5G比4G到底有啥好?

對(duì)于數(shù)消費(fèi)者而言欠窒，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)下載一部高清電影除踱，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(shì)踊跟，業(yè)界普遍認(rèn)為5G將在無(wú)人駕駛汽車踩验、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

和4G相比商玫，5G的提升是全方位的箕憾，按照3GPP的定義，5G具備高性能、低延遲與高容量特性袭异，而這些優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在毫米波蓖捶、小基站、Massive MIMO扁远、全雙工以及波束成形這五大技術(shù)上俊鱼。

5G比4G到底有啥好?

毫米波

眾所周知，隨著連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加畅买，頻譜資源稀缺的問(wèn)題日漸突出并闲。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谷羞，這極大的影響了用戶的體驗(yàn)帝火。

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(wú)線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法脯黎，一是增加頻譜利用率东镶，二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波(26.5～300GHz)就是通過(guò)第二種方法來(lái)提升速率兵正，以28GHz頻段為例橱墨，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(hào)帶寬則為2GHz窖硝。

在移動(dòng)通信的歷史上捕砖，這是首次開(kāi)啟新的頻帶資源。在此之前邓晃，毫米波只在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上被應(yīng)用泡快，但現(xiàn)在已經(jīng)有運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始使用毫米波在基站之間做測(cè)試。

當(dāng)然纤票，毫米波最大的缺點(diǎn)就是穿透力差嗓钦、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)境下傳輸并不容易猪攀，而小基站將解決這一問(wèn)題溯饵。

小基站

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率很高爱榕，波長(zhǎng)很短瓣喊，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)黔酥。

可以預(yù)見(jiàn)的是藻三，未來(lái)5G移動(dòng)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(shì)跪者，它可以覆蓋大基站無(wú)法觸及的末梢通信棵帽。

因?yàn)轶w積的大幅縮小熄求，我們?cè)O(shè)置可以在250米左右部署一個(gè)小基站，這樣排列下來(lái)逗概，運(yùn)營(yíng)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)弟晚，每個(gè)基站可以從其它基站接收信號(hào)并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然逾苫，你大可不必?fù)?dān)心功耗問(wèn)題卿城，雷鋒網(wǎng)之前曾報(bào)道過(guò)：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馅块。

除了通過(guò)毫米波廣播之外粟宣，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)吨争。

Massive MIMO

現(xiàn)有的4G基站只有十幾根天線辑揍，但5G基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過(guò)Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列绊蚯，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(hào)讽歹，從而將移動(dòng)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箭堆，實(shí)際上這種技術(shù)已經(jīng)在一些4G基站上得到了應(yīng)用几研。 但到目前為止，Massive MIMO僅在實(shí)驗(yàn)室和幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試痒跌。

“Massive MIMO開(kāi)啟了無(wú)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)狡舞，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺(tái)采用大量的天線以及為其進(jìn)行同步處理牍猫，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。”

毋庸置疑畴栖，Massive MIMO是5G能否實(shí)現(xiàn)商用的關(guān)鍵技術(shù)随静，但是多天線也勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更多的干擾，而波束成形就是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵吗讶。

波束成形

Massive MIMO的主要挑戰(zhàn)是減少干擾燎猛，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照皆，讓它發(fā)出的每個(gè)電磁波的空間互相抵消或者增強(qiáng)重绷，就可以形成一個(gè)很窄的波束，而不是全向發(fā)射膜毁，有限的能量都集中在特定方向上進(jìn)行傳輸昭卓，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)了，而且還避免了信號(hào)的干擾瘟滨，這種將無(wú)線信號(hào)(電磁波)按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形(beamforming)候醒。

這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過(guò)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)模天線基站倒淫，我們甚至可以通過(guò)信號(hào)處理算法來(lái)計(jì)算出信號(hào)的傳輸?shù)淖罴崖窂交锞眨⑶易罱K移動(dòng)終端的位置。因此祭静，波束成形可以解決毫米波信號(hào)被障礙物阻擋以及遠(yuǎn)距離衰減的問(wèn)題纷沽。

全雙工

全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時(shí)進(jìn)行工作，使得通信兩端在上姻粱、下行可以在相同時(shí)間使用相同的頻率讹唧，突破了現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)模式，這是通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一辰诱，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)哩啼。

在同一信道上同時(shí)接收和發(fā)送，這無(wú)疑大大提升了頻譜效率拱缆。但是5G要使用這一顛覆性技術(shù)也面臨著不小的挑戰(zhàn)馒易，根據(jù)《移動(dòng)通信》之前發(fā)布的資料顯示，主要有一下三大挑戰(zhàn)：

1.電路板件設(shè)計(jì)谢奕，自干擾消除電路需滿足寬頻(大于100MHZ)和多MIMO(多于32天線)的條件砖军，且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高遍送。

2.物理層蒋令、MAC層的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，比如編碼裹刮、調(diào)制音榜、同步、檢測(cè)捧弃、偵聽(tīng)赠叼、沖突避免、ACK等违霞，尤其是針對(duì)MIMO的物理層優(yōu)化嘴办。

3.對(duì)全雙工和半雙工之間動(dòng)態(tài)切換的控制面優(yōu)化，以及對(duì)現(xiàn)有幀結(jié)構(gòu)和控制信令的優(yōu)化問(wèn)題买鸽。