什么是5G?一文带你全面了解5G

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一、什么是5G
 
想要说清楚什么是5G,要从一个“神奇的公式”说起。就是这个超简单的公式,蕴含了我们无线通信技术的博大精深。。。
5G
无论是往事随风的1G、2G、3G,还是意气风发的4G、5G,说来说去,都是在这个数学公式上做文章。且听我慢慢道来。有线?无线?……通信技术,无论什么黑科技白科技,只分两种——有线通信和无线通信我和你打电话,信息数据要么在空中传播(看不见、摸不着),要么在实物上传播(看得见、摸得着)。
5G
在有线介质上传播数据,想要高速很容易。实验室中,单条光纤最大速度已达到了26Tbps。是传统网线的两万六千倍。而空中传播这部分,才是移动通信的瓶颈所在。
5G
所以,5G重点是研究无线这部分的瓶颈突破。好大一个波。大家都知道,电波和光波都属于电磁波。电磁波的频率资源有限,根据不同的频率特性,有不同的用途。
5G
我们目前主要使用电波进行通信。当然,光波通信也在崛起,例如可见光通信LiFi(LightFidelity)不偏题,回到电波先。电波属于电磁波的一种,它的频率资源也是有限的。为了避免干扰和冲突,我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。
5G
大家注意上面图中的红色字体。一直以来,我们主要是用中频~超高频进行手机通信的。例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”,其实就是工作频段900MHz和800MHz的意思。目前主流的4G LTE,属于超高频和特高频。我们国家主要使用超高频:
5G
随着1G、2G、3G、4G的发展,使用的频率是越来越高的。为什么呢?因为频率越高,速度越快。又为什么呢?因为频率越高,车道(频段)越宽。
5G
车道按指数级扩大
5G
更高的频率→更大的带宽→更快的速度。5G的频段具体是多少呢?上个月,我们国家工信部下发通知,明确了我国的5G初始中频频段:3.3-3.6GHz、4.8-5GHz两个频段。同时,24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见。前,国际上主要使用28GHz进行试验(这个频段也有可能成为5G最先商用的频段)。如果按28GHz来算,根据前文我们提到的公式:好啦,这个就是5G的第一个技术特点——毫米波。既然,频率高这么好,你一定会问:“为什么以前我们不用高频率呢?”原因很简单——不是不想用。是用不起。
 
电磁波的一个显著特点:频率越高(波长越短),就越趋近于直线传播(绕射能力越差)。而且,频率越高,传播过程中的衰减也越大。你看激光笔(波长635nm左右),射出的光是直的吧,挡住了就过不去了。再看卫星通信和GPS导航(波长1cm左右),如果有遮挡物,就没信号了吧。而且,卫星那口大锅,必须校准瞄着卫星的方向。稍微歪一点,都会有影响。如果5G用高频段,那么它最大的问题,就是覆盖能力会大幅减弱。
 
覆盖同一个区域,需要的基站数量将大大超过4G。这就是为什么这些年,电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。基站就是要花钱买的啊。能不玩命争取么。有的频段甚至被称为——黄金频段。这也是为什么5G时代,运营商拼命怼设备商。甚至威胁要自己研发通信设备。所以,基于以上原因。在高频率的前提下,为了减轻覆盖方面的成本压力,5G必须寻找新的出路。
 
首先,是微基站。基站有两种,微基站和宏基站。看名字就知道,微基站很小,宏基站很大!以前都是大的基站,建一个覆盖一大片 。以后更多的将是微基站,到处都装,随处可见。
5G
微基站 看上去是不是很酷炫?
 
