導(dǎo)語：5G未來就在眼前，由于5G技術(shù)的三大場景應(yīng)用性上相比于前幾代無線通信技術(shù)的巨大提升，它必將帶來一些我們目前甚至無法想象出的應(yīng)用。此番，我們從技術(shù)角度上來看看5G技術(shù)是如何得以實(shí)現(xiàn)的，也為你埋下一顆在5G應(yīng)用上的種子。
現(xiàn)代無線通信技術(shù)的演進(jìn)幾乎10年就是一個時代，從上世紀(jì)90年代的2G，直至觸手可及的5G。可以說，無線通信技術(shù)是真正能夠最迅速普惠全民眾的事業(yè)，它所帶來的便利性，應(yīng)用性起到著推進(jìn)時代進(jìn)程的作用，我覺得這是通信人所值得驕傲的。
最新的5G無線通信技術(shù)會帶來什么樣的變化，ITU從eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）、mMTC(海量機(jī)器類通信)、uRLLC（超可靠、低時延通信）的三大應(yīng)用場景上做出了一定規(guī)劃。那么5G技術(shù)到底又有什么不同呢？我們從其根源上出發(fā)從技術(shù)角度來看看它的演進(jìn)過程。
首先從香農(nóng)公式說起，：C＝B log2(1+S/N)。C是最大傳輸速率；B為頻譜帶寬；S為信號功率；N則是噪聲功率。此公式為通信領(lǐng)域理論之基。
首先很明顯，在直觀角度上，為了提高傳輸速率最直接的做法就是提高頻譜帶寬。
為了提高頻譜帶寬，總的來說分為三類方法。其一，提高頻譜范圍，由C= λV，為了提高頻率，那么所需波長就越小。也就誕生了5G的關(guān)鍵技術(shù)之一：毫米波（mmWave）。其二，提高頻譜利用率，那么這就涉及到了大幅提高頻譜效率的Massive MIMO，以及（調(diào)制技術(shù)）正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM（以及F-OFDM等）和可以實(shí)現(xiàn)頻譜效率3倍提升空分多址技術(shù)SCMA。其三，為了提高在傳輸過程中的效率，空間利用率和抗干擾性、減低能耗，便有了CCFD(同時同頻全雙共)、3D波束賦形（對射頻信號相位的控制，使得電磁波精準(zhǔn)的指向所需服務(wù)的移動終端）和D2D（同基站下終端與終端可直接通信，無需經(jīng)過基站）。
在實(shí)現(xiàn)了這些技術(shù)的前提下，三大應(yīng)用場景基本就得到了解決，當(dāng)然這不是最終的。在有了這些技術(shù)的情況下，為了提高其可靠性，更低時延等，還有別的工作要做。
首先，傳統(tǒng)運(yùn)營商基站的建設(shè)成本是比較高的，而5G由于其多需要采用高頻段，那么它的覆蓋范圍勢必將縮小，那么（宏）基站的建設(shè)成本無疑會成為一個很大的問題，（這也正是當(dāng)初運(yùn)營商搶低頻而段而搶的頭破血流的原因）因而提出了UDN（超密集組網(wǎng)）、UCNC（虛擬化小區(qū)和CloudRAN）等的建設(shè)方案，其做法之一就是建設(shè)微基站。（PS:據(jù)了解近兩年微基站的建設(shè)成本控制在五千元以內(nèi)）同時，由于SDR技術(shù)的發(fā)展，微基站建設(shè)的長期投入成本將會更低——頻帶、空中接口協(xié)議和功能都可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。
除此之外，5G技術(shù)其實(shí)不單單指高頻段的應(yīng)用上，它將涵蓋，或者說覆蓋此前的網(wǎng)絡(luò)頻段應(yīng)用，使得5G網(wǎng)成為一個巨大的混合網(wǎng)，因而有5G物聯(lián)網(wǎng)之說。由此，端對端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用也將成為解決大規(guī)模連接節(jié)點(diǎn)的一個重要方式，這會更好地解決5G在物聯(lián)網(wǎng)中一些對連接要求不那么極端的設(shè)備連接上。
說完這些提高物理性技術(shù)的方案，我們再來談?wù)剰挠嬎銠C(jī)技術(shù)上的方案。編碼方案一定程度上在傳輸“源頭”決定了傳輸?shù)乃俾逝c時延，此前的4G網(wǎng)絡(luò)上，不論信道控制還是數(shù)據(jù)控制都采用的是LDPC，而在去年底，3GPP確定了由華為中國公司主推的的極化碼（Polar）方案作為5G eMBB場景的控制信道編碼方案，雖然數(shù)據(jù)信道上憾負(fù)LDPC幾票。
