蜂窝通信技术的演变：3G到5G

在过去的二十年里，无线传输技术突飞猛进。我们已经获得了传输视频、玩游戏和网络访问的能力。手机从本质上已经成为一台强大的手持计算机。5G将把这些能力推向下一个层次。

自20世纪70年代末以来，无线技术改变了人们的互动方式。在引入蜂窝技术之前，HAM短波和调频收音机为那些愿意学习Morse代码并获得许可证的人提供了双向通信。在60年代早期到中期，Citizens band(CB)无线收发机可以在20英里内通信，并在大众市场上广泛流行。然而，天气条件和一天中的时间段对HAM无线电链接的可靠性有很大的影响，而传输功率限制和喜好也降低了CB的使用。

在无线通信上，需要一个能耗很低的系统，可以使用电池的小型便携式产品。手机是为了满足这一需要而发展起来的。移动电话不采用点对点的远距离策略，而是连接到本地中继基站的网络。

在无线网络中，位于移动电话最近的塔连接移动电话和交换中心，完成通信或通话。单元站点具有将来自移动车辆的呼叫无缝地传递到相邻单元的独特能力。

技术标准的提高使设备之间能够兼容，并为迅速扩大的市场发展打开了大门。在速度、可靠性、延迟、容量和附加特性方面，有效的网络管理是开发先进蜂窝通信系统的另一个关键。

(请注意，这12种电子产品技术的顺序是任意的，无意表明相对重要的程度。)

第一代移动网络，被称为1G，于1979年在日本推出。它提供模拟2.4Kb/s，覆盖范围有限，没有漫游支持。1991年，2G使用数字信号将速度提高到64Kb/s，并使用全球移动通信系统(GSM)标准来提高语音保真度和可靠性。它也具备发送短信和照片的能力。 2001年采用了G3，统一了全球标准，速度为256Kb/s。同时还有其它功能包括视频会议、流媒体和互联网语音协议(VoIP)。今天使用的第四代4G LTE也是最常见的一代，它可以为高清视频、网络访问和游戏应用等提供1GB/s的速度。

我们现在正处于5G的风口浪尖，旨在支持物联网、互联网消费、远程医疗、远程工作、智能自动化和未来自主技术不断升级等的需求。除了增加10倍到100倍的速度，延迟将大大减少。能够支持更多连接设备，具有更大的网络效率和减少的延迟，都在推动5G的过渡和实施。

广泛采用5G可能会颠覆移动蜂窝和固定宽带市场。随着速度的增加，5G有可能改变消费者上网的方式，现有的电缆和DSL供应商将面临挑战。

系统工程师必须完全重新思考5G蜂窝通信系统的架构和技术，并处理3种不同版本的5G。为了提高速度和系统容量，设计人员选择使用多个高频波段，包括高达52.6GHz的毫米波(毫米波)频率。 频率越高，信号失真越大，因为距离太原和通过障碍物时信号会衰减。 即使是暴雨，也能减小毫米波传输的有效范围。为了弥补这些损失，5G蜂窝网络将需要大量增加蜂窝天线的数量。 解决方案的另一部分是使用大规模多输入多输出(massive MIMO)技术，该技术由配备多达100个有源天线的基站，天线配备波束形成技术，可以建立与单个设备的点对点链接。