微基站的造型有很多种,灵活地与周围的环境相融合(伪装),不会让用户在心理上产生不适。基站对人体健康不会造成影响。而且,恰好相反,其实基站数量越多,辐射反而越小!你想一下,冬天,一群人的房子里,一个大功率取暖器好,还是几个小功率取暖器好?
5G
大功率方案
5G
小功率方案
 
 
基站越小巧,数量越多,覆盖就越好,速度就越快。天线去哪了? 大家有没有发现,以前大哥大都有很长的天线,早期的手机也有突出来的小天线,为什么后来我们就看不到带天线的手机了?有人说,是因为信号好了,不需要天线了。其实不对。信号再好,也不能没有天线。更主要的原因是——天线变小了。
5G
根据天线特性,天线长度应与波长成正比,大约在1/10~1/4之间。
5G
频率越高,波长越短,天线也就跟着变短啦!毫米波,天线也变成毫米级。这就意味着,天线完全可以塞进手机的里面,甚至可以塞很多根。这就是5G的第三大杀手锏——Massive MIMO
5G
MIMO就是“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天线发送,多根天线接收。在LTE时代就已经有MIMO了,5G继续发扬光大,变成了加强版的Massive MIMO(Massive:大规模的,大量的)。手机都能塞好多根,基站就更不用说了。
 
以前的基站,天线就那么几根。5G时代,就不是按根来算了,是按“阵”。“天线阵列”。天线多得排成阵了。一眼看去一大片的节奏。不过,天线之间的距离也不能太近。因为天线特性要求,多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。
 
不要问我为什么,去问科学家。大家都见过灯泡发光吧? 其实,基站发射信号的时候,就有点像灯泡发光。信号是向四周发射的,对于光,当然是照亮整个房间,如果只是想照亮某个区域或物体,那么,大部分的光都浪费了。基站也是一样,大量的能量和资源都浪费了。
 
我们能不能找到一只无形的手,把散开的光束缚起来呢?这样既节约了能量,也保证了要照亮的区域有足够的光。答案是:可以。这就是——波束赋形
 
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。
 
直的都能掰成弯的。还有什么是通信砖家干不出来的?在目前的通信网络中,即使是两个人面对面拨打对方的手机(或手机对传照片),信号都是通过基站进行中转的,包括控制信令和数据包。
 
而在5G时代,这种情况就不一定了。5G的第五大特点——D2D,也就是Device to Device。
5G
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,就节约了大量的空中资源,也减轻了基站的压力。不过,如果你觉得这样就不用付钱,那你就图样图森破了。
 
控制消息还是要从基站走的,而且用着频谱资源,运营商爸爸怎么可能放过你。通信技术并不神秘,5G作为通信技术皇冠上最耀眼的宝石,也不是什么遥不可及的创新革命技术,它更多是对现有通信技术的演进。正如一位高人所说——通信技术的极限,并不是技术工艺方面的限制,而是建立在严谨数学基础上的推论,在可以遇见的未来是基本不可能突破的。
 
如何在科学原理的范畴内,进一步发掘通信的潜力,是通信行业众多奋斗者们孜孜不倦的追求。
 
二、12个问题带你全面认识5G 
 
1. 什么是5G?
5G是第五代移动网络。它是继1G,2G,3G和4G网络之后的新的全球无线标准。5G启用了一种新型网络,该网络旨在将几乎每个人和所有事物(包括机器,对象和设备)连接在一起。
 
5G无线技术旨在为更多用户提供更高的多Gbps峰值数据速度,超低延迟,更高的可靠性,庞大的网络容量,更高的可用性以及更统一的用户体验。更高的性能和更高的效率赋予了新的用户体验并连接了新的行业。
 
2. 谁发明了5G?
没有人或个人拥有5G,但是移动生态系统中有几家公司为实现5G做出了贡献。高通公司在发明许多基础技术方面发挥了重要作用,这些基础技术推动了行业发展并构成了下一个无线标准5G。
 
我们是第三代合作伙伴计划(3GPP)的核心,第三代合作伙伴计划(3GPP)是定义3G UMTS(包括HSPA),4G LTE和5G技术的全球规范的行业组织。
 
从空中接口到服务层,3GPP正在推动5G设计各个方面的许多重要发明。3GPP 5G的其他成员还包括基础架构供应商,组件/设备制造商,移动网络运营商和垂直服务提供商。
 
3. 5G有哪些技术?
5G基于OFDM(正交频分复用),OFDM是一种跨多个不同通道调制数字信号以减少干扰的方法。5G使用5G NR空中接口以及OFDM原理。5G还使用更宽的带宽技术,例如6 GHz以下和mmWave。
 
