文西安交大附中 馬藝菲

移動(dòng)通信自20世紀(jì)80年代誕生以來(lái)，先后經(jīng)歷了1G、2G、3G和4G等發(fā)展階段，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚幕A(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。

每一次通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代都會(huì)給移動(dòng)通信行業(yè)帶來(lái)更快的上網(wǎng)速度和更多的服務(wù)——1G給我們帶來(lái)移動(dòng)通話，2G讓我們可以互發(fā)短信，3G讓手機(jī)連上了互聯(lián)網(wǎng)，4G帶來(lái)了高速上網(wǎng)。隨著用戶的期望越來(lái)越高，4G已不能滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用的要求，于是第五代通訊系統(tǒng)（5G）應(yīng)運(yùn)而生。它的網(wǎng)速最高可達(dá)4G的10倍，不到一秒就能下載一部高清電影。

五大技術(shù)“法寶”

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是什么，目前沒有統(tǒng)一的定義，然而，作為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，有五種“法寶”必不可少，它們是毫米波、小基站網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模天線、波束成形和全雙工技術(shù)。

第一種是毫米波技術(shù)。眾所周知，無(wú)線頻率越高，能傳輸?shù)男畔⒘吭酱?，體驗(yàn)到的網(wǎng)速也就越快。毫米波技術(shù)可以通過(guò)提升頻譜帶寬實(shí)現(xiàn)超高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳播，從而成為5G通信技術(shù)中的關(guān)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(gè)問(wèn)題，需要引入第二種技術(shù)：小基站網(wǎng)絡(luò)。由于毫米波很難穿透障礙物，當(dāng)人處于障礙物的后面就無(wú)法接收到信號(hào)，可通過(guò)安裝多個(gè)迷你基站圍繞障礙物傳輸信號(hào)，形成信號(hào)接力。當(dāng)用戶走到障礙物后面時(shí)，智能電話會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)小基站，使通信不會(huì)中斷，用戶之間能進(jìn)行正常的通話。

第三種技術(shù)是大規(guī)模天線。通過(guò)使用多根天線，發(fā)射或接收更多的信號(hào)?，F(xiàn)在一個(gè)4G基站大約有十幾根天線，而一個(gè)大規(guī)模天線基站大約有幾百根天線，這將大大增加當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量。

第四種技術(shù)是波束成形。當(dāng)蜂窩天線信號(hào)交匯在一起時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的干擾，波束成形技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

波束成形技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：當(dāng)在城市建筑群落中撥打電話時(shí)，通話的信號(hào)在周圍建筑上碰撞反彈，并且與同一區(qū)域內(nèi)其他用戶的通話信號(hào)交錯(cuò)在一起，大規(guī)模天線基站接收到所有這類通話信號(hào)并且跟蹤信號(hào)到達(dá)的時(shí)間和方向，然后規(guī)劃出信號(hào)傳播的最佳路徑，讓信號(hào)到達(dá)每個(gè)智能電話，這樣通話信號(hào)之間就不會(huì)相互干擾。

最后一種是全雙工技術(shù)。全雙工技術(shù)是指可以雙向通信。過(guò)去在通話時(shí)，通話雙方必須輪流說(shuō)和聽，信息的延時(shí)長(zhǎng)。例如，把無(wú)線電波看作是滿載著數(shù)據(jù)的火車，無(wú)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(lái)，就必然會(huì)發(fā)生碰撞。解決的辦法是，讓開往兩個(gè)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(shù)通過(guò)雙向通信能很好地解決以上問(wèn)題，使通信效率大幅提高。

5G離我們有多遠(yuǎn)

5G是虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人駕駛等得以推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。人們能通過(guò)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在虛擬的環(huán)境下體驗(yàn)未來(lái)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(yàn)，還能有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通行業(yè)多樣化的無(wú)線通信要求，實(shí)現(xiàn)真正的“萬(wàn)物互聯(lián)”。

5G離我們還有多遠(yuǎn)？根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的規(guī)劃，2018年將最終確定5G標(biāo)準(zhǔn)，2020年5G將具備規(guī)?；逃脳l件。目前全球領(lǐng)先的廠商都在按這個(gè)進(jìn)度努力，而且進(jìn)展順利。

如在CES2017的展會(huì)上，英特爾公司發(fā)布了一款5G調(diào)制解調(diào)器，該產(chǎn)品是世界首個(gè)同時(shí)支持6GHz以下頻段和毫米波頻段的全球通用的5G調(diào)制解調(diào)器，它包含一個(gè)緊湊的、低功耗的芯片工具包，并能提供千兆級(jí)速度和超低時(shí)延。

盡管還未形成標(biāo)準(zhǔn)，但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)將在實(shí)質(zhì)上有新的突破，超快速的5G網(wǎng)絡(luò)可能在未來(lái)幾年內(nèi)投入商用，以滿足未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)新的業(yè)務(wù)需求，保證虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人駕駛等多種場(chǎng)景下高速無(wú)線通信的服務(wù)要求。