3、微基站技術

請您腦補一個場景，小區中心只立著一盞路燈，陰影面積當然會很大，而如果在小區里均勻設置很多路燈，陰影面積則會小得多了。所以說，將傳統的宏基站變成站點更多密度更大的微基站，是解決毫米波“直線問題”的有效方法。

這只是微基站的一個原由，還有一個更強大的原由。5G時代的入網設備數量會呈爆炸性的增長，單位面積內的入網設備可能會增至千倍，若延續以往的宏基站覆蓋模式，即使基站的帶寬再大也無力支撐。

這個原由很好理解，以前的宏基站覆蓋1000個上網用戶，這些用戶均分這個基站的速率資源，而進入5G時代后用戶的速率要求高多了，一個基站的資源就遠遠不夠分了，只能布設更多的基站，例如讓每個基站只負責20個用戶，分餐的人少了，每個人自然就能多吃。

基站微型化則設布設密度會加大。為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射功率譜就會降低，同時手機的輻射功率也會降低。這有兩個好外，一是功耗小了待機時間會增加，二是對人體的輻射會降低。傳統基站好比是房屋中間的火爐子，近處燙遠處冷，而5G的微基站就好比是地暖，發熱均勻更加舒適。

微基站數量大幅度增加后，傳統的鐵塔和樓頂架設方式將會擴展，路燈桿、廣告燈箱、樓宇內部的天花板，都會是微基站架設的理想地點。

波長縮短到毫米波還會有什么影響呢？還會影響到手機天線的變化，這就是下一節要說的5G另一項技術—高階MIMO。

4、高階MIMO

根據天線理論，天線長度應與波長成正比，大約在1/10~1/4之間，當前手機使用的是甚高頻段（即分米波），天線長線大約在幾厘米左右，通常安裝在手機殼內的上部。

天線的長度為什么應在波長的1/10~1/4之間？因為這個比例可使電波的輻射和接收更有效，為什么會更有效？這我就不知道了，這得問物理學家。

5G時代的手機頻率在提升幾十倍后，相應的手線天線長度也會降低到以前的幾十分之一，會變成毫米級的微型天線，手機里就可以布設很多個天線，乃至形成多天線陣列。

多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上，手機的面積很小?，F在的手機天線是幾厘米長，多天線陣列是難以設置的。而隨著天線長度的降低，特別是5G時代的毫米尺寸天線，就可以布設多天線陣列了，就給高階MIMO技術的實現帶來了可能。

啥是MIMO呢？其英文簡寫是“多入多出”的意思，高階MIMO的意思是指基站與手機之間有很多對的信道并行通信，每一對天線都獨立傳送一路信息，經匯集后可成倍提高速率，這當然是件極好的事。

不知您是否思考過這個問題：因為基站不知道您在哪個方位，所以它跟你通信使用的電磁波是全向輻射的，就好像是電燈泡發出的光那樣，只有到達你手機的輻射才是有用的，其它方向的輻射都是浪費的，這種巨大的無用輻射還成為了其它手機的干擾。

如上圖所示，因為手電筒的能量更集中，所以比燈泡照的更遠，基站與某部手機的關系就相當于光源與被照射物的關系。

現在基站與手機的關系就是燈泡模式，不管手機在哪個方位，都會把針對這部手機的信號進行全向的輻射，當然絕大多數非正對方向的能量都是浪費掉了，而且還成為了其它手機的干擾。

能不能把燈泡模式改成有指向性的手電筒模式呢？即把上圖左面的全向輻射樣式改成右面的這種窄波瓣樣式，從而提高能量的使用效率？這就是下節要說到的波束賦形技術。

5、波束賦形技術

中國主導的3G國際標準TD-SCDMA有六大技術特點，其中有一項就是智能天線，在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能跟據手機的移動而轉變方向。

由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，這種新形式的無線電波束就不會干擾到其它方向的波束，從而可以在相同的空間中提供更多的通信鏈路。這種充分利用空間的無線電波束技術是一種空間復用技術，可以極大地提高基站的服務容量。

遺憾的是這項技術沒有在3G時代得到應用，但在5G入網設備數量成百上千倍增加的情況下，這種波束賦形技術所能帶來的容量增加就顯得非常有價值，波束賦形技術很可能成為5G的關鍵性技術之一。

波束賦形技術不僅能大幅度增加容量，還可大幅度提高基站定位精度。當前的手機基站定位的精度很粗劣，這是源于基站全向輻射的模式。當波束賦型技術成功應用后，基站對手機的輻射波瓣是很窄的，這就知道了手機相對于基站的方向角，再加上通過接收功率大小推導出手機與基站的距離，就可以實現手機的精準定位了，并因此而擴展出非常多的定位增值服務。

6、綜合分析

任何更新換代的關鍵性技術，都必須是經歷過多年研究的成熟技術，按規劃還有5年就要進入5G時代了，不太可能突然出現一個全新的技術并被吸納為5G的國際標準中，考察5G的技術發展脈絡還得從成熟技術中尋找答案。

在傳統的宏基站大覆蓋的情況下提速是非常困難的，20%的頻譜利用率的提升都是了不起的成就，而在5G時代的千倍提速要求面前，這種內部挖潛的方法是行不通的，只有通過大幅度的加大帶寬才有可能。

加大帶寬是起點，由此而產生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束賦型等都是順理成章的技術趨勢。只要把基站做得足夠小，其服務范圍變窄了，單個用戶獲得的資源就能足夠大，速度就可以提高到足夠快。

所以說，5G的任何一項關鍵技術都不會有革命性的突破，其上千倍綜合能力的提升，更多地是來自移動網絡的重新布局。

三、后記

這篇5G科普您一定能看懂，而且還能理解一環扣一環的5大技術的原由，甚至覺得這是理所應當的。其實，這種易讀性并不容易做到，尤其是技術門檻很高的通信專業，能讓外行越容易理解的文章，就越能體現作者的功力，這還真不是王婆賣瓜，而是一個在教育界有共識的道理。

真正的道理都不繁瑣，往往就是一句話的事，難就難在把這句話提煉出來讓更多的人理解。我寫過不少科普，現在看來對這篇是最滿意的，因為這篇講的不是“是什么”，而是“為什么”，是什么好講，為什么難說，尤其是把“為什么”給外行人講清楚，做到讓他們理所應當式的理解。這篇文章的內容次序和寫法上進行了反復斟酌并屢次重寫。