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你必须知道的5G技术与标准科普

作者: 来源: 2018-03-29 04:01:20 阅读 我要评论

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2017年,5G技巧的应用已经被大年夜众所知,举凡主动驾驶、小我AI助手、远距医疗等,都将因为5G技巧的冲破而实现,到底5G与4G技巧的差别在哪里呢?这就得大年夜有线、无线传输开端说起。

顾名思义,有线传输代表经由过程实体介质传送材料,而无线传输则是经由过程电磁波传送讯号到基地台,接着转往电信体系商的机房传输。以有线传输来说,今朝单条光纤最高速度已经能达到26Tbps,几乎是传统网速的上万倍之快,是以,当前世界各国苦心研究的,是打破无线传输的速度限制。

图2 : 5G特点示意图(Source:IEEE Computer Society)

整合物联网的全新网路

图1 : 整合物联网的全新网路

除了常见的电磁波传送外,近年窜红的还有光波传输Li-Fi(Light Fidelity),是相当于Wi-Fi的可见光无线通信(VLC)技巧,能应用发光二极体(LED)灯胆的光波传输材料,除能供给照明与无线联网,还可避免产生电磁干扰。

今朝各家电信商正在进行多种模型的测试校订,包含网路的建立方法以及应用的电磁波频段,可预感的是,5G将是新一波的┞方场,胜出的技巧和筹划将成为业界标准,也能在新世代中取得引导地位。

然而在无线传输技巧的研发主流上,仍是以电磁波传输为主,个中的频率范围扮演了重要角色,它的公式道理也很简单─频率越低(如特低频VLF,3-30KHz),速度越慢,同时它的波长也就越长(长波,1,000Km-100Km),传输范围更广,今朝重要的应用为远距离通信。

反之亦然,频率越高(至高频EHF,30-300GHz),速度越快,波长越短(毫米波,10mm-1mm),传播范围也就越短。

今朝中华电信应用的4G频段包含900、1800、2100、2600MHz四个频段,台湾大年夜哥大年夜增援700、1800两个频段,远传则增援700、1800、2600 三个频段。台湾的主流电信商大年夜多应用的是超高频(UHF,0.3-3GHz)技巧。总而言之,台湾今朝是以应用高频率、大年夜频宽,速度快的频段为主。

而今朝的第五代行动通信体系(5G)标准,固然估计将于2018年中订出,但下一代行动网路联盟(Next Generation Mobile Networks Alliance)则起初定义了5G网路的请求:以10Mbps的材料传输速度增援数万用户;以1Gbps的材料传输速度同时供给给在同一楼办公典范多人员等等规定;增援数十万的并发连接以用于增援大年夜范围传感器网路的安排等。成为各大年夜电信体系商欲杀青的目标。

5G厉害在哪里?

5G特点示意图

5G并不是简单晋升速度就好,它还得包含很多特点:包含毫米波、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)、波束赋形、D2D等。所谓的毫米波,也就是前述所提到的高频,然而为什愦我们页堪不应用速度更快的高频呢?是因为高频以前多半应用于军事上,别的则是佣旧本的考量。

成本的考量又是什么?借使电磁波的频率越高,波长就越长,连带地它的绕射才能也就越差,就如同卫星通信及GPS导航一样,对于传输偏向有必定请求,是以,电信体系商就得兴建更多的基地站来传递讯号,成本也就跟着水涨船高。举例来说,本来一个4G的基地台就能覆盖典范围,5G基地台就得装设6-8个基地台才够用。

为懂得决这项问题,多半电信商会应用微型基地台(Microcell),来代替过往的大年夜基地台,成本也能跟着降低,这时也会激发一些疑虑,如不雅架设了这么多的基地台,会不会造成更多的辐射污染呢?

这可以用一种简单的类比来解释:在一间房间里,用一个大年夜功率的暖炉好,照样数个小功率的暖炉好呢?谜底当然是后者,因为后者的覆盖优胜,热能不会合中于某区域分布,而是相对分散,并且速度快,功率影响也更小。

而MIMO又是什么呢?谜底是装设「更多的天线」。为什么聪明型手机内能容纳更多支天线呢?是因为当频率越高时,波长短,天线也就跟着缩短。以前的大年夜哥大年夜多有一只长长的天线,而今日却已经不常见了,并不是因为它们不再被须要,而是缩小嵌入整只手机里头去了。

而5G时代应用的毫米波,天线也能再度缩小。是以,除了可以将更多的天线塞入手机外,微型基地台内也能放入更多的天线,接收与发送讯号的窗口越多,处理速度也能大年夜幅增长,达到所谓的「多进多出」。

控制电磁波的传输偏向

再来是具备高技巧门槛的波束赋形。电磁波的传输,一般是用四散、广播的方法传递讯号,然而我们平日只须要将讯号朝着某偏向传递即可,多半的电磁波能量都被大年夜幅浪费。

而波束赋形则是可以控制射频讯号,使得基地台站上的电磁波,能对准它供给办事的对象(聪明型手机),并随之改变偏向。经由过程此项精准传递讯号的办事,可以大年夜大年夜晋升基地站的办事数量。

 多天线MIMO示意图

图3 : 多天线MIMO示意图(Source:Rick Janse Kok MBA)

5G在生活中实现

而在什么时刻才能够看到5G实如今日常生活中呢?今朝已经有部分5G技巧开端进行测试,例如美国AT&T和Verizon正测试家庭和企业的5G宽频固网;而南韩的电信商则欲望趁着2018年平昌冬季奥运会时,可以或许提前让5G网路到位;世界各地的电信商则预估将在2020年开端供给5G的行动办事。


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