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什么是5G? 5G的特点是什么?

时间:2019-10-29 06:55:54 | 来源:Infocode蓝畅

5G是什么?

所谓5G 通讯,是指第 5 代移动通讯网络(5th Generation Mobile Networks),它是在4G 通讯技术成熟后,我们对下一代通讯网络的统称,不外乎就是追求更快的速度以及更低的延迟。

虽然国际上对5G的标准尚未完全确定,不过大致可涵盖两种主流频段,一为sub 6GHz(也就是6GHz以下),这与我们目前采用的4G LTE频段差异不大;另一种则是在24GHz以上,也就是最近很常听到的「毫米波」频段。

也就是说,其实5G 网络结合了既有的4G LTE 频段,是一种异质性网络(HetNet)。其透过主打速度的毫米波(mmWave)宽带技术,及主打低功耗、覆盖能力广的sub 6GHz窄频技术,在不同的环境下提供最适的无线网络,以同时满足短距离及长距离的通讯要求。

例如,当场域要求高带宽(eMBB)、低延迟(URLLC)等特性时,就适合运用高频的毫米波频段,例如自驾车、远距手术等应用场景;当场域要求低功耗、大范围覆盖以及稳定连接等特性(MMTC)时,则较适合sub 6GHz低频频段,例如智慧城市的相关应用。

5G热门词汇之一:微基站

当通讯技术往更高的频段部署时,电磁波的绕射能力就变得更弱,传输距离及覆盖范围也会相对缩小。因此,不同于频段较低的4G采用一个大型基地台 (Macro Cell)即可覆盖2~40公里,5G时代必须采用多个微型基地台 (Small Cell)才能覆盖到同样的区域。

5G热门词汇之二:Massive MIMO

MIMO指的是多进多出(Multiple-Input Multiple-Output),即透过多根天线发送,多根天线接收,让数据传输的速度变得更快。又根据电磁波原理,波长越短,天线就可做的愈小的情况下,到了5G时代,随着天线渐成为毫米级尺寸,我们就可以将更多的天线塞入手机终端及微型基地台里,让既有的MIMO强化为Massive MIMO,使速度更上一层楼。

5G热门词汇之三:波束成型

电磁波的传输,就像是发光的灯泡,是向四周发射的方式来传递讯号。然而,通常我们只需将讯号朝某个方向传递即可,大多数的电磁波能量都是浪费的。那么,我们有没有可能将这些四散的电磁波束缚起来呢?答案是有的,它叫做波束成型(Beamforming)。

波束成型(Beamforming),是一种透过天线数组定向发送和接收讯号的技术,其透过在特定方向上发射或接收讯号的迭加,将既有的全向覆盖,转换为精准的指向性传输,不仅延长了传送距离,也大幅减少讯号的干扰。

5G热度高,但商业化还尚未明朗

OK,以上就是5G的一些重要概念,包含像是毫米波、微基站、Massive MIMO、波束成型等等。随着这些技术演进,一些卡关已久的应用如VR直播、车联网、无人机、远程医疗、智慧城市等场景,将有机会突破阀值,破茧而出。

然而,虽然5G目前在市场上喊的火热,但实际落地似乎还没那么快。除了各国的频谱分配尚悬而未决外,电信运营商也得冒着不确定的风险,来投入更多基地台的建置成本,以加速普及速度。整体而言,当前5G的商业化还尚未明朗,相关的产业投资仍需保守看待。



5G的特点是什么?


高速率:

5G可以说是站在巨人的肩膀上,依托4G良好的技术架构,5G可以比较方便的在其基础之上构建新的技术。未来的5G愿景最强烈的一个方面就是用户体验到的网络速率。4G现在已经很快了,但是还不够,5G要做到的目标是最大10Gbps。

现在的移动网络工作在相对较低的频段,低频段的好处的是传播性能优越,可以使运营商用较少的成本(少量基站)达到很好的覆盖。但是有一点不足就是低频段的连续频率资源非常宝贵,在国外各大运营商会通过竞标的方式购买频段的使用权,而在我们国家是政府分配。在4G LTE中单个载波最大的频率范围是20MHz,通过载波聚合技术可以将多个非连续的载波合起来使用达到更高的速率,但是这样还依然不够。5G的一个特点就是高频,受限于高频的传播性能,所以很多的高频段频率资源没有被使用,这正是5G可以好好利用的资源。但是如何解决高频通信的传播问题呢?这就轮到大规模天线(massive MIMO)登场的时候了,高频资源的频率很高,波长就很短(毫米波),那么在天线设计的时候可以做到天线阵子和他们之间的距离很小,就可以在很小的范围内集成天线阵列。天线阵子数量的增加可以带来额外的增益,结合波束赋形,波束追踪技术以弥补高频通信在传播上的受限。


大容量:

物联网这个话题最近几年来一直占据着热门,但是受限于终端的功耗以及无线网络的覆盖,广域物联网仍处于萌芽的状态,伴随着5G网络的出现,可以预见未来它必将大热。5G将会通过什么技术手段来支持物联网技术的发展呢?首先看看它将如何解决物联网技术的核心问题:功耗问题是困扰着物联网技术发展的最大障碍,因为物联网的节点太多,而且由于很多条件的限制,终端没有办法充电,只有通过初次装入电池,寄希望于终端自身能够节省电能,使用越久越好。为了解决这个问题3GPP专门推出了针对广域物联网的窄带物联网技术,通过限定终端的速率(物联网终端对通信的实时性一般不高),降低使用带宽,降低终端发射功率,降低天线复杂度(SISO),优化物理层技术(HARQ,降低盲编码尝试),半双工使终端的耗电量降低。而5G还会在这个基础上走得更远,通过降低信令开销使终端更加省电,使用非正交多址技术以支持更多的终端接入。

低时延高可靠:

LTE网络的出现使移动网络的时延迈进了100ms的关口,使对实时性要求比较高的应用如游戏,视频,数据电话成为可能。而5G网络的出现,将会使时延降到更低,会为更多对时延要求极致的应用提供生长的土囊。

降低时延的技术原理:LTE中的一个TTI是1ms,而5G将通过对帧结构的优化设计,将每个子帧在时域上进行缩短从而在物理层上进行时延的优化。相信在后期5G信令的设计上也会采用以降低时延为目标的信令结构优化。



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