對於LTE/4G，業界正接近於時間和頻率利用的理論極限。5G無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)的(de)下(xia)一(yi)步(bu)是(shi)利(li)用(yong)空(kong)間(jian)維(wei)度(du)，通(tong)過(guo)向(xiang)不(bu)同(tong)方(fang)向(xiang)發(fa)射(she)嚴(yan)格(ge)聚(ju)焦(jiao)的(de)信(xin)號(hao)
，盡(jin)可(ke)能(neng)頻(pin)繁(fan)地(di)同(tong)時(shi)使(shi)用(yong)任(ren)何(he)給(gei)定(ding)頻(pin)率(lv)。業(ye)界(jie)在(zai)將(jiang)這(zhe)兩(liang)項(xiang)技(ji)術(shu)用(yong)於(yu)5G時，尚需克服挑戰。2017年，這兩個主題一直在進步和變化

，2018年在這兩方麵可能會看到更多。

 

圖1：5G將依靠天線陣列來提供大量輸入和大量輸出（或稱MIMO）。波束成形將信號引導到特定設備。（來源：T-Mobile）

 

MIMO描(miao)述(shu)了(le)在(zai)發(fa)送(song)端(duan)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)將(jiang)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)天(tian)線(xian)聚(ju)合(he)進(jin)越(yue)來(lai)越(yue)密(mi)集(ji)的(de)陣(zhen)列(lie)，以(yi)創(chuang)建(jian)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)流(liu)層(ceng)。同(tong)時(shi)
，波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)和(he)與(yu)波(bo)束(shu)跟(gen)蹤(zong)緊(jin)密(mi)相(xiang)關(guan)的(de)技(ji)術(shu)是(shi)將(jiang)每(mei)個(ge)信(xin)號(hao)引(yin)導(dao)到(dao)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)最(zui)佳(jia)路(lu)徑(jing)上(shang)，同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)信(xin)號(hao)幹(gan)擾(rao)。波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)將(jiang)使(shi)MIMO效率更高。

 

要應用於5G網絡係統
，這兩種技術都需要做進一步改進。

 

物理上縮小天線尺寸仍困難重重
；麵向5G的MIMO陣列非常大（這是2020年之前，也許更晚，實際的5G智能手機都不太可能問世的原因之一）。大多數現存的陣列功耗仍太高
，以致不完全實用。

 

圖2：信號必須沿著高度和方位角兩個維度去引導
，使波束成形的任務複雜化。（來源：Qorvo）

 

波束成形的本質正如其名，但該術語並沒有蘊含涉及的複雜性。在4G中
，發射器對接收器進行三角定位。在5G中也是如此，但在5Gzhong
，fasheqiyejiangnengyingshewulihuanjing，ranhoubujinjisuanduojingfandan
，erqiejisuanruhecuokaixinhaoliu，eryibuganraotongbuxinhaodefangshilailiyongduolujing。dangfasheqihejieshouqizhongderenyigehuolianggedouzaiyidongshi，renwubiandegengkunnan。

 

所有這些又都因5G無線的下一個重要方麵中的額外固有技術挑戰而更加棘手。

 

 

最初為5G分配的頻率在6GHz已擁擠不堪。世界各地不同司法管轄區最近分配給5G服務的頻譜大多分布於各毫米波頻率。

 

毫米波範圍是從30GHz到300GHz。世界範圍內新的5G頻譜分配，範圍從20大幾GHz（例如26GHz和28GHz
，它們技術上不是毫米波，但通常被歸入該類）
，到30~40GHz內的幾個頻段和40~50GHz內的幾個頻段。有一個60GHz的Wi-Fi頻段可用於5G無線。其它更高的頻率正在考慮中。

 

圖3：毫米波範圍（30GHz至300GHz）附近和以內的頻譜特別適合於更高的數據速率
，盡管有缺陷
，但卻有吸引力。（來源：愛立信）

 

一方麵，這些較高頻率的信號將支持5G規定的高得多的數據速率。為提高其迄今為止已設法實現的頻譜效率，業界仍然有工作要做。

 