像4G LTE一样,5G OFDM也基于相同的移动网络原理进行操作。但是,新的5G NR空中接口可以进一步增强OFDM,以提供更高程度的灵活性和可扩展性。对于各种不同的用例,这可以为更多的人和事物提供更多的5G接入。
 
5G将通过扩大频谱资源的使用范围(从4G中使用的低于3 GHz到100 GHz或更高)来带来更宽的带宽。5G可以在较低频段(例如,低于6 GHz)和mmWave(例如,24 GHz及更高)中运行,这将带来极高的容量,多Gbps吞吐量和低延迟。
 
5G不仅旨在提供比4G LTE更快,更好的移动宽带服务,而且还可以扩展到新的服务领域,例如关键任务通信和连接大规模物联网。许多新的5G NR空中接口设计技术(例如新的自包含TDD子帧设计)都可以实现这一点。
 
4. 5G有何不同?
前几代移动网络是1G,2G,3G和4G。
第一代-1G:1980年代:1G提供了模拟语音。
第二代-2G:1990年代初期:2G引入了数字语音(例如CDMA-码分多址)。
第三代-3G:2000年代初期:3G带来了移动数据(例如CDMA2000)。
第四代-4G LTE:2010年代:4G LTE迎来了移动宽带时代。
1G,2G,3G和4G都导致了5G,其目的是提供比以往更多的连接性。5G是一个统一的,功能更强大的空中接口。它的设计具有扩展的功能,可实现下一代用户体验,支持新的部署模型并提供新的服务。
 
5G具有高速,卓越的可靠性和可忽略的延迟,它将把移动生态系统扩展到新的领域。5G将影响每个行业,使更安全的运输,远程医疗保健,精准农业,数字化物流等成为现实。
 
5. 5G是否比4G更好?
  • 5G会比4G更好的原因有很多:
  • 5G比4G快得多
  • 5G的容量比4G更多
  • 5G的延迟明显低于4G
  • 5G是一个统一的平台,比4G的功能更强大
  • 5G使用的频谱优于4G
5G是比4G更强大的统一平台。尽管4G LTE专注于提供比3G快得多的移动宽带服务,但5G旨在成为一个统一的,功能更强大的平台,不仅可以提升移动宽带体验,还可以支持关键任务通信和大规模物联网等新服务。5G还可以本地支持所有频谱类型(许可,共享,非许可)和频段(低,中,高),广泛的部署模型(从传统的宏小区到热点)以及新的互连方式(例如设备) -to-device和多跳网格)。
5G使用的频谱优于4G。5G还旨在从各种可用的频谱监管范式和频段中充分利用频谱的每一位-从低于1 GHz的低频段到从1 GHz到6 GHz的中频段,再到称为毫米波的高频段(毫米波)。
 
5G比4G快。5G可能比4G快得多,可提供高达20 Gbps的峰值数据速率和100+ Mbps的平均数据速率。
5G比4G具有更大的容量。5G旨在支持将流量容量和网络效率提高100倍。
5G的延迟低于4G。5G具有显着更低的延迟,可提供更多的即时实时访问:端到端延迟降低了10倍,降至1ms。
 
6. 5G会对全球经济造成什么影响?
5G正在推动全球增长。13.1万亿美元的全球经济产出2280万的新就业机会未来15年每年$ 265B的全球5G CAPEX和R&D通过一项具有里程碑意义的5G经济研究,我们发现,到2035年,全球可能会实现5G的全部经济效应,这将支持广泛的行业,并可能带来高达13.1万亿美元的商品和服务。
 
这种影响远大于前几代网络。新的5G网络的发展要求也已从传统的移动网络参与者扩展到汽车行业等行业。该研究还显示,5G价值链(包括OEM,运营商,内容创建者,应用开发者和消费者)仅可支持多达2280万个工作岗位,或在中国北京每个人提供一个以上的工作岗位。并且有许多新兴的和新的应用程序仍将在将来定义。只有时间才能证明对经济的完全“ 5G效应”将是什么。
 
