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了解5G與4G差異區別在那里

  • 時間 :2018-07-27
  • 作者 :佰馬科技
  • 瀏覽數 :3637

       5G現在很火,5G與4G差別在那里,大家都知道5G比4G快,但又不是很清楚具體差別在那里. 下面我們從一些細節來對比5G與4G的差別.


5G網絡主要有三大特點,極高的速率,極大的容量,極低的時延。相對4G網絡,傳輸速率提升10~100倍,峰值傳輸速率達到10Gbit/s,端到端時延達到ms級,連接設備密度增加10~100倍,流量密度提升1000倍,頻譜效率提升5~10倍,能夠在500km/h的速度下保證用戶體驗。 


與2G、3G、4G僅面向人與人通信不同,5G在設計之時,就考慮了人與物、物與物的互連,全球電信聯盟接納的5G指標中,除了對原有基站峰值速率的要求,對5G提出了8大指標:基站峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率、流量空間容量、移動性能、網絡能效、連接密度和時延。


從以下面幾方面: 毫米波,基站,MIMO技術,波束賦形技術,D2D技術使終端點對點

毫米波是速度提升的關鍵
眾所周知,現如今我們使用的手機所發射和接受的信號就是電磁波。不過由于電磁波的頻率是有限的,不同的工作所用到的電磁波又不能相互干擾,所以,全球統一協商將有限的電磁波頻率統一劃分出不同的用處,比如,極低頻率被應用于超遠距離導航、至高頻率被應用于波導通信。


而我們手機通訊用的電磁波頻率,則是被分配到了中頻—超高頻段。簡單來說,從2G到3G一直到5G,其實就是頻率的遞增。隨著頻率的提高,頻段也在逐步加寬。


三大運營商網絡制式所占頻段.png


比如,4G時期,我國運營商采用的頻段大致是2555-2575MHz。而5G目前國際上主要采用28GHz進行試驗。

很直觀的可以看出5G相較于4G的頻段不止高了一個數量級。如果我們將頻率代入到光速以及波長的公式就會得出很有意思的結果。以5G的28GHz為例子:

28GHz為例計算波長.png

然后我們就能得出5G下的波長約為10.7mm(毫米),這也就是我們常說的5G毫米波。


5G和4G形象對比圖.png



        不過需要注意的是,雖然毫米波可以帶來更大的傳輸速度,但是毫米波也有致命的缺點——毫米波在空氣中衰減較大,且繞射能力較弱。簡單來說,用毫米波實現信號穿墻是非常困難的。為了解決這個問題,就要用到微基站技術了。


微基站使用戶均衡獲取信號

前面說到,由于5G毫米波穿透力較差并且在空氣中衰減很大的弱點,如果5G仍然采用以往在3G、4G時期使用的“宏基站”,就不能為稍遠的用戶提供足夠的信號保障。


宏基站.png


微基站

為了應對這個困難,5G開始才用全新的基站——微基站。顧名思義,微基站做的足夠小的基站。為了更容易理解宏基站和微基站的區別,我們用一個取暖的例子來形象的比喻宏基站和微基站。



宏基站散熱方案.png

宏基站:在一個寒冷的冬天,一個班級里面只有一個熾熱的火爐,老師為了讓班級暖和起來,將這個熾熱的火爐放在班級的正中間。結果事與愿違,班級整體并沒有都熱起來,僅僅是距離火爐比較近的幾個學生暖和(事實上,由于溫度太高,可能已經有灼熱的感覺)而距離這個火爐很遠的在班級邊緣的學生可能絲毫感覺不到火爐的溫度,凍的瑟瑟發抖。



微基站散熱方案.png

微基站:如果我們將上述班級中心熾熱的火爐“拆分開”,分成四五個火爐,雖然每個小火爐的功率不及原先的大火爐,但是我們將這幾個小火爐平均分到班級的各個區域,這樣每個人都能感受到暖意了。所以,微基站不僅在體積上要遠遠小于宏基站,在功耗上也會有所降低。


為什么宏基站的天線都那么大,而微基站的天線這么???或者引申一下,為什么以前我們的手機都要長長的天線,而現在我們的手機都“沒有”天線了?


天線的長度與波長的關系.png


天線的長度與波長的關系

這是因為,隨著頻率逐漸升高,該頻率相對應的波長在逐漸的縮短,而天線也就跟著變短了!根據實驗得出的數據顯示,天線的長度大約為波長的1/10~1/4。所以,5G的毫米波,也就使得天線達到了“毫米”的級別。


MIMO使帶寬容量提升數十倍

5G時代的“毫米”天線能帶來一個巨大的好處,那就是可以在微小的基站中放入更多的天線。

MIMO技術.png


這就用到了MIMO技術,英文全稱是Multiple-Input Multiple-Output,意為“多進多出”,說白了就是基站的天線變多了,并且手機的接受能力也變強了,源頭上多根天線發送,接收對象多根天線接受。

而5G由于可以放入更多的天線,也就成為了加強版的Massive(海量的)MIMO技術。


老式大天線基站.png


雖然4G時期已經開始使用MIMO技術,但是4G時期由于天線比較大,一般都是使用4天線、8天線居多,并沒有做到“大規模、海量”的Massive MIMO天線。


Massive-MIMO.png


到了4G時期,當頻率處于30Ghz時,基站最多可使用256個天線同時收發信號,5G可以將移動網絡的帶寬容量提升數十倍乃至更大。


信號像手電筒“精準打擊”用戶

雖然現在信號和天線的問題都解決了,但是5G還有一個問題困擾著我們,就是我們放射信號的時候能不能不像4G那樣漫無目的的放射,雖然有一個很大的覆蓋面,但是利用率卻有高有低。能不能“精準打擊”只給有需要的人用,從而節省資源。


4G像電燈的信號發射形式.png


通俗的說,4G就像電燈一樣,打開電燈后,不管某一個地方需不需要光,這束“4G”之光都會覆蓋到,一定程度上造成了資源的浪費。


波束賦形技術.png


到了5G,為了解決這種資源浪費的行為,開始使用波束賦形技術。波束賦形是什么?了解波束賦形技術


5G像手電筒的信號發射形式.png


簡單來說,5G將4G的電燈變成了“手電筒”,如果在一間黑屋子里點亮這盞5G“手電筒”,他不會使整個屋子都亮,而是尋求特定的有需求的方向打擊。


D2D技術使終端點對點溝通

5G另一項領先的地方就是可以實現基于蜂窩網絡的D2D通信,也被稱為鄰近服務,通過此技術,用戶的數據可以不經基站中轉就可以直接在兩個終端之間進行傳輸。


D2D通信網絡架構示意圖.png


使用D2D技術,一舉兩得——即可以節約大量空中資源,同時也減輕了基站的壓力。

不過,你不要認為這樣就可以逃過運營商的“魔爪”,不用交通信費了,因為總的信號控制和資源分配還是通過基站來進行調控的,所以,我們還是要乖乖給運營商交錢。

總的來說,5G雖然只比4G多了“1G”,但是這“1G”蘊含的內容和進步可是太多了,無論是帶寬還是基站,5G相較于4G都有了“質”的飛躍。




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