5G和4G相比好在哪里?看完就徹底明白了
在2015年的MWC上國內(nèi)外廠商紛紛展示各自在5G上的進(jìn)展之后,5G就瞬間成為了業(yè)界的討論的焦點(diǎn),在媒體竭盡溢美之詞的同時(shí),芯片商、通信設(shè)備商以及電信運(yùn)營商無一例外開始傾其所有布局下一代通信技術(shù),目的就是搶占話語權(quán)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201702/343822.htm對于數(shù)消費(fèi)者而言,5G的價(jià)值在于它擁有比4g LTE更快的速度(峰值速率可達(dá)幾十Gbps),例如你可以在一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影,而4G LTE可能要10分鐘。也正是因?yàn)檫@一得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,業(yè)界普遍認(rèn)為5G將在無人駕駛汽車、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
毫米波
眾所周知,隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加,頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現(xiàn)在而言,我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬,這極大的影響了用戶的體驗(yàn)。
那么5G提供的幾十個(gè)Gbps峰值速度如何實(shí)現(xiàn)呢?
眾所周知,無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法,一是增加頻譜利用率,二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波(26.5~300GHz)就是通過第二種方法來提升速率,以28GHz頻段為例,其可用頻譜帶寬達(dá)到了1GHz,而60GHz頻段每個(gè)信道的可用信號帶寬則為2GHz。
在移動通信的歷史上,這是首次開啟新的頻帶資源。在此之前,毫米波只在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上被應(yīng)用,但現(xiàn)在已經(jīng)有運(yùn)營商開始使用毫米波在基站之間做測試。
當(dāng)然,毫米波最大的缺點(diǎn)就是穿透力差、衰減大,因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環(huán)境下傳輸并不容易,而小基站將解決這一問題。
小基站
上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大,但因?yàn)楹撩撞ǖ念l率很高,波長很短,這就意味著其天線尺寸可以做得很小,這是部署小基站的基礎(chǔ)。
可以預(yù)見的是,未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構(gòu),大量的小型基站將成為新的趨勢,它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。
因?yàn)轶w積的大幅縮小,我們設(shè)置可以在250米左右部署一個(gè)小基站,這樣排列下來,運(yùn)營商可以在每個(gè)城市中部署數(shù)千個(gè)小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò),每個(gè)基站可以從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然,你大可不必?fù)?dān)心功耗問題,雷鋒網(wǎng)之前曾報(bào)道過:小基站不僅在規(guī)模上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大基站,功耗上也大大縮小了。
除了通過毫米波廣播之外,5G基站還將擁有比現(xiàn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站多得多的天線,也就是Massive MIMO技術(shù)。
Massive MIMO
現(xiàn)有的4G基站只有十幾根天線,但5G基站可以支持上百根天線,這些天線可以通過Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列,這就意味著基站可以同時(shí)從更多用戶發(fā)送和接收信號,從而將移動網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍倍或更大。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多輸入多輸出,實(shí)際上這種技術(shù)已經(jīng)在一些4G基站上得到了應(yīng)用。 但到目前為止,Massive MIMO僅在實(shí)驗(yàn)室和幾個(gè)現(xiàn)場試驗(yàn)中進(jìn)行了測試。
隆德大學(xué)教授Ove Edfors曾指出,“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時(shí)域或頻域?yàn)椴煌脩糁g實(shí)現(xiàn)資源共享時(shí),Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域(spatial domain)的途徑,其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進(jìn)行同步處理,如此則可同時(shí)在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。”
毋庸置疑,Massive MIMO是5G能否實(shí)現(xiàn)商用的關(guān)鍵技術(shù),但是多天線也勢必會帶來更多的干擾,而波束成形就是解決這一問題的關(guān)鍵。
波束成形
Massive MIMO的主要挑戰(zhàn)是減少干擾,但正是因?yàn)镸assive MIMO技術(shù)每個(gè)天線陣列集成了更多的天線,如果能有效地控制這些天線,讓它發(fā)出的每個(gè)電磁波的空間互相抵消或者增強(qiáng),就可以形成一個(gè)很窄的波束,而不是全向發(fā)射,有限的能量都集中在特定方向上進(jìn)行傳輸,不僅傳輸距離更遠(yuǎn)了,而且還避免了信號的干擾,這種將無線信號(電磁波)按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形(beamforming)。
這一技術(shù)的優(yōu)勢不僅如此,它可以提升頻譜利用率,通過這一技術(shù)我們可以同時(shí)從多個(gè)天線發(fā)送更多信息;在大規(guī)模天線基站,我們甚至可以通過信號處理算法來計(jì)算出信號的傳輸?shù)淖罴崖窂?,并且最終移動終端的位置。因此,波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠(yuǎn)距離衰減的問題。
除此之外,最后要提到5G的另一大特色——全雙工技術(shù)。
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