產業|一文告訴你什麼是5G

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12月6-8日,以“5G連接新時代”為主題的2018中國移動全球合作伙伴大會在廣州召開,包括中國信息通信科技集團有限公司等在內的數百家國內外頂級參展商展示5G創新與智能AI生活圖景。

面對當下通信行業最熱的話題,5G究竟是什麼?

講5G,先從一個公式開始

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這個公式,物理學的基本公式——光速=波長�頻率。

對於這個公式,無論1G、2G、3G,還是4G、5G,都離不開它。

通信技術歸根到底,分為兩種——有線通信和無線通信。如果是在實體物質上傳播,就是有線通信,在有線介質上傳播數據,速率可以達到很高的數值。

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而空中傳播部分,是移動通信的瓶頸所在。目前主流的移動通信標準,是4G LTE,理論速率只有150Mbps(不包括載波聚合)。所以,5G如果要實現端到端的高速率,重點是突破無線這部分的瓶頸。

電磁波


無線通信就是利用電磁波進行通信,電波和光波,都屬於電磁波。

電磁波的功能特性,是由它的頻率決定的。不同頻率的電磁波,有不同的屬性特點和不同的用途。例如高頻的γ射線,具有很大的殺傷力,可以用來治療腫瘤;而進行手機通信主要使用的是中頻至超高頻電波。

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不同頻率電波的用途


為了避免干擾和衝突,人們在電波這條公路上進一步劃分車道,分配給不同的對象和用途。

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全球主流的4G LTE技術標準,屬於特高頻和超高頻,我國主要使用超高頻。因此,隨著1G、2G、3G、4G的發展,使用的電波頻率越來越高。因為頻率越高,能使用的頻率資源越豐富;頻率資源越豐富,能實現的傳輸速率就越高。

目前,5G的頻率範圍分為兩種:一種在6GHz以下,另一種在24GHz以上。而國際上主要使用28GHz進行試驗(有可能成為5G最先商用的頻段)。

據前文提到的公式,按28GHz來計算:

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便可以看出5G的第一個技術特點——毫米波。

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電磁波的顯著特點是頻率越高,波長越短,越趨近於直線傳播(繞射能力越差)。頻率越高,在傳播介質中的衰減也越大。

如果移動通信使用高頻段,那麼傳輸距離會大幅縮短、蓋能力會大幅減弱。所以覆蓋同一個區域,需要的5G基站數量,將大大超過4G。而頻率越低,網絡建設所需成本就越低,競爭也就越有利。

基於以上原因,在高頻率的前提下,為了減輕網絡建設方面的成本壓力,5G必須尋找新的出路。

微基站

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基站有兩種,分為微基站和宏基站。到了5G時代,未來微基站會更多,幾乎隨處可見。

Massive MIMO(多天線技術)

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MIMO就是(Multiple-Input Multiple-Output),多根天線發送,多根天線接收。5G時代,天線數是按“陣”計算。

波束賦形

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在基站上佈設天線陣列,通過對射頻信號相位的控制,使得相互作用後的電磁波的波瓣變得非常狹窄,並指向它所提供服務的手機,而且能跟據手機的移動而轉變方向。

這種空間複用技術,由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務,波束之間不會干擾,在相同的空間中提供更多的通信鏈路,極大地提高基站的服務容量。

D2D

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也就是Device to Device(設備到設備)。5G時代,同一基站下的兩個用戶,如果互相進行通信,他們的數據將不再通過基站轉發,而是直接手機到手機,這樣可以節約大量的空中資源,減輕基站的壓力。

因此,通信技術並不神秘,5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石,更多的是對現有通信技術的演進。

如何在科學原理的範疇內,進一步發掘通信的潛力,是目前通信行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求。

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