5G如何實現(xiàn)如此高的傳輸速率呢？

無線傳輸增加傳輸速率大體上有兩種方法，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。在無線傳輸中，數(shù)據(jù)以碼元（symbol）的形式傳送。在碼元傳送速率（碼率）不變的情況下，信號占用的無線帶寬不變，而每個碼元傳送的信息數(shù)據(jù)量是由調(diào)制方式?jīng)Q定的。

調(diào)制方式是指如何用信號傳遞信息。

無線通訊中的調(diào)制通過操縱無線電波的幅度和相位可以產(chǎn)生載波的不同狀態(tài)。當調(diào)制方式由簡單變到復(fù)雜時，載波狀態(tài)數(shù)量增加，一個碼元所代表的信息量（比特數(shù)）也增加。

但另一方面每個碼元狀態(tài)之間的間距也變小，因此容易受到噪聲干擾使得碼元偏離原本應(yīng)該在的位置從而造成解碼出錯。所以復(fù)雜調(diào)制對信道的要求比較高，在信道噪聲很大的情況下使用復(fù)雜調(diào)制會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率很高，而且解碼所需要的電路也會非常復(fù)雜，導(dǎo)致功耗很大。

由簡單（左）到復(fù)雜（右）調(diào)制的狀態(tài)圖

相對于提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法顯得更簡單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬翻倍則可以實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率也翻倍。但問題是，現(xiàn)在常用的5GHz以下的頻段已經(jīng)非常擁擠，到哪里去找新的頻譜資源呢？各大廠商不約而同想到的方法就是使用毫米波技術(shù)。

毫米波是什么？其特點有哪些？

毫米波是指波長在毫米數(shù)量級的電磁波，其頻率大約在30GHz~300GHz之間。

根據(jù)通信原理，無線通信的最大信號帶寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可實現(xiàn)的信號帶寬也越大。在毫米波頻段中，28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個頻段。28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則到了2GHz（整個9GHz的可用頻譜分成了四個信道）。

相比而言，4G-LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下，而可用頻譜帶寬只有100MHz。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬輕輕松松就翻了10倍，傳輸速率也可得到巨大提升。5G時代，我們可以使用毫米波頻段輕輕松松用手機5G在線看藍光品質(zhì)的電影，只要你不怕流量用完！

各個頻段可用頻譜帶寬比較

毫米波頻段的另一個特性是在空氣中衰減較大，且繞射能力較弱。換句話說，用毫米波實現(xiàn)信號穿墻基本是不可能。但是，毫米波在空氣中傳輸衰減大也可以被我們所利用，所謂”It‘s not a bug，it’s a feature！”：你手機使用的毫米波信號衰減確實比較大，但是同樣地其他終端發(fā)射出的毫米波信號（對你而言是干擾信號）的衰減也很大，所以毫米波系統(tǒng)在設(shè)計的時候不用特別考慮如何處理干擾信號，只要不同的終端之間不要靠得太近就可以。選擇60GHz更是把這一點利用到了極致，因為60GHz正好是氧氣的共振頻率，因此60GHz的電磁波信號在空氣中衰減非?？欤瑥亩梢酝耆苊獠煌K端之間的干擾。

當然，毫米波在空氣中衰減非常大這一特點也注定了毫米波技術(shù)不太適合使用在室外手機終端和基站距離很遠的場合。各大廠商對5G頻段使用的規(guī)劃是在戶外開闊地帶使用較傳統(tǒng)的6GHz以下頻段以保證信號覆蓋率，而在室內(nèi)則使用微型基站加上毫米波技術(shù)實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。

毫米波必須配合微型基站（或接入點）使用

毫米波相比于傳統(tǒng)6GHz以下頻段還有一個特點就是天線的物理尺寸可以比較小。這是因為天線的物理尺寸正比于波段的波長，而毫米波波段的波長遠小于傳統(tǒng)6GHz以下頻段，相應(yīng)的天線尺寸也比較小。因此我們可以方便地在移動設(shè)備上配備毫米波的天線陣列，從而實現(xiàn)各種MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量）技術(shù)，包括波束成型。