5G網絡的技術“法寶”

文西安交大附中 馬藝菲

移動通信自20世紀80年代誕生以來，先后經歷了1G、2G、3G和4G等發展階段，已成為人們日常生活中不可缺少的基礎信息網絡。

每一次通信系統的更新換代都會給移動通信行業帶來更快的上網速度和更多的服務——1G給我們帶來移動通話，2G讓我們可以互發短信，3G讓手機連上了互聯網，4G帶來了高速上網。隨著用戶的期望越來越高，4G已不能滿足人們對網絡使用的要求，于是第五代通訊系統（5G）應運而生。它的網速最高可達4G的10倍，不到一秒就能下載一部高清電影。

五大技術“法寶”

5G網絡技術是什么，目前沒有統一的定義，然而，作為5G網絡技術發展的基礎，有五種“法寶”必不可少，它們是毫米波、小基站網絡、大規模天線、波束成形和全雙工技術。

第一種是毫米波技術。眾所周知，無線頻率越高，能傳輸的信息量越大，體驗到的網速也就越快。毫米波技術可以通過提升頻譜帶寬實現超高速無線數據傳播，從而成為5G通信技術中的關鍵。但毫米波穿透能力弱，且很容易被樹葉、雨滴等吸收。

為解決這個問題，需要引入第二種技術：小基站網絡。由于毫米波很難穿透障礙物，當人處于障礙物的后面就無法接收到信號，可通過安裝多個迷你基站圍繞障礙物傳輸信號，形成信號接力。當用戶走到障礙物后面時，智能電話會自動切換到另一個小基站，使通信不會中斷，用戶之間能進行正常的通話。

第三種技術是大規模天線。通過使用多根天線，發射或接收更多的信號。現在一個4G基站大約有十幾根天線，而一個大規模天線基站大約有幾百根天線，這將大大增加當前移動網絡的容量。

第四種技術是波束成形。當蜂窩天線信號交匯在一起時會引起嚴重的干擾，波束成形技術可以很好地解決這個問題。

波束成形技術的實現過程如下：當在城市建筑群落中撥打電話時，通話的信號在周圍建筑上碰撞反彈，并且與同一區域內其他用戶的通話信號交錯在一起，大規模天線基站接收到所有這類通話信號并且跟蹤信號到達的時間和方向，然后規劃出信號傳播的最佳路徑，讓信號到達每個智能電話，這樣通話信號之間就不會相互干擾。

最后一種是全雙工技術。全雙工技術是指可以雙向通信。過去在通話時，通話雙方必須輪流說和聽，信息的延時長。例如，把無線電波看作是滿載著數據的火車，無線電波傳輸所用的頻率則可視為鐵軌，在這條鐵軌上，如果有第二輛火車試圖從相反的方向開來，就必然會發生碰撞。解決的辦法是，讓開往兩個方向的火車輪流行駛，或者把所有火車放在不同的鐵軌上。全雙工技術通過雙向通信能很好地解決以上問題，使通信效率大幅提高。

5G離我們有多遠

5G是虛擬現實、無人駕駛等得以推廣應用的基礎。人們能通過5G無線網絡在虛擬的環境下體驗未來生活。5G可以為用戶提供超高清視頻、流暢的在線游戲等體驗，還能有效滿足工業、醫療、交通行業多樣化的無線通信要求，實現真正的“萬物互聯”。

5G離我們還有多遠？根據國際電信聯盟的規劃，2018年將最終確定5G標準，2020年5G將具備規模化商用條件。目前全球領先的廠商都在按這個進度努力，而且進展順利。

如在CES2017的展會上，英特爾公司發布了一款5G調制解調器，該產品是世界首個同時支持6GHz以下頻段和毫米波頻段的全球通用的5G調制解調器，它包含一個緊湊的、低功耗的芯片工具包，并能提供千兆級速度和超低時延。

盡管還未形成標準，但隨著網絡技術和通信技術的迅速發展，5G網絡的關鍵技術將在實質上有新的突破，超快速的5G網絡可能在未來幾年內投入商用，以滿足未來移動互聯網和物聯網新的業務需求，保證虛擬現實、無人駕駛等多種場景下高速無線通信的服務要求。