至此，我們從通信技術(shù)的根源上對5G所采用的主要新興技術(shù)做了一個簡單的系統(tǒng)性總結(jié)，當(dāng)然，5G中的新技術(shù)還很多，我也只是從旁觀者的角度去少部分的了解了這么一些。（如有意見，請評論補(bǔ)充）再者，5G雖在眼前，但它仍然還處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，也勢必會出現(xiàn)更多更好地促使其成熟、加快落地的新技術(shù)。
以下部分則是一段簡單的無線通信技術(shù)演進(jìn)史。
追溯到由無線電報而衍生的模擬移動通信系統(tǒng)，它以模擬電路單元為基本模塊實(shí)現(xiàn)語音通信，并創(chuàng)新式地采用了蜂窩結(jié)構(gòu)，可重復(fù)利用頻帶，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域覆蓋和移動環(huán)境下的不間斷通信。但它的不足之處也很明顯：頻譜利用率低，容量節(jié)點(diǎn)有限；保真性較差，安全隱患大；制式太多，兼容性差；無法提供非語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
相比于1G，2G時代由ETSI制定的GSM可謂是三朝元老，自90年商用沿用至今，統(tǒng)治了一代人的記憶。除此之外，高通基于擴(kuò)頻技術(shù)推廣的CDMA也是我國聯(lián)通早期的主要通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2G時代我們主要應(yīng)用的就是基于GSM演進(jìn)的GPRS了，基于此誕生的WAP可以算是移動互聯(lián)網(wǎng)的階段性產(chǎn)物。但是很明顯，其仍舊無法解決頻譜資源緊張的問題。
直至3G的出現(xiàn)，日、歐提出了WCDMA，能夠直接架設(shè)在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，能夠輕易度過通信技術(shù)的迭代，降低基站建設(shè)的成本；高通則提出了CDMA2000，這套系統(tǒng)從窄頻CDMA1X衍生而來，可從原有CDMA 1X結(jié)構(gòu)直接升級3G，建設(shè)成本低廉。同時這套系統(tǒng)也成了高通的搖錢樹之一，從運(yùn)營商處收取5%的專利費(fèi)用，這也為日后我國和歐洲共同研發(fā)LTE埋下了伏筆。1998年，我國也提出了TD-SCDMA，采用了智能無線，同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)，其在頻譜利用、業(yè)務(wù)支持靈活性上都有獨(dú)特優(yōu)勢。
4G時代的到來，是比較快的。很多人都感覺3G還沒用熱呢，運(yùn)營商已經(jīng)在短信通知換取4G卡了。4G的演進(jìn)過程中OFDM有著關(guān)鍵性作用，而無論WCDMA還是TD-SCDMA都可以很快速的直接演進(jìn)到LTE，相比于此前的通信技術(shù)無疑4G的優(yōu)勢是巨大的，通信速度上的躍升已可匹及家庭寬帶，因而實(shí)現(xiàn)了更高質(zhì)量的多媒體通信業(yè)務(wù)，同時4G的發(fā)展也為現(xiàn)今智能手機(jī)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及做出了巨大貢獻(xiàn)。
而講到LTE就不得不說說FDD與TDD的差別了，如果將頻譜比作一條高速公路，那么FDD就是采用雙車道制式，可同步進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載；而TDD則是一條根據(jù)時間變換的單行道，將時間分成無數(shù)幀，在幀與幀之間實(shí)行變換。
5G以前的通信演進(jìn)史就到此劃一段落了，而5G的演進(jìn)正在進(jìn)行之中，我們會共同持續(xù)關(guān)注它給物聯(lián)網(wǎng)，給整個時代所帶來的影響。
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