5G与4G相比，是否存在独有的关键技术？
答案毋庸置疑，要知道，5G并不是比4G多了一个“G”，它意味着更快的网速、炫酷的娱乐体验、智慧城市、无人驾驶、远程医疗……它的提升是全方位的。按照ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）的定义，5G具备eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量物联网）以及uRLLC（高可靠低时延连接）三大应用场景，这些场景，主要依赖毫米波、小基站、大规模MIMO、全双工以及波束成形这五大技术。
相信大家都看得出来，5G相关的技术还是蛮多，我们暂且把上面拗口的专业术语放一边，先从和频谱资源最相关的“毫米波”说起。
“移动通信要发展，频谱资源需先行”，这是通信产业的共识，毕竟频谱资源之于移动通信，就像土地之于房地产。
而对于5G 时代，除了目前中国正在部署的 Sub-6GHz 频段，还有一块“宝地”，能带来区别于 4G 的超高速低时延的体验，那就是「毫米波」。毫米波到底有多火？芯片巨头高通不止一次对外谈到“毫米波”的重要性；华为任正非接受央视专访时也重点提到“微波”（也就是毫米波）；AT&T、Verizon、Sprint、T-Mobile 等运营商也开始大力购买高频频谱；一些业内评论者谈到毫米波，高呼“毫米波就是还未开发的5G 黄金地段”，或“毫米波是5G的高速公路”。
集万众宠爱于一身，毫米波究竟是何方神圣又有何厉害之处，请继续往下看。
要想搞清楚毫米波是什么之前，先要了解无线电频谱、频段、频率、频道之间的关系。
频谱，你可以理解为记录无线电的不同振荡幅度与不同频率而绘成的图，就像乐谱记录音乐旋律一样；频段，是指一段连续的频率范围（宽度），由于频率一般从0MHZ～300GHZ，因此可以被分成若干个频段，可大可小（比如30MHZ～300MHZ 频段被称为HF频段，也就是毫米波频段）；频率，就是每秒振荡的次数（这个可以从物理学角度看，反映振动现象最基本的物理量就是频率）；频道，可以是两个频率组成的一条通道（就像公路上根据车宽划出的4车道、6车道一样），每条通道是双向的，一条收信息，一条发信息，典型的频道是频率的组合利用。总而言之，频率是度量尺度，频谱是信号，频段、频道是信道媒介（相当于“路”）。
图/来自百度百科：无线电的波段划分
而无线通信，不管是音频、语音、视频、还是文件（统称为“信息数据”），要想传播出去，需要把基带的数据调制到一个射频频段，才能够发射出去，这是无线通信命名的初衷。
因此，我们需要一个无线的频谱，来把这些数据经过调制搬到频谱上，才能够从天线发射出去，之后网络才能接收到。反之亦然，网络能发射信号，手机才能接收信号。
所谓毫米波（millimeter wave，简称“mmWave”），指的是波长在1～10 毫米之间的电磁波，刚才也提到了，通常对应于30GHz～300GHz 之间的无线电频谱，大家可以根据上边的表格看一下，它是一种频率比较高的电波。
据公开资料显示，人类对毫米波技术的涉足，可以追溯到19世纪90年代，但毫米波技术在最初的约半个世纪里仅仅活跃在实验室里；直到20 世纪60年代，毫米波才在射电天文学中开始早期应用；20世纪70年代，由于毫米波集成电路和毫米波固体器件成功实现量产，毫米波通讯随之发展；20世纪90年代，互联网、无线电通信、汽车雷达等业务量的爆发，推动了毫米波民用技术应运而生。
毫米波的优势非常明显。相对于分米波、厘米波，毫米波的频率更高，而通常电波的频率越高，支撑的数据传输速度就更快，就如同人的语速一样，在同一时间内，语速越快，信息的传达就越多；另外，由于天线长度与波长成正比，因此毫米波更短的波长，也让天线变得更短，可以更好地应用于各种场景。
尽管有这些优点，一直以来，毫米波的应用范围却主要集中在雷达、制导、遥感、辐射测量等军事领域，没有用于民用的移动通信。很长一段时期以来，毫米波频段对于电信产业而言，都是“蛮荒之地”。
