每隔十年左右,手機(jī)網(wǎng)絡(luò)就要更新?lián)Q代。從大約1980年開(kāi)始,第一代手機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用的是模擬技術(shù)。自從1991年第二代手機(jī)網(wǎng)絡(luò)到來(lái)之后,手機(jī)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始數(shù)字化。至2011年,第三代手機(jī)網(wǎng)絡(luò)從舊式電路交換轉(zhuǎn)到高效的分組交換。在2010年左右,第四代網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模地采用了ip（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）技術(shù),讓移動(dòng)設(shè)備以寬帶速度接入到互聯(lián)網(wǎng)。每一代新網(wǎng)絡(luò)都采用了新的頻段,速度更快,更加注重?cái)?shù)據(jù)流,而不是簡(jiǎn)單地傳送語(yǔ)音。
最近,無(wú)線運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始考慮第五代（5g）網(wǎng)絡(luò)采用哪些技術(shù)。谷歌(微博)和facebook等業(yè)外巨頭最近都表示要進(jìn)軍移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商感到了一種緊迫感。如果移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商能達(dá)成一致,他們希望在2020年之前能推出第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
這可能有點(diǎn)過(guò)于雄心勃勃。前面還將有多年的扯皮還價(jià),決策者和標(biāo)準(zhǔn)持有者還會(huì)試圖說(shuō)服本國(guó)的運(yùn)營(yíng)商和電信公司使用自己的技術(shù),因?yàn)檫@對(duì)它們的發(fā)展至關(guān)重要。然而,跟前面幾代移動(dòng)技術(shù)不一樣,5g有希望成為真正的全球標(biāo)準(zhǔn),人們無(wú)論走到哪里都可以使用自己的手機(jī),出國(guó)的時(shí)候不用再麻煩把自己的sim卡換成當(dāng)?shù)乜ā?/div>
5g技術(shù)會(huì)給我們帶來(lái)哪些期待？在目前,我們可以肯定的一點(diǎn)是,5g網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間（即響應(yīng)時(shí)間）只有大概一毫秒。利用現(xiàn)在的4g網(wǎng)絡(luò)讓兩部手機(jī)互相連接的時(shí)間為50毫秒,而廣泛使用的3g網(wǎng)絡(luò)則需要500毫秒。
即使是4g網(wǎng)絡(luò),對(duì)用于向無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)送緊急指令的云系統(tǒng)來(lái)說(shuō),速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠快。這速度也不足以向參與電話會(huì)議的各方提供無(wú)縫語(yǔ)言翻譯,更不用說(shuō)遠(yuǎn)程指導(dǎo)外科【敏感詞】國(guó)人都懂的生實(shí)施拯救生命的手術(shù)。許多即時(shí)無(wú)線應(yīng)用需要不超過(guò)一毫秒的時(shí)間延遲。
另外一個(gè)基本要求是不少于每秒一千兆（1gbps）的數(shù)據(jù)速率,以后還會(huì)需要每秒幾千兆的數(shù)據(jù)速率。用戶如果要在手機(jī)或者平板上在線觀看超高清視頻（比如,4k視頻,很快就會(huì)推出8k視頻）,這樣的速度是必不可少的。
目前基于lte技術(shù)的4g網(wǎng)絡(luò)可以每秒傳輸10到100兆的數(shù)據(jù)。大多數(shù)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商仍在推出其lte服務(wù),一些運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始安裝最新的lte-advanced的設(shè)備（即真正的4g,以前的是運(yùn)營(yíng)商們欺騙消費(fèi)者說(shuō)是4g的不成熟版本）。lte-a的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率據(jù)稱(chēng)是1gbps。然而實(shí)際上用起來(lái)只有250mbps。
那么,5g技術(shù)相比4g,有哪些改進(jìn)呢？這很難說(shuō)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)看,每一代新技術(shù)都比上一代技術(shù)速度快十倍,5g網(wǎng)絡(luò)的平均下載速度最有可能達(dá)到1gbps,隨著技術(shù)的成熟,有可能上升到10gbps。這樣的無(wú)線傳輸速率甚至比目前用于向家庭提供互聯(lián)網(wǎng)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(shù)速度大大提升的是兩種新技術(shù)：載波聚合和mimo天線。