直到最近，毫米波的使用受到限制，因為它們難以管理并且電子設備不足以處理它們。它主要局限于射電天文學和衛(wèi)星通信。近年來，隨著技術(shù)進步將毫米波推向移動通信的最前沿，取代了因 4G 移動通信的廣泛采用而飽和的厘米波頻譜，這一切在最近幾年發(fā)生了變化。
需要考慮的幾個數(shù)據(jù)點：首先，整個毫米波頻譜比厘米波頻譜寬約 10 倍(300GHz - 30GHz = 270 GHz)，提供了充足的擴展空間。因此，毫米波網(wǎng)絡可以同時支持許多高帶寬通道，每個通道都發(fā)送和接收大量數(shù)據(jù)。
除了高容量之外，5G 系統(tǒng)的架構(gòu)還可以提供比前幾代無線網(wǎng)絡顯著降低的延遲(延遲 = 數(shù)據(jù)傳輸和接收之間的延遲)。4G 網(wǎng)絡的最小延遲徘徊在 70 毫秒左右。今天早期的 5G 網(wǎng)絡可以提供低至 10 毫秒的延遲，預計最終將降至 1 毫秒。這種顯著降低的延遲將減少或消除無線通話和視頻聊天中令人沮喪的延遲。在某些情況下，例如無人駕駛汽車和遠程醫(yī)療，通過近乎即時的連接實現(xiàn)的快速響應可能會避免不必要的傷害或死亡。
更重要的是，毫米波的傳播波束寬度比厘米波更窄，毫米波的傳播波束寬度是衡量傳輸波束在遠離其原點時如何擴散的指標。雖然厘米波信號的較寬波束寬度由于干擾而減少了相同信號在本地地理區(qū)域內(nèi)的重復傳輸，但毫米波較窄的波束減輕了干擾并支持使用相同頻率范圍的近距離多次傳輸。
不幸的是，毫米波有缺點，包括傳輸范圍有限。物理定律規(guī)定，波長越短，給定功率的傳輸范圍越短，這種影響主要是由于大氣衰減。此外，毫米波信號衰減很快，因為它們不容易穿過建筑物或障礙物，并且會被樹木、樹葉和雨水吸收。由于其較差的傳播特性，毫米波信號需要大量的無線電單元 (RU) 才能實現(xiàn)所需的覆蓋范圍。
波束成形
波束成形是一種用于減少支持信道所需的發(fā)射機功率以及增加網(wǎng)絡容量的技術(shù)。傳統(tǒng)無線電向各個方向傳輸信號時，無線波束成形縮小了發(fā)射器信號的焦點，將其能量集中到直接瞄準接收器的緊密波束中。這增加了該接收器的信號強度，同時將周圍的信號干擾降至最低。
在 5G 中，波束成形在控制系統(tǒng)功率和通過特殊復用將功率集中在用戶身上發(fā)揮著重要作用。此外，短毫米波長使得構(gòu)建多元素動態(tài)波束成形天線變得切實可行，這些天線足夠小以適合手機。
大規(guī)模 MIMO
多輸入多輸出 (MIMO) 無線電在發(fā)射器和接收器中使用多個天線來增加天線鏈路的容量，并最終提高網(wǎng)絡的效率，同時減少傳輸錯誤。該方法已用于 3G(演進的高速分組接入或 HSPA+)和 4G(LTE 或長期演進)無線標準，但僅限于少數(shù)(個位數(shù))天線。
毫米波的極短波長使得使用小型天線陣列將信號集中到具有足夠增益的高度聚焦波束中成為可能，從而克服傳播損耗并顯著提高通信效率和吞吐量。天線越多，通信效率越高。
大規(guī)模 MIMO 可以將技術(shù)推向數(shù)百個天線。在 5G 中，大規(guī)模 MIMO 可能需要在發(fā)射端多達 256 個天線，在接收端多達四個天線和兩層。來自接收端所有天線的所有信號都被組合起來，以提高鏈路的穩(wěn)健性，并將系統(tǒng)的比特率提高到 10 Gbps(每層 3.2 Gbps，最多四層)。
這種方法的缺點是無線電基帶處理器的復雜性隨著系統(tǒng)中天線的數(shù)量和調(diào)制階數(shù)呈指數(shù)增長。
載波聚合
載波聚合提高了通信的效率。一般來說，廣播頻譜價格昂貴，在 4G 中變得越來越擁擠。因此，在使用可用頻譜方面變得更聰明是至關重要的。載波聚合可能涉及在 4G 中使用一個頻段，在 5G 中使用另一個頻段。通過組合它們，可以顯著提高傳輸數(shù)據(jù)速率。
小cell
支持高達 4G 的所有標準的基礎設施包括在整個地理區(qū)域傳播蜂窩信號的大型手機信號塔。5G 將改變這種方法。服務提供商不會建造大塔，而是將他們的設備(稱為小型蜂窩)安裝在現(xiàn)有的電線桿、建筑物和其他結(jié)構(gòu)上。這些單元的范圍通常約為 250 米(820 英尺)。
毫米波信號較短的傳播特性鼓勵服務提供商創(chuàng)建更密集的基礎設施，即更靠近的基站，以確保廣泛和一致的服務。
服務質(zhì)量
5G 通信的一個重要要求是提高服務質(zhì)量 (QoS)。以前的所有無線標準都專注于向客戶提供更高的數(shù)據(jù)速率，但 QoS 并不是優(yōu)先事項。隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的出現(xiàn)，尤其是無人駕駛汽車的出現(xiàn)，這種情況發(fā)生了變化。在這些應用程序以及許多其他應用程序中，QoS 現(xiàn)在是一項關鍵要求。
如果在 4G 通信中呼叫掉線，系統(tǒng)會選擇另一個頻率、另一個信道或更改為另一個調(diào)制方案。當前設備的有限功率迫使它們在協(xié)議棧中更高的鏈路層運行以切換到新的頻率或調(diào)制方案，從而延長了完成切換和從故障中恢復的時間。
在 5G 環(huán)境中，必須在幾毫秒內(nèi)執(zhí)行選擇，迫使系統(tǒng)在物理層運行。當通信性能下降時，必須在幾毫秒內(nèi)完成切換到新頻率或其他調(diào)制方案。
處理更接近物理層的 QoS 以使不同類型的設備能夠連接到網(wǎng)絡非常重要。
5G 標準是之前所有四種無線標準的飛躍，承諾更快的速度、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲和更廣的覆蓋范圍。累積起來，5G 將結(jié)束阻礙老化的 4G 標準的擁塞和延遲問題。
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