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文檔簡介

1、1G實現(xiàn)了移動通話,2G實現(xiàn)了短信、數(shù)字語音和手機上網(wǎng),3G帶來了基于圖片的移動互 聯(lián)網(wǎng),而4G則推動了移動視頻的發(fā)展。5G網(wǎng)絡則視為未來物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等萬物互聯(lián)的基 礎。同時,5G普及將使得包括虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實這些技術成為主流。4G網(wǎng)絡是專為手機 打造的,沒有為物聯(lián)網(wǎng)進行優(yōu)化。5G技術為物聯(lián)網(wǎng)提供了超大帶寬。與4G相比,5G網(wǎng)絡 可以支持10倍以上的設備??梢詰糜谧詣玉{駛、超高清視頻、虛擬現(xiàn)實、萬物互聯(lián)的智 能傳感器。5G網(wǎng)絡主要有三大特點,極高的速率,極大的容量,極低的時延。相對4G網(wǎng)絡,傳輸速率 提升10100倍,峰值傳輸速率達到10Gbit/s,端到端時延達到ms級,連接設備密度增

2、加 10100倍,流量密度提升1000倍,頻譜效率提升510倍,能夠在500km/h的速度下保證 用戶體驗。與2G、3G、4G僅面向人與人通信不同,5G在設計之時,就考慮了人與物、物與物 的互連,全球電信聯(lián)盟接納的5G指標中,除了對原有基站峰值速率的要求對5G提出了 8大指 標:基站峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率、流量空間容量、移動性能、網(wǎng)絡能效、連接 密度和時延。一、5G的技術特點:萬物互聯(lián)、開放架構、無限接入“5G的到來不僅僅是解決基礎通信的問題,更是解決人與人、人與物、物與物直接的互聯(lián)。從1G-2G-3G-4G是一條直線演進路線的話,那么,到了 5G,就是從“直線”向“面”的橫向擴張。

3、 5G的目 標是提供無限的信息接入,并且能夠讓任何人和物隨時隨地共享數(shù)據(jù),使個人、企業(yè)和社會 受益。5G是萬物互聯(lián)的開放式、軟件可定義的架構:在此架構上有不同的虛擬網(wǎng)絡切片,適應成千上萬的5G應用場景,5G除了人與人之間的通信,將提供使能 InternetofThings(IoT,物聯(lián)網(wǎng))的平臺,以用戶為中心構建全方位信息生態(tài)系統(tǒng),提供各種可 能和跨界整合。二、5G場景優(yōu)勢低功耗大連接連續(xù)廣域覆蓋熱點高容量低時延高可罪三、 5G速度優(yōu)勢關于5G的速度有很多傳說與試驗:有數(shù)據(jù)稱是4G網(wǎng)絡的66倍;據(jù)國外媒體報道,英國薩里大學5G研究項目負責人日前對媒體表示,5G網(wǎng)絡的移動傳輸速度 現(xiàn)在已經(jīng)突破1

4、Tbps,是當前4G網(wǎng)絡傳輸速度的6萬倍。1Tbps的無線傳輸速度可以在實驗 室條件下覆蓋100米范圍內(nèi)實現(xiàn),并預計到2018年上半年正式投入商用。時延:低至1毫秒的時延在3G網(wǎng)絡中,時延約為100毫秒,4G網(wǎng)絡的時延為20到30毫秒,而5G網(wǎng)絡的時延可縮短到1個毫秒,足以支撐汽車自動駕駛功能。網(wǎng)絡容量:主流廠商預計,5G網(wǎng)絡容量將是4G的100至1000倍。下載速度:最高達10Gbps峰值速率4G最快下載速度大約是每秒150MB,但5G最快下載速度則達到了每秒10GB。下載一部8G 高清電影,將從3G時代70分鐘、4G時代7分鐘,降低到5G時代短短的6秒鐘。5G網(wǎng)絡對于普通用戶來說,最為直觀

5、的體驗就是快!據(jù)悉,5G網(wǎng)絡的理論下行速度為 10Gb/s(相當于下載速度1.25GB/s),用網(wǎng)絡中的語言來說:5G網(wǎng)絡能在一秒鐘內(nèi)下載10部 高清電影。二、5G移動通信技術的應用優(yōu)勢及特點5G移動通信系統(tǒng)為了取得較快發(fā)展,將有效與其他無線移動通信技術結合在一起,可以有 力支持移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,依據(jù)當前界內(nèi)人士判斷,將來無線移動網(wǎng)絡業(yè)務能力包括5G在 內(nèi)將會有三個方面的應用優(yōu)勢。一是進一步研發(fā)新型無線傳輸技術,保證資源利用率提高 10倍以上;二是通過創(chuàng)建新型體系結構和實現(xiàn)更高的智能化,保證整個系統(tǒng)吞吐率將提高25 倍以上;三是大力開發(fā)新型頻率資源,保證未來無線移動通信的頻率資源得到4倍以上的

