5G時代：無線網絡將比光纖更快

　　每隔十年左右，手機網絡就要更新換代。從大約1980年開始，第一代手機網絡采用的是模擬技術。自從1991年第二代手機網絡到來之后，手機網絡開始數字化。至2011年，第三代手機網絡從舊式電路交換轉到高效的分組交換。在2010年左右，第四代網絡大規(guī)模地采用了IP（互聯網協議）技術，讓移動設備以寬帶速度接入到互聯網。每一代新網絡都采用了新的頻段，速度更快，更加注重數據流，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）網絡采用哪些技術。谷歌和Facebook等業(yè)外巨頭最近都表示要進軍移動無線網絡，移動運營商感到了一種緊迫感。如果移動運營商能達成一致，他們希望在2020年之前能推出第五代移動網絡。

　　這可能有點過于雄心勃勃。前面還將有多年的扯皮還價，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(fā)展至關重要。然而，跟前面幾代移動技術不一樣，5G有希望成為真正的全球標準，人們無論走到哪里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網絡的延遲時間（即響應時間）只有大概一毫秒。利用現在的4G網絡讓兩部手機互相連接的時間為50毫秒，而廣泛使用的3G網絡則需要500毫秒。

　　即使是4G網絡，對用于向無人駕駛汽車發(fā)送緊急指令的云系統來說，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，更不用說遠程指導外科醫(yī)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于每秒一千兆（1Gbps）的數據速率，以后還會需要每秒幾千兆的數據速率。用戶如果要在手機或者平板上在線觀看超高清視頻（比如，4k視頻，很快就會推出8k視頻），這樣的速度是必不可少的。

　　目前基于LTE技術的4G網絡可以每秒傳輸10到100兆的數據。大多數移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的峰值數據傳輸速率據稱是1Gbps。然而實際上用起來只有250Mbps。

　　那么，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網絡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甚至比目前用于向家庭提供互聯網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。這兩者都不屬于新技術，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后所能傳輸的數據量大大提高。在LTE-A技術中，可以讓五個高達20MHz的帶寬載波單元聚集成100MHz單載波。

　　頻段是全球性短缺資源，大部分移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(xù)的。幸運的是，載波聚合不但讓移動運營商提高了其數據傳輸速率，而且可以讓它們把不同的頻段拼接到一起。在五年以后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數據流，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(xiāng)間公路。目前的MIMO應用方式通常是在發(fā)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頻道范圍。這并不是說，5G推出之后，今天的4G，甚至3G網絡所使用的頻道就會突然被空出來。移動運營商將會繼續(xù)數為以百萬計沒有立即升級到最新的設備用戶繼續(xù)提供他們的傳統業(yè)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”）被用于衛(wèi)星電視、微波？？中繼鏈路、空中交通雷達、射電天文學和業(yè)余無線電。

　　在世界大多數地區(qū)，60GHz周圍的頻段被指定為民用波段。WiFi研究者正計劃通過新的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視頻。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墻，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。據稱芬蘭網絡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(fā)射塔更靠近用戶的基站。這已經是一個正在發(fā)生的趨勢了。到目前為止，微蜂窩已被主要用于建筑物內解決手機信號差的問題。為了處理5G數據，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筑物內，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(fā)射塔往往就不一樣了。

　　人們禁不住會想，即使是在數十億數字設備通過電波互相聯絡的“物聯網”時代，5G技術所提供的帶寬也足夠使用了，開發(fā)下一代的移動網絡技術會變得沒有必要。網絡架構師希望5G技術成為移動網絡技術的終點，他們認為此后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。

來源：騰訊科技

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