当中有一些是产业发展问题：其一，在5G时代以前，毫米波缺乏市场需求，以前的移动应用并不需要这么大的带宽和这么高的数据速率；其二，毫米波太贵，要克服传播损耗、提高覆盖范围，需要大量的金钱投入；其三，毫米波因为频谱高、带宽大、速率高，技术相对不够成熟。
此外，毫米波本身也有一些天然短板：传输过程中信号损耗大，易受阻挡，覆盖距离短——这些固有弱点，让业界很多人认为，毫米波难以支持终端的移动化特性。这里要多解释一下毫米波的传播损耗和信号覆盖的问题，要把毫米波运用于5G ，这是核心难点所在，因为频率越高，能量散发就越快，传输就越困难，信号越容易衰减。对应到移动通信来说，就是信号越差。
我们同样也可以举例来说明。大家都知道声波和光波，这两种波就分别属于低频率波——声波，和高频率波——光波。我们如果隔着一堵墙对另外一个人说话，频率更低的声波是可以绕过围墙让对方听到的，但是你却看不见对方这个人，因为从对方反射的光波被墙挡住了，无法传输过来。毫米波的信号衰减问题也与此类似。
更雪上加霜的是，毫米波内有一部分频谱，已经被诸如卫星和其他广播使用，而余下的包括28GHz、39GHz、75GHz等在内的空闲毫米波频谱，是毫米波中的更高频段。
所以之前的2G时代（GSM、CDMA），3G时代（CDMA 、WCDMA），到4G时代（FDD-LTE、TD-LTE），使用的频谱基本都是6GHz 以下的——这些是当时最优的频谱：首先它们传输性能很好（过去几十年里，这些频谱都是紧着无线通信先用）；其次它们对器件的要求也较低。一切都按部就班进行着。
但是随着网络终端的增长和网络应用的普及，低频段日趋饱和，也就是“土地”不够用了。眼看之前的频谱资源就像市中心的房子一样捉襟见肘，这时候，毫米波无疑像一块具有丰富资源的新大陆吸引着人们的目光，尽管毫米波有这样那样的问题，但其自身无法忽视的大带宽高速率的优势以及Sub-6 频段资源紧缺的现状，让毫米波成为了5G时代的新亮点。
图：为了移动宽带、低时延、超大规模组网三大应用场景，5G系统在规划之初就确定了“全频段”，需要从高频、中频、低频统筹规划。【来源/研究机构Yole Developpement公开资料（2017年）】
为了挣脱毫米波固有的“枷锁”，使其能够满足用户对移动性和稳定传输的要求，许多公司都对毫米波技术进行了大量的研发和投入。而作为通信行业一直以来的引领者——美国高通公司就是其中的佼佼者。
对于不少手机发烧友来说，高通骁龙的名字肯定不陌生。这家创立于1985年、总部设于美国加州圣迭戈的公司是全球移动通信技术的巨头之一，中国著名的手机公司OPPO、vivo、小米、一加等等都是高通的合作伙伴。
但是毫米波技术的使用，也有赖于其他5G相关技术的突破。
为了破解毫米波在传输和覆盖方面的短板，实现其在移动终端中的应用，一些公司一直积极投入毫米波技术的研发，在持续不断的努力下，推出了一套套完整的解决方案。通过小基站、大规模MIMO和波束成形技术，成功的扫除了实现毫米波移动化的障碍，接下来我们一样一样来谈。
（1）小基站
小基站，顾名思义就是小型基站。在5G网络建设方面，小型基站和毫米波可谓优势互补。一方面，毫米波的5G信号传输不佳，那么布置更多的小型基站，增加网络密度可以有效的改善这个问题。因此，5G时代将会通过部署大量小基站的方式，以加强传统的蜂窝塔，间接弥补了毫米波穿透力差、衰减大的缺陷；另一方面，小基站之所以可以小，也是毫米波的特点所致。由于毫米波的频率很高，波长很短，因此其天线尺寸可以做得很小，这是部署小型基站的基础。
当无数个“光源”（小基站）从高空照射下来，地面自然一片光明，不难预见，未来5G网络将不再依赖大型基站的布建架构，大量的小型基站将成为新趋势，以覆盖大基站无法触及的末梢通信。
（2）大规模MIMO