另一方麵，毫米波信號的傳輸速率明顯低於期望。毫米波信號及6GHz以下信號不能傳得很遠，也不能穿透障礙物。

 

一般來說，5G的許多元器件仍然昂貴，在毫米波頻譜尤其如此。隨著規模經濟拉動並基於未來可能的創新，進一步的集成將使成本肯定下降。

 

在以前的無線網絡演進中，基本的目標任務是把數據送到手機。沒錯
，這是從簡單的電話開始，並發展到增加寬帶接入
；沒錯
，其它類型的設備是由4G/LTE網絡支持的，但絕大多數的無線網絡使用是向手機收發數據。這將隨著5G而改變。5G將成為許多物聯網應用的使能技術，但同樣重要的是，這些物聯網應用將有助於證明5G演進的正確性。包括物聯網在內的用例實際上內置於5G技術路線圖中，這是5G市場發展的內在。

 

雖然許多物聯網設備將直接連接到5G，但其它的不會。許多物聯網應用將依賴大量簡單、便宜的傳感器或其它相對簡單的設備。這些設備可能要求低功耗或超低功耗；它們可能要求也可能不要求低延遲；它們可能需要也可能不需要彼此通信；它們產生（也可能收到）的數據量可能會因設備的不同而差異巨大；它們可能需要進行實時不間斷的輪詢
，也可能一天、一周
、甚至一月才輪詢一次。在許多這些應用中，5G連接不僅是技術上的過度浪費，而且還太昂貴
，以致於它們中有許多在經濟上不可行。

 

這就是為什麼下一個主題也對5G市場非常有用。

 

 

在許多物聯網應用中，大批設備將通過專門為LP-WAN設計的一些無線技術連接到基站，基站又將連接到高速高帶寬的網絡。該網絡可能是5G，但不一定；4G連接有時就足夠了——3G有時候就可以。附近有有線接入也可以

，它也許同樣有用（如果不是更理想的話）；隻是在很多地方，附近沒有有線網絡，這就有利於5G網絡連接被采用了。

 

目前有幾種LP-WAN選擇。它們包括LoRaWAN、Sigfox、Weightless、NB-IoT、LTE M、Ingenu和Symphony Link。下一個版本的Wi-Fi 802.11ax在規範中有低功耗選項，它也可能加入其中。

 

一些LP-WANjishushizhuanyoujishu，lingyixiezeshigengjubaorongxingdekaifaguochengdejieguo。tamendekaifangchengdubutong。xianzaipanduannayigehuibiandeliuxinghaiweishiguozao
，dankeyikendingdeshi：長期來看，LP-WAN的無線選擇比市場可能容納的要多。

 

 

zaiyixiewulianwangyingyongzhong，shiyongwuxianchuanshujishubujinshiyongyulianjiedaliangjiandanbianyideshebei，erqiehaishiyongyuqibicihulian。zhejiushiwangzhuangwangluodetianxia。yixieLP-WAN技術一開始並沒有對網狀網絡提供支持
，但現在幾乎所有的技術都提供了支持。

 

網狀網絡並不是LP-WAN獨有。它已經被納入無線局域網技術。Zigbee和Thread是一開始就支持網狀網技術的，藍牙已經增加了它，下一個版本的Wi-Fi也將擁有它。Wi-Fi的這個下一版本叫做802.11ax，也叫做Max（看看“11ax”——把第一個1反過來
，它就麵朝另一個1，合在一起就是一個“M”）。

 

無線網狀網在5G中當然可以有用。在所有連接設備都是靜止的局域網中，網狀網尚不能非常容易地做好；考慮到移動設備（行走的人、無人機
、汽車），則難度加劇。業界正在開始使5G支持網狀網的工作。

 

圖4：網狀網絡將有助於設備互連。一種可能的用途是車對車（V2V）通信。（來源：密歇根理工大學）

 

本文轉載自EDN電子技術設計。