What is 5G? Will it Change the World?
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來源：電子發燒友網
在3G、4G和5G等名詞中，G是英文單詞「generation」(第x代)的縮寫。因此，5G就是第五代行動通信技術。
一、5G的發展歷程關鍵點
在行動通信領域：
第一代是類比技術;
第二代實現了數位化語音通信;
第三代是人們熟知的3G技術，以多媒體通信為特徵;
第四代是正在鋪開的4G技術，其通信速率大大提高，標誌著進入無線寬頻時代。
簡單來看，5G的速度將會更快，而功耗將低於4G，從而帶來一系列新的無線產品。中移動副總裁李正茂曾經發言，要求5G時代的電信設備大幅度降價：「4G到5G時代，單位比特的傳輸成本降低了1000倍，那麼我們也希望電信設備價格也降低1000倍，成本是決定電信商在數據時代，能否盈利的關鍵。」
1.5G其實並不是全新科技
關於5G的兩種不同觀點
有一種觀點認為，5G將會是全新技術。這個觀點的代表者為華為無線網路產品線CMO楊超斌，在他看來，4G再怎麼演變也不會變成5G，5G將會是一個全新技術。
5G不只是一次技術的更新，更是非常大的跳躍性發展、是一個變革，這也意味著網路架構必須提升，5G對網路的需求，將與4G截然不同；雖然現在使用的4G LTE技術，仍會不斷演進，但4G再怎麼演變，也不會成為5G，5G將會是全新技術。
但大多數技術專家，更傾向於以下觀點：5G就是4G技術的必然演進——既要演進也要革命。
雖然任何一代技術發展，都不可能是上一代技術的重複，如果新一代的技術，和上一代技術是一樣，那還什麼新一代，所以3G技術不同於2G，4G不同於3G，它的技術原理、解決問題的方式、佈署的辦法，實現的能力都不同，但是沒有上一代技術的根基，或者說下一代，沒有對上一代的技術傳承，實現革命性的升級，也是空中樓閣。
5G不是橫空出世，令人驚異的新技術，5G技術是現有技術的新組合，是4G技術的再演進。
為什麼要強調「再」？因為4G LTE的後三個字母，就是長期演進的意思，5G應是在4G基礎上的再演進。關於技術演進的觀點，科學松鼠會會員，通信專業教師奧卡姆剃刀，有個通俗的雙駝峰理論，能很清晰解釋，5G僅僅是一種技術演進的觀點。
奧卡姆剃刀的雙駝峰理論
奧卡姆剃刀認為，一項新技術概念出現後，在業界會出現一個研究討論的高潮，這是第一個駝峰。
相關的學術論文會產為熱點，成堆的博士碩士依託這項新技術，完成了畢業論文，雖然很熱鬧，但這僅僅局限在學術研討層面上，而在具體的技術實現方面，還存在著很多問題，或者因成本原因而根本無法量產。
研究討論高潮逐漸降溫，這是第一個駝峰的下落期，接下來是低調務實的技術攻關，這個平台期可能幾年，也可能一二十年，當技術問題都解決後，就會迎來商家量產，和投入市場的熱潮，這就是第二個駝峰。
按照國際電信聯盟關於2020年的規劃，5年後就要全面進入5G了，而到現在核心技術體系還沒有確立。
回顧3G技術發展史，國際電信聯盟於1998年6月30日，接收了3G技術提案，並迎來了第一個駝峰期，直到2009年1月7日，工業和資訊化部正式發放了三張3G牌照，這才進入到第二個駝峰， 平台期持續了11年，特別是三張牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平台期長達15年，可剛成熟4G時代就來臨了。
回顧3G技術發展史，國際電信聯盟於1998年6月30日，接收了3G技術提案，並迎來了第一個駝峰期，直到2009年1月7日，工業和資訊化部正式發放了三張3G牌照，這才進入到第二個駝峰， 平台期持續了11年，特別是三張牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平台期長達15年，可剛成熟4G時代就來臨了。
按照「雙駝峰規 律」，5年後將在全球推廣使用的技術，應在2010年左右就迎來第一個駝峰，而不會在2020前的兩三年橫空出世，然後迅速被國際電信聯盟，確定為全球的 5G標準，這違反了一般的技術發展規律，不太可能成真。
2.沒有3G、4G技術的發展就沒有5G
實質上，在5G研究上大部分研發機構，選擇的道路也是如此，兩條腿走路。
5G研發中提出兩條腿走路：一方面繼續推動基於4G技術的演進，一方面研發5G新技術，兩者兼顧。
在 5G時代的千倍提速要求面前，通過4G技術的演進，只有通過大幅度的加大頻寬才有可能。加大頻寬是起點，由此而產生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束 賦型等，都是順理成章的技術趨勢。
5G時代對大規模天線陣列、毫米波技術、新型網路架構、新型空口設計的關鍵技術核心，也大都是基於4G網路技術延伸而來，大 都能成倍提升性能。
以軟空口技術為例，這個技術結合Pre5G的硬體處理能力，讓電信商具有了從4G到5G的平滑升級能力，4G到Pre5G這個階段，終 端不用更換，而從Pre5G到5G，基地台設備也可以繼續使用。
圖：毫米波技術下的微基站。
明白了5G就是第五代行動通信技術的基本定義，就明白是從3G、4G升級而來，自然也是一種技術的累積和演進，也可以說沒有3G、4G技術的發展，就沒有5G的產生。
5G技術的演進一方面是技術累積的必然結果，當然也要求有革命性創新才，能實現演進的目標，另一方面也是人類通信需求，快速提高的必然要求。
反過來說，之前5G遲遲沒普及，一是技術達不到，二是還沒有應用的需求出現。現在有了需求，才有了5G。
什麼需求？未來的網路將會面對：1000倍的數據容量成長，10到100倍的無線設備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續航時間需求等等。
什麼需求？未來的網路將會面對：1000倍的數據容量成長，10到100倍的無線設備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續航時間需求等等。
坦白地講，可能未來五、六年4G網路，或許將無法滿足這些需求，所以5G就必須提前登場。
基於技術演進的判斷，回顧晶過3G和4G時代的艱苦奮鬥，我們有理由相信產業和技術的提升，也為5G佈局打下堅實的基礎。
二、5G到底有哪些優勢?
