應時間）只有大概一毫秒。利用現在的4G網路，讓兩部手機互相連接的時間為50毫秒，而廣泛使用的3G網路則需要500毫秒。
即使是4G網路，對用於向無人駕駛汽車，發送緊急指令的雲系統來說，速度遠遠不夠快。這速度也不足以向參與電話會議的各方提供無縫語言翻譯，更不用說遠端指導外科醫生實施拯救生命的手術。許多即時無線應用，需要不超過一毫秒的時間延遲。
另外一個基本要求是不少於每秒一千兆（1Gbps）的資料速率，以後還會需要每秒幾千兆的資料速率。用戶如果要在手機或者平板上，線上觀看超高清影像（比如，4k影像，很快就會推出8k影像），這樣的速度是必不可少的。
目前基於LTE技術的4G網路可以每秒傳輸10到100兆的資料。大多數行動運營商仍在推出其LTE服務，一些運營商已經開始安裝最新的LTE-Advanced的設備（即真正的4G，以前的是運營商們欺騙消費者說是4G的不成熟版本）。LTE-A的峰值資料傳輸速率據稱是1Gbps。然而實際上用起來只有250Mbps。
那麼，5G技術相比4G，有哪些改進呢？這很難說。根據以往的經驗看，每一代新技術都比上一代技術速度快十倍，5G網路的平均下載速度最有可能達到1Gbps，隨著技術的成熟，有可能上升到10Gbps。這樣的無線傳輸速率影像，甚至比目前用於向家庭提供網路接入，和高清電視的光纖還要快得多。
讓LET-A比以往幾代技術速度，大大提升的是兩種新技術：載波聚合和MIMO天線。這兩者都不屬於新技術，但都可能在實現5G的潛力中，起到非常大的作用。
就其本身而言，載波聚合通過從多個本地基站，接收信號提高下載速度，而不僅僅是從附近信號最強的基站接收信號。這些不同的波段聚到一起之後，所能傳輸的資料量大大提高。在LTE-A技術中，可以讓五個高達20MHz的頻寬載波單元，聚集成100MHz單載波。
頻段是全球性短缺資源，大部分行動電信公司都已經把能夠利用的頻率都利用了。其結果是，它們的頻段很少是連續的。幸運的是，載波聚合不但讓行動運營商提高了其資料傳輸速率，而且可以讓它們把不同的頻段拼接到一起。在五年以後5G服務進入更擁擠的無線世界的時候，載波聚合甚至會變得更重要。
MIMO（多輸入/多輸出）也是使用了同樣的方式。MIMO通過兩個或多個天線傳輸兩個或多個的資料流程，讓接收天線處理所有的傳入信號，而不只是最強的信號。這就好像用高速公路代替單車道的鄉間公路。目前的MIMO應用方式，通常是在發送端和接收端都使用三四個天線。如果兩端都使用幾十甚至上百個天線，又會怎樣呢？這將大大提高下載速率，更有效地利用可用頻段。
然而，5G到底會使用哪些頻道，仍然沒有確定下來。如今的無線設備使用的是擁擠的700MHz到2.6GHz頻道範圍。這並不是說，5G推出之後，今天的4G，甚至3G網路所使用的頻道，就會突然被空出來。行動運營商將會繼續數為以百萬計，沒有立即升級到最新的設備使用者，繼續提供他們的傳統業務，這些用戶可能會好幾年都不會升級設備。
最有可能的情況是，5G將從今天的UHF（特高頻）頻段轉移到3Ghz和30GHz之間的SHF（超高頻）頻段，甚至是30GHz和300GHz之間的EHF（極高頻）頻段。目前這些頻段（因其波長被稱為“毫米波”）被用於衛星電視、微波中繼鏈路、空中交通雷達、射電天文學和業餘無線電。
在世界大多數地區，60GHz周圍的頻段，被指定為民用波段。WiFi研究者正計畫通過新的802.11ad標準，利用未被劃作專用的60GHz波段，在家庭中無線傳輸超高清影像。在典型配置中，802.11ad能在適度的距離內，達到6Gbps的傳輸速率。
這個頻段同樣存在缺陷。其中一個就是，這種極端的頻率很容易被牆，甚至走動中的人阻擋。這些頻率會使空氣中的氧分子，產生共振而被吸收，雖然只有在超過100米距離的時候才會產生顯著的吸收效果。然而，將頻率提高到70GHz或者以上時，空氣吸收的情況完全不存在。據稱芬蘭網路基礎設施公司諾基亞，在實驗室測試中利用70GHz頻率取得了115Gbps的傳輸速率。
所有這些意味著5G技術，將需要比目前的手機信號發射塔，更靠近使用者的基站。這已經是一個正在發生的趨勢了。到目前為止，微蜂窩已被主要用於建築物內，解決手機信號差的問題。為了處理5G資料，現有手機基站之間的空白地帶，需要部署數百個微蜂窩接入點。
這些小天線盒會被安裝在路燈柱子上，或者建築物內，幾乎沒有人會注意到它們，更不會有人反對安裝了，而架設新的手機信號發射塔往往就不一樣了。
人們禁不住會想，即使是在數十億數位設備，通過電波互相聯絡的“物聯網”時代，5G技術所提供的頻寬，也足夠使用了，開發下一代的行動網路技術會變得沒有必要。
網路架構師希望5G技術，成為行動網路技術的終點，他們認為此後的工作僅僅是一些演進式的改善。這是一個不錯的想法。然而，過去的經驗告訴我們，即使是最聰明的預言也會在將來被突破。
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