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5G速度怎么樣？有多快？
在之前的文章（《怎么完成比4G快十倍？毫米波技能是5G的要害》）中咱們介紹了怎么運用毫米波技能取得更多的頻譜資本，接下來的疑問是怎么充分運用這些頻譜資本--怎么讓多個用戶通訊但又互不攪擾，專業術語叫做頻譜復用。
圖像來歷：Phoenix
咱們必定有過這么的經歷，在一間房間里當人不多時，手機信號極好；當許多人集合到房間里的時分，手機信號就會變差，乃至沒辦法打電話。這種景象歸根結底就是頻譜復用做得不夠好，無法給一切人分配必需的頻譜資本。
有三種經典的頻譜復用辦法：即時分復用（典型運用：中國移動2G）、頻分復用（典型運用：中國聯通3G）和碼分復用（典型運用：中國聯通3G）。能夠用一個比如來闡明時分復用、頻分復用和碼分復用的差異。在一個屋子里有許多人要相互進行通話，為了防止彼此攪擾，能夠選用以下辦法：
1) 說話的人依照次序輪流進行說話（時分復用）。
2) 說話的人能夠一起說話，但每自己說話的腔調不相同（頻分復用）。
3) 說話的人選用不相同的言語進行溝通，只需懂同一種言語的人才干夠彼此理解（碼分復用）。
當然，這三種辦法彼此聯系，比方不相同的人能夠依照次序用不相同的言語溝通（即中國移動3G的TD-SCDMA）。可是，這三種經典的復用辦法都無法充分運用頻譜資本，它們要么無法多用戶一起間通訊(TDMA)，要么無法運用悉數頻譜資本(FDMA)，要么需求多比特碼元才干傳遞1比特數據(CDMA)。
那么，有沒有一種辦法能夠戰勝以上多路辦法的缺陷，讓多個用戶一起運用悉數頻譜通訊呢？讓咱們先來考慮一下，假如在一個房間里咱們一起用同一種腔調同一種言語說話會發作啥？
很明顯，在這種情況下會發作相互攪擾。這是由于信號會向著五湖四海傳達，所以一自己會聽到多自己說話的聲響然后無法有用通訊。可是，假如咱們讓每個說話的人都用傳聲筒，讓聲響只在特定方向傳達，這么便不會相互攪擾了。
在無線通訊中，也能夠設法使電磁波按特定方向傳達，然后在不相同空間方向的用戶能夠一起運用悉數頻譜資本不間斷地進行通訊，也即空分復用(space-division multiple access，SDMA)。SDMA還有另一重好處，即能夠削減信號能量的糟蹋：當無線信號在空間中向全方向輻射時，只需一小部分信號能量被接納機收到變成有用信號。大多數信號并沒有被相應的接納機收到，而是輻射到了其它的接納機變成了攪擾信號。
當運用SDMA時，信號能量會集在特定的方向，一方面削減了對其它接納機的攪擾；一方面也減小了信號能量的糟蹋。
在5G通訊中，SDMA是大規模MIMO（massive Multiple-Input Multiple-Output，指在發射端和接納端別離運用大規模發射天線和接納天線陣列，使信號經過發射端與接納端的大規模天線陣列傳送和接納，然后改進通訊質量）技能運用的一個主要比如，而將無線信號（電磁波）只按特定方向傳達的技能叫做波束成形(beamforming)。
有了波束成形，很多小伙伴就能夠一起在同一個當地歡樂地刷手機上網而不用憂慮信號攪擾的疑問。
啥是波束？
“波束”這個詞看上去有些陌生，可是“光束”咱們必定都很了解。當一束光的方向都相一起，就成了光束，相似手電筒宣布的光。反之，假如光向五湖四海輻射（如電燈泡宣布的光），則不能構成光束。和光束相同，當一切波的傳達方向都共一起，即構成了波束。
生活中的光束，光束也是波束的一種