小基站解决了网络覆盖的问题，而大规模MIMO（多输入多输出）则解决了毫米波发射和接收的问题。我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也越来越短，到5G时代已经短到不是用“根”来表述，而是密集的天线阵列。大规模MIMO就能够支撑多根天线的发送和接收，可以将通信信号成倍的发射和接收，大幅提高了信号的传输速度，同时还可以增强信号的强度。
（3）波束成形
解决了网络覆盖和发射接收的问题之后，又要怎么改变毫米波难以远距离传输的现状呢？接下来就要提到，实现毫米波移动化的第三个关键技术——波束成形。目前的基站基本采用全向发射，这种模式虽然能够保证最大的辐射范围，但容易造成耗能大、资源浪费等问题，所以最好的解决方法就是，让它聚焦在一个方向，把发射出去的毫米波“拢”到一起，这就是波束成形技术。这种可以实现空间复用的技术，好比一双大手，将全向的信号覆盖凝聚成一个精准指向，且波束之间互不干扰，这就意味着在同一空间提供更多的通信链路，服务更多用户。
当然，只有波束成形还是不能解决毫米波难以远距离传输的问题。如果只有一个波束，波束的方向又不变，一旦手机的位置有变动，信号就无法传到基站。因此，波束必须要通过波束导向技术不断调整，指向传输对象的方向。同时，手机持有者的位置不断移动，基站相对于人的位置也在变，这就需要波束追踪技术，时刻追踪天线移动的位置，并让波束做出相应的调整，来保障信号在收到阻挡的情况下自动切换电波，来保持手机信号的连续使用。
技术原理看起来并不复杂，但要把实验室里的东西变为商用，就得下一番功夫了。这里援引一段高通公司总裁克里斯蒂安诺·阿蒙（Cristiano Amon）曾经在第三届骁龙技术峰会上对于毫米波的感慨，让大家感受一下，毫米波的开辟是多么一段漫长之路。阿蒙说：
“2015年，有人说毫米波技术行不通，那时我们向大家展示了通过波束控制毫米波是可用的。接着，又有人提出来说（毫米波）虽然可用，但也只能适用于视距情况下，于是高通又通过一个大篷车向大家展示了非视距移动毫米波。到了10月份，又有人质疑说，虽然实现了毫米波的移动化，但是使用环境有限，毫米波仍然无法为智能手机所用，而高通又向大家展示了智能手机参考设计，包含天线模组，能够满足智能手机的大小及其散热条件；这时候，质疑又出现了，说如果要做到这一点，那么手机的体积将会很大，而高通又通过移动测试平台MTP向业界展示，毫米波手机体积也可以接近正常手机体积。”这个过程对于高通而言，都意味着机遇，高通反之也因此变得越来越强大。
高通不止这样讲，也在身体力行的做。跨越技术门槛只是创新的第一步，如果终端用不上，一切都是空谈。所以高通在解决了毫米波的自有缺陷以后，又推出了整套的射频模组，将天线、射频前端、收发器和放大器等都整合到一个模组里面，通过提前做好这些元器件的调整工作，让它们相互协同并将尺寸压缩，来解决将毫米波运用于手机的问题。
2018年7月，高通推出了与其第一代5G 调制解调器骁龙X50配套的毫米波天线模组QTM052；今年2月，高通又推出了与骁龙X55相配套的第二代毫米波天线模组QTM525。与QTM052 相比，QTM525在多个方面都实现了提升：增加了对更多毫米波频段的支持，尺寸更小（由此，手机厂商可以将毫米波手机的厚度做到8 毫米以下）等等。
除了城市热点区域覆盖，高通也在不断探索将5G毫米波技术应用在更多场景当中。在 2019MWC 期间，高通进行了“企业私有网络”和“高密度的场馆”两个场景的演示，以展示5G NR 毫米波用于室内覆盖的优势。这一系统模拟，是对室内毫米波OTA测试网络的补充，可以为智能手机、笔记本电脑和其他联网终端带来高容量、数千兆比特传输速率和低时延的连接，展示了真切的室内毫米波通信体验。诸如此类测试数不胜数，不可否认，要想5G 实现“改变社会”的使命，毫米波将会是非常重要的技术。
放眼整个产业，毫米波已经逐渐枝繁叶茂，甚至业界已经在研究频率更高的6G 了，困难真的不能阻碍创新者，只会激发创新者的动力，然后整个社会都会深受其益。
——以上回答来自科技行者周老师