5G通訊的一些關鍵技術

按照3GPP的定義，5G具備高效能、低延遲與高容量特性，而這些優點主要體現在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工系統以及波束成形這五大技術。

其中Massive MIMO和波束成形緊密相關。

1、毫米波

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頻段每個通道的可用訊號頻寬則為2GHz。 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通訊在高樓林立的環境下傳輸並不容易，而小基站將解決這一問題。

2、小基站

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，這是部署小基站的基礎。 未來5G移動通訊將不再依賴大型基站的布建架構，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通訊。 因為體積的大幅縮小，我們設定可以在250米左右部署一個小基站。 這樣排列下來，電訊廠商可以在每個城市中部署數千個小基站以形成密集網路，每個基站可以從其它基站接收訊號並向任何位置的使用者發送資料。 小基站不僅在規模上要遠遠小於大基站，功耗上也大大縮小了。

3、Massive MIMO

除了通過毫米波廣播之外，5G基站還將擁有比現在蜂窩網路基站多得多的天線，也就是Massive MIMO技術。 見博文http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/73968552 現有的4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支援上百根天線，這些天線可以通過Massive MIMO技術形成大規模天線陣列。 這就意味著基站可以同時從更多使用者發送和接收訊號，從而將移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基站上得到了應用。  但到目前為止，Massive MIMO僅在實驗室和幾個現場實驗中進行了測試。 隆德大學教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當傳統系統使用時域或頻域為不同使用者之間實現資源共用時，Massive MIMO則匯入了空間域(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。”

4、波束成型

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幹擾，而波束成形就是解決這一問題的關鍵。 Massive MIMO的主要挑戰是減少幹擾，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，而且還避免了訊號的幹擾，這種將無線訊號（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，通過這一技術我們可以同時從多個天線發送更多資訊； 在大規模天線基站，我們甚至可以通過訊號處理演算法來計算出訊號的傳輸的最佳路徑，並且最終移動終端的位置。 因此，波束成形可以解決毫米波訊號被障礙物阻擋以及遠距離衰減的問題。

5、全雙工系統技術

全雙工系統技術是指裝置的發射機和接收機佔用相同的頻率資源同時進行工作，使得通訊兩端在上、下行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，這是通訊節點實現雙向通訊的關鍵之一，也是5G所需的高輸送量和低延遲的關鍵技術。 在同一通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《移動通訊》之前發布的資料顯示，主要有以下三大挑戰：（1）電路板件設計，自幹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）物理層、MAC層的最佳化設計問題，比如編碼、調製、同步、檢測、偵聽、衝突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的物理層最佳化。（3）對全雙工系統和半雙工之間動態切換的控制面最佳化，以及對現有幀結構和控制信令的最佳化問題。