工程師運用波束現已有適當久的前史。在二戰中，工程師現已將波束運用在雷達中，雷達經過掃描波束方歷來勘探全部空間中一切方針的方位。
另一個比如是衛星通訊，也即咱們生活中常見用于衛星電視的“鍋蓋天線”。衛星和地上接納天線的間隔十分遠，信號衰減十分大，所以衛星信號到達地上時能量現已十分小。因而，咱們需求想方設法收取衛星宣布的每一點信號能量。當衛星的信號向空間全方向輻射時，絕大多數能量并沒有被地上天線接納到，而是被糟蹋了。為了防止這種糟蹋，咱們在接納和發射衛星信號時，都會運用波束。這么，發射的電磁波信號都會集在一個方向上，只需接納天線能對準這個方向，就能夠接納到盡可能多的信號。
波束的傳統運用是雷達（左）和衛星通訊（右）
怎么完成波束成形
光束完成很簡單，只需用不通明的資料把其它方向的光遮住即可。這是由于可見光近似沿直線傳達，衍射才干很弱。可是，在無線通訊體系中，信號以衍射才干很強的電磁波的方式存在，所以無法運用生成光束的辦法來完成波束成型，而有必要運用別的辦法。
無線通訊電磁波的信號能量在發射機由天線輻射進入空氣，并在接納端由天線接納。因而，電磁波的輻射方向由天線的特性決議。天線的方向特性能夠由輻射方向圖（即天線發射的信號在空間不相同方向的幅度）來描繪。
一般的天線的輻射方向圖方向性很弱（即每個方向的輻射強度都差不多，相似電燈泡），而最基本的構成波束的辦法則是運用輻射方向性很強的天線（即瞄準一個方向輻射，相似手電筒）。
可是，此類天線通常體積較大，很難裝置到移動終端上（想象一下iPhone上安了一個鍋蓋天線會是啥姿態）。別的，波束成形需求能夠跟著接納端和發射端之間的相對方位而改動波束的方向。傳統運用單一天線構成波束的辦法需求滾動天線才干改動波束的方向，而這在手機上明顯不可能。因而，有用的波束成形計劃運用的是智能天線陣列。
一般天線（方向性弱）和智能天線陣列（方向性強）
智能天線陣列原理并不復雜。當由兩個波源發生的兩列波相互干與時，有的方向兩列波相互增強，而有的方向兩列波恰好抵消（如下圖）。
在波束成形中，咱們有許多個波源（即天線陣列），經過細心操控波源發射的波之間的相對延時和幅度咱們能夠做到電磁波輻射的能量都會集在一個方向上（即接納機地點的方位），而在別的當地電磁波輻射能量很小（即削減了對別的接納機的攪擾）。
此外天線輻射的方向能夠經過改動波源之間的相對延時和幅度來完成，能夠輕松跟蹤發射端和接納端之間相對方位的改動。
波束成型體系架構
波束成形與毫米波是天作之合
現在波束成形現已被運用在帶有多天線的WiFi路由器中。可是，手機上不可能像路由器相同裝置WiFi頻段的多根天線，由于天線尺度太大了。
天線的尺度是由電磁波信號的波長決議的，WiFi和當前手機頻段的電磁波波長可達十幾公分，因而很難將如此大的天線集成在手機上。為了處理這個疑問，咱們能夠把波束成形和毫米波技能聯系在一起。
毫米波波段的波長大約是WiFi和手機頻段波長的十分之一擺布，因而能夠把多個毫米波天線集成到手機上，完成毫米波頻段的波束成形。波束成形和毫米波技能可謂是天作之合，運用毫米波能夠給信號傳輸帶來更大的帶寬，波束成形則能處理頻譜運用疑問，使得5G通訊如虎添翼。
毫米波天線陣列體積很小，能夠裝置到手機上
結語
波束成形能夠使信號的能量會集在接納端地點的方向，然后改進頻譜運用功率。波束成形合作毫米波技能能夠讓通訊體系具有高帶寬而且支撐很多用戶一起通訊，然后使5G體系如虎添翼。
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