6、擴 展。目前,信息技術正在實現(xiàn)突飛猛進的發(fā)展,各種技術正在實現(xiàn)改革與創(chuàng)新,5G技術的開發(fā) 具有下面這些與眾不同的特點:一是5G技術在實現(xiàn)技術創(chuàng)新與改革中,將用戶體驗放在第 一位,要求在網(wǎng)絡平均吞吐率、傳輸速度、3D、互動式游戲等新興移動業(yè)務等各方面的應 用得到大力提高,并將其作為5G技術提高的核心指標;二是5G技術不同于傳統(tǒng)的移動通信 系統(tǒng),不再局限于點到點的物理層傳輸和信道編譯碼等經(jīng)典技術,而將研究重點放在多點、 多用戶、多天線、多小區(qū)共同合作創(chuàng)建新的網(wǎng)絡方面,主要著力于體系構架方面,力求有效 提高系統(tǒng)性能;三是室內(nèi)移動通信業(yè)務在各項業(yè)務中占據(jù)關鍵地位,因此,系統(tǒng)設計應首先 考慮實現(xiàn)5G室內(nèi)

7、無線全覆蓋,提供更強的業(yè)務支撐能力,改變移動通信系統(tǒng)過去那種“爭 取實現(xiàn)大范圍,室內(nèi)為輔”的設計理念;四是5G移動通信系統(tǒng)中更大力應用高頻段頻譜資源, 但因為高頻段無線電波的穿透能力有限,因此還需綜合應用無線、有線、光載無線組網(wǎng)等技 術;五是5G無線網(wǎng)絡還將加強開發(fā)研究“軟”配置,運營商可以依據(jù)業(yè)務流量的不斷發(fā)展變 化而隨時對網(wǎng)絡資源進行調(diào)整,可以有效節(jié)約網(wǎng)絡運營成本,防止發(fā)生能源浪費現(xiàn)象。對于數(shù)消費者而言,5G的價值在于它擁有比4g LTE更快的速度(峰值速率可達幾十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。也正是因為這一得天 獨厚的優(yōu)勢,業(yè)界普遍認為

8、5G將在無人駕駛汽車、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領域發(fā)揮重要作用。和4G相比,5G的提升是全方位的,按照3GPP的定義,5G具備高性能、低延遲與高容量 特性,而這些優(yōu)點主要體現(xiàn)在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五 大技術上。毫米波眾所周知,隨著連接到無線網(wǎng)絡設備的數(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。那么5G提供的幾十個Gbps峰值速度如何實現(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(26.5300GHz)就是通過第二種方

9、法來提升速率,以28GHz頻段為例, 其可用頻譜帶寬達到了 1GHz,而60GHz頻段每個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)星和雷達系統(tǒng) 上被應用,但現(xiàn)在已經(jīng)有運營商開始使用毫米波在基站之間做測試。當然,毫米波最大的缺點就是穿透力差、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,但因為毫米波的頻率很高,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。可以預見的是,未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架

10、構,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。因為體積的大幅縮小,我們設置可以在250米左右部署一個小基站,這樣排列下來,運營商 可以在每個城市中部署數(shù)千個小基站以形成密集網(wǎng)絡,每個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)。當然,你大可不必擔心功耗問題,雷鋒網(wǎng)之前曾報道過:小基 站不僅在規(guī)模上要遠遠小于大基站,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)絡基站多得多的天線,也就是 Massive MIMO 技術。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

11、MIMO技術形成大規(guī)模天線陣列,這就意味著基站可以同時從更多用戶發(fā)送和接收信號,從 而將移動網(wǎng)絡的容量提升數(shù)十倍倍或更大。MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多輸入多輸出,實際上這種技術已經(jīng)在一 些4G基站上得到了應用。但到目前為止,Massive MIMO僅在實驗室和幾個現(xiàn)場試驗中進 行了測試。隆德大學教授Ove Edfors曾指出,“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向 當傳統(tǒng)系統(tǒng) 使用時域或頻域為不同用戶之間實現(xiàn)資源共享時,Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑,其方式是在基地臺采用大量的天線以

12、及為其進行同步處理,如此則可同時 在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益?!蔽阌怪靡桑琈assive MIMO是5G能否實現(xiàn)商用的關鍵技術,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鍵。波束成形Massive MIMO的主要挑戰(zhàn)是減少干擾,但正是因為Massive MIMO技術每個天線陣列集成了 更多的天線,如果能有效地控制這些天線,讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強, 就可以形成一個很窄的波束,而不是全向發(fā)射,有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸, 不僅傳輸距離更遠了,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 播的技術叫做波束成形(bea

13、mforming)。這一技術的優(yōu)勢不僅如此,它可以提升頻譜利用率,通過這一技術我們可以同時從多個天線 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算出信號的傳輸?shù)?最佳路徑,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 及遠距離衰減的問題。除此之外,雷鋒網(wǎng)(公眾號:雷鋒網(wǎng))最后要提到5G的另一大特色一一全雙工技術。全雙工 全雙工技術是指設備的發(fā)射機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作,使得通信兩端在 上、下行可以在相同時間使用相同的頻率,突破了現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD) 模式,這是通信節(jié)點實現(xiàn)雙向通信的關鍵之一,也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技 術。在同一信道上同時接收和發(fā)送,這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一顛覆

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