产业|一文告诉你什么是5G

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12月6-8日,以“5G连接新时代”为主题的2018中国移动全球合作伙伴大会在广州召开,包括中国信息通信科技集团有限公司等在内的数百家国内外顶级参展商展示5G创新与智能AI生活图景。

面对当下通信行业最热的话题,5G究竟是什么?

讲5G,先从一个公式开始

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这个公式,物理学的基本公式——光速=波长�频率。

对于这个公式,无论1G、2G、3G,还是4G、5G,都离不开它。

通信技术归根到底,分为两种——有线通信和无线通信。如果是在实体物质上传播,就是有线通信,在有线介质上传播数据,速率可以达到很高的数值。

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而空中传播部分,是移动通信的瓶颈所在。目前主流的移动通信标准,是4G LTE,理论速率只有150Mbps(不包括载波聚合)。所以,5G如果要实现端到端的高速率,重点是突破无线这部分的瓶颈。

电磁波


无线通信就是利用电磁波进行通信,电波和光波,都属于电磁波。

电磁波的功能特性,是由它的频率决定的。不同频率的电磁波,有不同的属性特点和不同的用途。例如高频的γ射线,具有很大的杀伤力,可以用来治疗肿瘤;而进行手机通信主要使用的是中频至超高频电波。

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不同频率电波的用途


为了避免干扰和冲突,人们在电波这条公路上进一步划分车道,分配给不同的对象和用途。

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全球主流的4G LTE技术标准,属于特高频和超高频,我国主要使用超高频。因此,随着1G、2G、3G、4G的发展,使用的电波频率越来越高。因为频率越高,能使用的频率资源越丰富;频率资源越丰富,能实现的传输速率就越高。

目前,5G的频率范围分为两种:一种在6GHz以下,另一种在24GHz以上。而国际上主要使用28GHz进行试验(有可能成为5G最先商用的频段)。

据前文提到的公式,按28GHz来计算:

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便可以看出5G的第一个技术特点——毫米波。

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电磁波的显著特点是频率越高,波长越短,越趋近于直线传播(绕射能力越差)。频率越高,在传播介质中的衰减也越大。

如果移动通信使用高频段,那么传输距离会大幅缩短、盖能力会大幅减弱。所以覆盖同一个区域,需要的5G基站数量,将大大超过4G。而频率越低,网络建设所需成本就越低,竞争也就越有利。

基于以上原因,在高频率的前提下,为了减轻网络建设方面的成本压力,5G必须寻找新的出路。

微基站

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基站有两种,分为微基站和宏基站。到了5G时代,未来微基站会更多,几乎随处可见。

Massive MIMO(多天线技术)

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MIMO就是(Multiple-Input Multiple-Output),多根天线发送,多根天线接收。5G时代,天线数是按“阵”计算。

波束赋形

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在基站上布设天线阵列,通过对射频信号相位的控制,使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄,并指向它所提供服务的手机,而且能跟据手机的移动而转变方向。

这种空间复用技术,由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务,波束之间不会干扰,在相同的空间中提供更多的通信链路,极大地提高基站的服务容量。

D2D

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也就是Device to Device(设备到设备)。5G时代,同一基站下的两个用户,如果互相进行通信,他们的数据将不再通过基站转发,而是直接手机到手机,这样可以节约大量的空中资源,减轻基站的压力。

因此,通信技术并不神秘,5G作为通信技术皇冠上最耀眼的宝石,更多的是对现有通信技术的演进。

如何在科学原理的范畴内,进一步发掘通信的潜力,是目前通信行业众多奋斗者们孜孜不倦的追求。

——END——

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