7. 5G将如何影响我?
5G可能会彻底改变我们生活的许多方面,为我们提供新的旅行方式,新的娱乐方式,以及医生拯救我们生命的新方式。如果5G实现了它所宣扬的好处,它可以为我们生活的许多方面带来显著的效率和成本节约。
 
5G正在全球许多国家缓慢推广,英国、欧洲和美国的大多数主要移动网络都提供服务。像之前推出的3G和4G一样,5G将首先在人口最稠密的地区推出,然后覆盖范围慢慢扩大到每个国家的大多数地区。
 
5G承诺不仅在我们的移动设备上实现更快的互联网速度,这样我们就不必等待视频缓冲,它开启了一个需要更快连接的新技术世界。
 
8. 5G在哪里使用?
从广义上讲,5G可用于三种主要的连接服务类型,包括增强型移动宽带,关键任务通信和大规模物联网。5G的一项定义功能是为前向兼容性而设计,即能够灵活支持当今未知的未来服务的能力。
 
增强的移动宽带:除了使我们的智能手机更好之外,5G移动技术还可以带来更快,更统一的数据速率,更低的延迟和更低的每位成本的VR和AR等沉浸式体验。
关键任务通信:5G可以通过超可靠,可用,低延迟的链接(如关键基础设施,车辆和医疗程序的远程控制)来启用可改变行业的新服务。
大规模物联网:5G旨在通过降低数据速率,功率和移动性的能力无缝连接几乎所有事物中的大量嵌入式传感器,从而提供极其精简和低成本的连接解决方案。
 
9. 5G有多快?
5G旨在根据IMT-2020要求提供高达20 Gbps的峰值数据速率。Qualcomm®Snapdragon™X65是Qualcomm Technologies的旗舰5G解决方案,旨在实现高达10 Gbps的下行链路峰值数据速率。
 
但是5G不仅仅是速度有多快。除了更高的峰值数据速率,5G还旨在通过扩展到新的频谱(例如mmWave)来提供更多的网络容量。
 
5G还可以提供更低的延迟,以实现更快速的响应,并可以提供整体上更加统一的用户体验,从而即使用户四处移动时,数据速率也始终保持较高水平。新的5G NR移动网络得到了千兆LTE覆盖基础的支持,该基础可以提供无所不在的千兆级连接。
 
10. 5G如何工作?
与4G LTE一样,5G也是基于OFDM(正交频分复用)的,并且将基于相同的移动网络原理进行操作。但是,新的5G NR(新无线电)空中接口将进一步增强OFDM,以提供更高程度的灵活性和可扩展性。
 
与4G LTE相比,5G不仅将提供更快,更好的移动宽带服务,而且还将扩展到新的服务领域,例如关键任务通信和连接大规模物联网。许多新的5G NR空中接口设计技术(例如新的自包含TDD子帧设计)都可以实现这一点。
 
11. 5G现在可以用了吗?
是的,今天5G已经在这里了,全球运营商已在2019年初开始推出新的5G网络。此外,所有主要的手机制造商都在将5G手机商业化。很快,更多的人将可以访问5G。
 
5G已在60多个国家/地区部署,并且还在不断增加。与4G相比,我们看到了更快的推出和采用。消费者对高速和低延迟感到非常兴奋。但是5G不仅提供了关键任务服务,增强的移动宽带和大规模物联网功能,还超越了这些优势。尽管很难预测何时每个人都可以使用5G,但我们看到5G推出的第一年势头强劲,我们预计会有更多国家在2020年及以后推出其5G网络。
 
12. 如果我要用5G,是否需要更换手机
是的,如果您希望能够使用网络,则需要购买支持5G的新智能手机。例如,由Snapdragon 5G移动平台提供支持的智能手机是5G兼容的。
 
有几款新手机设计用于支持5G,并且全球有多家运营商都支持5G无线网络。随着5G推出时间表的进展,随着5G技术和5G兼容设备成为主流,更多的智能手机和运营商订阅将变得可用。

 

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