對於數消費者而言，5G的價值在於它擁有比4G LTE更快的速度(峰值速率可達幾十Gbps)，例如你可以在一秒鐘內，下載一部高清電影，而4G LTE可能要10分鐘。也正是因為這一得天獨厚的優勢，業界普遍認為5G將在無人駕駛汽車、VR，以及物聯網等領域發揮重要作用。
和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定義，5G具備高性能、低延遲與高容量特性，而這些優點主要體現在毫米波、小基地台、Massive MIMO、全雙工，以及波束成形這五大技術上。
1.毫米波
眾所周知，隨著連接到無線網路設備的數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上，共享有限的頻寬，這極大的影響了用戶的體驗。
那麼5G提供的幾十個Gbps峰值速度，如何實現呢？
眾所周知，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜頻寬。5G使用毫米波(26.5-300GHz)就是通過第二種方法來提升速率，以28GHz頻段為例，其可用頻譜頻寬達到了1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號頻寬則為2GHz。
在行動通信的歷史上，這是首次開啓新的頻頻資源。在此之前，毫米波只在衛星和雷達系統上被應用，但現在已經有電信商開始使用毫米波，在基地台之間做測試。
當然，毫米波最大的缺點就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信，在高樓林立的環境下傳輸並不容易，而小基地台將解決這一問題。
2.小基地台
上文提到毫米波的穿透力差，並且在空氣中的衰減很大，但因為毫米波的頻率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是佈署小基地台的基礎。
可以預見的是，未來5G行動通信，將不再依賴大型基地台的佈建架構，大量的小型基地台將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基地台無法觸及的末梢通信。
因為體積的大幅縮小，我們設置可以在250米左右，佈署一個小基地台，這樣排列下來，電信商可以在每個城市中，佈署數千個小基地台，以形成密集網路，每個基地台可以從其它基地台，接收信號，並向任何位置的用戶發送數據。當然，你大可不必擔心功耗問題，小基地台不僅在規模上，要遠遠小於大基地台，功耗上也大大縮小了。
除了通過毫米波廣播之外，5G基地台還將擁有比現在蜂窩網路基地台多得多的天線，也就是Massive MIMO技術。
3.Massive MIMO
現有的4G基地台只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過Massive MIMO技術，形成大規模天線陣列，這就意味著基地台，可以同時從更多用戶，發送和接收信號，從而將行動網路的容量，提升數十倍倍或更大。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思，是多輸入多輸出，實際上這種技術，已經在一些4G基地台上得到了應用。但到目前為止，Massive MIMO僅在實驗室，和幾個現場試驗中進行了測試。
隆德大學教授Ove Edfors曾指出，「Massive MIMO開啓了無線通訊的新方向——當傳統系統使用時域或頻域，為不同用戶之間實現資源共享時，Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地台採用大量的天線，以及為其進行同步處理，如此則可同時在頻譜效益，與能源效率方面，取得幾十倍的增益。」
毋庸置疑，Massive MIMO是5G，能否實現商用的關鍵技術，但是多天線也勢必會帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關鍵。
4.波束成形
Massive MIMO的主要挑戰是減少干擾，但正是因為Massive MIMO技術，每個天線陣列整合了更多的天線，如果能有效地控制這些天線，讓它發出的每個電磁波的空間，互相抵消或者增強，就可以形成一個很窄的波束，而不是全向發射，有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸，不僅傳輸距離更遠了，而且還避免了信號的干擾，這種將無線信號(電磁波)，按特定方向傳播的技術叫做波束成形(beamforming)。
這一技術的優勢不僅如此，它可以提升頻譜利用率，透過這一技術，我們可以同時從多個天線，發送更多訊息；在大規模天線基地台，我們甚至可以透過信號處理算法，來計算出信號的傳輸的最佳路徑，並且最終行動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋，以及遠距離衰減的問題。
除此之外，最後要提到5G的另一大特色——全雙工技術。
5.全雙工
全雙工技術是指設備的發射機和接收機，佔用相同的頻率資源，同時進行工作，使得通信兩端在上傳、下載可以在相同時間，使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式，這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技術。
在同一信號頻道上，同時接收和發送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一顛覆性技術，也面臨著不小的挑戰，根據《行動通信》之前發佈的資料顯示，主要有一下三大挑戰：
1.電路板件設計，自干擾消除電路，需滿足寬頻(大於100MHZ)和多MIMO(多於32天線)的條件，且要求尺寸小、功耗低，以及成本不能太高。
2.實體層、MAC層的優化設計問題，比如編碼、調制、同步、檢測、偵聽、衝突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的實體層優化。
3.對全雙工和半雙工之間，動態切換的控制面優化，以及對現有幀結構和控制信令的優化問題。
因此，儘管5G的勢頭，遠遠超過了之前的4G，但5G的未來仍充滿了不確定性，現在我們需要等待的是，這些技術從實驗階段走向實用。
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