這兩者都不屬于新技術(shù),但都可能在實(shí)現(xiàn)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(guò)從多個(gè)本地基站接收信號(hào)提高下載速度,而不僅僅是從附近信號(hào)最強(qiáng)的基站接收信號(hào)。這些不同的波段聚到一起之后所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大提高。在lte-a技術(shù)中,可以讓五個(gè)高達(dá)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(dòng)電信公司都已經(jīng)把能夠利用的頻率都利用了。其結(jié)果是,它們的頻段很少是連續(xù)的。幸運(yùn)的是,載波聚合不但讓移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提高了其數(shù)據(jù)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(wù)進(jìn)入更擁擠的無(wú)線世界的時(shí)候,載波聚合甚至?xí)兊酶匾?/div>
mimo（多輸入/多輸出）也是使用了同樣的方式。mimo通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)天線傳輸兩個(gè)或多個(gè)的數(shù)據(jù)流,讓
接收天線處理所有的傳入信號(hào),而不只是最強(qiáng)的信號(hào)。這就好像用高速公路代替單車(chē)道的鄉(xiāng)間公路。目前的mimo應(yīng)用方式通常是在發(fā)送端和接收端都使用三四個(gè)天線。如果兩端都使用幾十甚至上百個(gè)天線,又會(huì)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(huì)使用哪些頻道仍然沒(méi)有確定下來(lái)。如今的無(wú)線設(shè)備使用的是擁擠的700mhz到2.6ghz頻道范圍。這并不是說(shuō),5g推出之后,今天的4g,甚至3g網(wǎng)絡(luò)所使用的頻道就會(huì)突然被空出來(lái)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商將會(huì)繼續(xù)數(shù)為以百萬(wàn)計(jì)沒(méi)有立即升級(jí)到最新的設(shè)備用戶繼續(xù)提供他們的傳統(tǒng)業(yè)務(wù),這些用戶可能會(huì)好幾年都不會(huì)升級(jí)設(shè)備。
最有可能的情況是,5g將從今天的uhf（特高頻）頻段轉(zhuǎn)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(zhǎng)被稱(chēng)為“毫米波”）被用于衛(wèi)星電視、微波中繼鏈路、空中交通雷達(dá)、射電天文學(xué)和業(yè)余無(wú)線電。
在世界大多數(shù)地區(qū),60ghz周?chē)念l段被指定為民用波段。wifi研究者正計(jì)劃通過(guò)新的802.11ad標(biāo)準(zhǔn)利用未被劃作專(zhuān)用的60ghz波段在家庭中無(wú)線傳輸超高清視頻。在典型配置中,802.11ad能在適度的距離內(nèi)達(dá)到6gbps的傳輸速率。
這個(gè)頻段同樣存在缺陷。其中一個(gè)就是,這種極端的頻率很容易被墻,甚至走動(dòng)中的人阻擋。這些頻率會(huì)使空氣中的氧分子產(chǎn)生共振而被吸收,雖然只有在超過(guò)100米距離的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生顯著的吸收效果。然而,將頻率提高到70ghz或者以上時(shí),空氣吸收的情況完全不存在。據(jù)稱(chēng)芬蘭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施公司諾基亞在實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(shù)將需要比目前的手機(jī)信號(hào)發(fā)射塔更靠近用戶的基站。這已經(jīng)是一個(gè)正在發(fā)生的趨勢(shì)了。到目前為止,微蜂窩已被主要用于建筑物內(nèi)解決手機(jī)信號(hào)差的問(wèn)題。為了處理5g數(shù)據(jù),現(xiàn)有手機(jī)基站之間的空白地帶需要部署數(shù)百個(gè)微蜂窩接入點(diǎn)。這些小天線盒會(huì)被安裝在路燈柱子上或者建筑物內(nèi),幾乎沒(méi)有人會(huì)注意到它們,更不會(huì)有人反對(duì)安裝了,而架設(shè)新的手機(jī)信號(hào)發(fā)射塔往往就不一樣了。
人們禁不住會(huì)想,即使是在數(shù)十億數(shù)字設(shè)備通過(guò)電波互相聯(lián)絡(luò)的“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代,5g技術(shù)所提供的帶寬也足夠使用了,開(kāi)發(fā)下一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會(huì)變得沒(méi)有必要。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師希望5g技術(shù)成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的終點(diǎn),他們認(rèn)為此后的工作僅僅是一些演進(jìn)式的改善。這是一個(gè)不錯(cuò)的想法。然而,過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)告訴我們,即使是最聰明的預(yù)言也會(huì)在將來(lái)被突破
