淺析第五代通信技術(shù)5G

隨著人們對通信網(wǎng)絡(luò)的需求不斷增長，已由單一的語音通信發(fā)展到高速上網(wǎng)、在線觀看短視頻等。但這還不夠滿足發(fā)展需求，其中重要的變化來自于過去的通信技術(shù)都是提供人與人之間的通訊，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展、越來越多智能設(shè)備出現(xiàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、智能穿戴、智能家居、智能抄表、智能交通，無人駕駛等各個領(lