自从第一个蜂窝网络出现以来，大约每十年左右，制造移动设备的公司和连接它们的网络都会制定新的需求，定义传输速度、容量和其他技术特性。每一组新的需求都被称为最新的“代际”。
当今的第四代，或 4G，无线数字网络使智能手机和平板电脑能够以每秒数百万比特的带宽进行语音和数据通信。具体的数据速度因运营商而异，但大多数网络都允许用户在不到 10 分钟的时间内下载包含完整电影的文件——大小超过 1GB。
下一代——5G 无线技术——必须在性能上实现巨大的飞跃，以处理激增的移动网络流量，其中大部分将是大型多媒体文件。根据思科系统公司最新的视觉网络指数 (VNI)，2014 年至 2019 年间，全球移动数据流量将增长 10 倍，到 2019 年全球每月将达到 24.3 艾字节。（一个艾字节是十亿吉字节。）
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5G 的细节离最终确定还很遥远，但预计它将提供比当前 4G 长期演进 (LTE) 无线通信标准快 40 倍的互联网连接，并且在全球范围内至少具有四倍的覆盖范围。即使没有 5G 的明确定义，测试也在进行中或正在筹备中，地点包括芬兰、俄罗斯和韩国。
正在考虑的最有前景的潜在 5G 技术之一是使用高频信号——在毫米波频段——这可以分配更多带宽来提供更快、更高质量的视频和多媒体内容。其他研究方向旨在使单个移动设备能够同时连接到多个无线网络，以提高连接性和速度。
穆斯塔法·岑克·古尔索伊，雪城大学工程与计算机科学学院的副教授，以及俄亥俄州立大学的研究人员已获得美国国家科学基金会约 678,000 美元的资助，用于研究在未来三年内更有效地访问无线电频谱的方法。*《大众科学》与古尔索伊讨论了 5G 的需求以及毫米波频率可能发挥的作用。
[以下是经过编辑的采访记录。]
为什么我们需要新的无线标准？
新标准背后的动机是无线技术的指数级增长。我们谈论的是数十亿用户、数十亿设备和数十亿连接。这是新标准必须解决的问题，因为 4G 不足以有效地处理如此大的增长，其中大部分是由于移动视频流量。智能手机、平板电脑、社交网站和视频共享网站已帮助移动视频流量占所有移动流量的一半以上。
最重要的是，人们对无线服务抱有很高的期望。他们希望获得高水平的可靠性、低延迟 [内容上传或下载延迟] 和持续的连接——随时随地。物联网（新型设备以数字方式连接）以及移动技术在医疗保健、智能电网和车载网络中的日益普及，都对无线技术提出了新的期望，尤其是在速度和可靠性方面。
向 5G 无线技术的任何转变都还需要数年时间。在现阶段，我们应该了解该标准的哪些方面？
在过去一年中，人们对 5G 的兴趣有所增加，特别是来自研究界。美国、欧洲、韩国、中国和日本的电信公司都对设计、测试和实施此类系统感兴趣，因此肯定正在形成某种势头。5G 的具体内容尚不确定，但人们正在讨论候选技术以及下一代无线标准中需要解决的问题。而且它可能不会太遥远——一些公司正在考虑在 2020 年之前启动并运行 5G 系统。时间真的不多了。
5G 与 4G 有何不同？
一个区别是 5G 可能会将无线信号转移到更高的频段，在无线电频谱上以 30 到 300 吉赫 (GHz) 之间的毫米波长运行。这将开辟巨大的带宽，并缓解对无线流量拥塞的担忧。雷达、卫星和一些军事系统目前正在使用频谱的这一区域，但它肯定比目前使用的频谱占用更少。此外，虽然 4G 支持每秒数百兆比特的数据速率，但 5G 有望实现每秒千兆比特范围的数据速率。它可能不会在所有时间和所有地点都支持这些更高的速率，但它将总体上降低延迟率。
在如此高的频率下运行的无线设备是否存在缺点？
一般来说，当您移动到更高的频率时，传输范围会变短——数百米而不是公里。而且信号无法轻易穿透墙壁。一些硬件组件，例如模数转换器，也可能很昂贵。我们仍在学习毫米波，并正在测试其功能。另一个挑战是，如果发射器和接收器没有视线连接，则信号会发生大量衰减 [损失]。我们正在进行性能分析，以更好地了解通信可靠性，并计划在秋季在波士顿举行的IEEE 车辆技术会议上发表一篇论文。
可以采取哪些措施来克服这些限制？
已经出现了小型蜂窝的趋势 [便携式基站，通常称为微蜂窝、毫微微蜂窝或微微蜂窝，具体取决于其范围]。毫米波可以利用这些技术，因为它们更适合在相对较短的距离内传输。高频信号也可以在网络中由不同的蜂窝在短距离内重复使用，这意味着可以更有效地利用可用频谱。此外，天线尺寸与频率尺寸成反比，因此较高频率的信号将需要较小的天线。您可以将更多天线装入设备中。这实现了定向传输——您实际上可以将信号引导到特定方向。这可以克服一些信号传输强度的损失。在同一频率范围内运行的多个天线也可以发送多个数据流，从而提高数据速率。
您和您的同事在毫米波领域正在进行哪些研究？
在第一年，我们正在学习毫米波频率范围内的通信特性，并对毫米波网络进行一些性能分析。对于短距离，对于位置固定的设备，毫米波可以将设备连接到网络。挑战在于为步行或驾驶的用户提供此服务。我还想了解在移动环境中使用毫米波实际支持多媒体流量的网络场景。
毫米波如何提高能源效率？
在基站和移动设备之间使用定向传输减少了信号干扰，这可能解释了我们看到的能源使用量减少的原因。当您建立直接链接并抑制干扰时，您可以在给定的传输能量水平下以更高的速率发送数据。因此，单位能量的吞吐量增加，从而提高了能源效率。在此类分析中，同样重要的是要考虑到由于在高频率下运行可能导致的硬件能耗增加。能源效率在这里也非常重要，因为用户和设备数量的增长——并且任何新标准都应考虑效率。
*编者注（2015 年 6 月 23 日）：此句在发布后经过编辑，以更正 NSF 资助金额。俄亥俄州立大学的研究人员获得了约 460,000 美元的资助，而岑克的雪城大学团队获得了超过 218,000 美元的资助。