5G与4G相比，有着很大的不同，图1给出了5G潜在的应用场景、关键能力及其与4G的对比。
图1 5G应用场景、关键能力及其与4G的对比
为了实现5G所设想的宏大目标，人们提出了毫米波通信、大规模MIMO、超密集网络、全双工通信、D2D通信等一系列关键技术，下面对毫米波通信和大规模MIMO这两种技术进行简要的介绍。
（1）毫米波通信
如图2所示，毫米波波段具有大量的可用频率，而增加带宽是提高系统容量的一种最为直接的方法。因此，毫米波通信被视作实现10Gbit/s峰值数据速率最为关键的技术。具体而言，香农容量公式表明系统容量与信道带宽呈线性关系，因此，增加带宽自然就可以提高系统容量。
图2 毫米波波段的频率利用情况
对毫米波的研究可以追溯到100多年前，而其在无线通信中的应用始于上个世纪80年代。近年来，由于6GHz以下频带中的频谱资源日益紧张，而毫米波波段的频谱资源却比较丰富，人们对毫米波通信进行了大量研究，并且取得了不少研究成果。例如，工作于60GHz的IEEE 802.11ad技术已经实现。与此同时，更具挑战性的关于毫米波移动通信的研究开发也在进行当中。三星在2013年最先实现了28GHz频率上1Gbit/s的数据传输。谷歌也在毫米波通信上投入了很大的研发精力。威瑞森（Verizon）也已经向美国联邦通信委员会提交了申请，以进行28GHz和39GHz频率上的毫米波通信试验。诺基亚联合美国国家仪器公司（NI）在2015年4月利用他们的概念样机实现了73GHz频率上15Gbit/s的数据传输。为了进一步推动毫米波移动通信的发展，欧盟启动了MiWEBA、MiWaves、mmMAGIC等研究计划。为了筹备2020年的奥运会，日本的都科摩（DOCOMO）和爱立信测试了室外15GHz频率上4.5Gbit/s和室内70GHz频率上2Gbit/s的数据传输。在毫米波通信的研发上，中国也不遑多让。中国科技部资助了多项毫米波移动通信方面的863项目；中国已能生产42-48GHz和60GHz频段上的射频芯片；华为和中国移动在2017年的世界移动通信大会（Mobile World Congress）上展示了Ka波段（26.5～40GHz）上20Gbit/s的移动接入。
（2）大规模MIMO
收发两端同时采用多天线的MIMO技术从提出之初就被认为是提高频谱效率的一种有效手段。在多用户MIMO系统中，系统的频谱效率可以通过两种方式来提高：1）一个基站可以在相同的时频域内同时与多个用户设备进行通信；2）基站与每个用户设备之间都可以同时发送多个数据流。在多用户MIMO系统中，一个小区内数据流的总数受限于基站的天线数与所有用户设备天线数之和的较小者。
在人们研究多用户MIMO十余年之后，有学者提出了大规模MIMO的概念。在大规模MIMO系统中，基站可以配置数十甚至数百根天线，这不仅使得小区内数据流的数量可以变得相当可观，还能简化信号处理，实现“信道硬化”（Channel Hardening），从而可以消除小尺度衰落。此外，大规模MIMO由于具备较大的波束赋形增益，还能降低能量消耗。大规模MIMO对于分米波波段非常有利，对于毫米波波段则更为必要，因为毫米波波段的自由空间传播损耗非常严重，即便在100米的传输距离上也需要较高的阵列增益来获得足够的信噪比。
