5G手機速度快，主要技術原因是什么？
都說5G手機比4G上網速度快。目前4G的峰值下載速率為1Gbps，下載一部高清電影可能要花一小時時間。而5G的峰值速率有望達到10Gbps，下載同樣一部電影可能只要花幾分鐘時間。
最近EDN小編看到有人說，這只不過是炒作罷了。那么EDN小編就想為5G鳴不平。本文就想簡單地歸納下，5G當中采用了哪些關鍵技術，能帶來速度的大幅提升。
頻譜擴展
5G網絡和4G大不同。首先從頻譜來看，1G到4G無線通信采用的 300MHz~3GHz 頻譜具有穿透性、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，但存在一個非常致命的缺點：頻帶寬度過于狹窄，位于頻段內的無線設備數量眾多，頻譜分配即將枯竭。
全球5G先發(fā)頻段則是C波段（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz。此外，5G采用了寬頻方式定義頻段，形成了少數幾個全球統(tǒng)一頻段，大大降低了手機支持全球漫游的復雜度。5G的最大帶寬由20MHz增加到在C波段上最大支持100MHz，在毫米波上最大支持400MHz。
新波形
5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術。OFDM技術被當今的4G LTE和Wi-Fi系統(tǒng)廣泛采用。因其可擴展至大帶寬應用，可具有高頻譜效率和較低的數據復雜性，因此能夠很好地滿足5G要求。OFDM 技術家族可實現多種增強功能，例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率，以及創(chuàng)建單載波OFDM波形，實現高能效上行鏈路傳輸。
通過OFDM子載波之間的15kHz間隔（固定的OFDM參數配置），LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬。為了支持更豐富的頻譜類型/頻帶（如毫米波、非授權頻段）和部署方式。5G NR將引入可擴展的OFDM間隔參數配置。這樣，5G NR就在統(tǒng)一的框架下提高多路傳輸效率。另外，5G NR也能跨參數實現載波聚合，比如聚合毫米波和6GHz以下頻段的載波。
5G新空口在上行與下行方向上均采取具有可擴展特性（在子載波間隔及循環(huán)前綴方面）的循環(huán)前綴正交頻分復用（CP-OFDM）技術，這樣，上行與下行就有著相同的波形，從而就可簡化5G新空口的整體設計，尤其是無線回程以及設備間直接通信（D2D）的設計。縮減 OFDM 信號的 CP 前綴，壓縮 OFDM 長度，可降低傳輸延遲。此外，Filter-OFDM技術可降低頻譜邊緣保護帶的開銷，相比4G，在同樣的標稱帶寬下，傳輸帶寬有了明顯的提升。
高階調制
現有4G LTE具有QPSK、16QAM、64QAM、256QAM可采取這四種調制方式，5G新空口也將支持。目前，5G新空口標準中新增1024QAM。
在手機側，目前4G采用的調制方式是64QAM。而5G可以采用256QAM，這樣一個碼元就可以傳輸8比特數據。
Massive MIMO
多天線技術經歷了從無源到有源，從2D到3D，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高。
由于引入了有源天線陣列，5G基站側可支持的協(xié)作天線數量將達到128根。此外，原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術，支持多用戶波束智能成形，減少用戶間干擾，結合高頻段毫米波技術，將進一步改善無線信號覆蓋性能。
多天線的使用帶來了空間復用增益，可以大幅度提升容量。但對于特定終端（如手機），能支持的復用層數受限于接收天線的數目。
現在大家所使用的手機標配的接收天線數目為兩個，因此能支持最大復用層數為兩層。未來使用4收天線的終端將成為主流。5G NR將標配的接收天線數目提升了一倍。相比2收、4收終端可以大幅提升下行速率。
波束成形
Massive MIMO由于每個天線陣列集成了更多的天線，因此其主要挑戰(zhàn)是減少干擾。如果能有效地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強，就可以形成很窄的波束，而不是全向發(fā)射。這樣就能將有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸，不僅可使傳輸距離更遠，而且還能避免信號的干擾，這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術就叫做波束成形（beamforming）。
這一技術的優(yōu)勢不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過這一技術便可同時從多個天線發(fā)送更多信息。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠距離衰減的問題。
全雙工
最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業(yè)界的注意力。5G網絡采用該技術，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。
終端直通
傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網方式是以基站為中心實現小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務需求。
終端直通（D2D）技術無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，D2D能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。
目前，D2D采用廣播、組播和單播技術方案，未來將發(fā)展其增強技術，包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯(lián)合編碼技術等。
高級信道編碼設計
目前LTE網絡的編碼還不足以應對未來的數據傳輸需求，因此迫切需要一種更高效的信道編碼設計，以提高數據傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置，同時，還要繼續(xù)提高現有信道編碼技術（如LTE Turbo）的性能極限。
與前代通信技術數據信道所用turbo碼、控制信道用TBCC等編碼方式相比，5G NR采用了全新的信道編碼方式，即數據信道用LDPC編碼，控制信道和廣播信道用Polar編碼。這一改進可以提高NR信道編碼效率，能以低復雜度和低時延，擴展達到更高的傳輸速率。
總結
由于篇幅有限，本文僅針對5G手機列舉了幾項關鍵技術。同時，要實現5G手機的快速通信，也少不了基礎設施側的超密集網絡和小基站等技術的支持。此外，對于萬物互聯(lián)，網絡功能虛擬化/網絡切片、無線軟件定義網絡等技術也都是5G研究的熱點。
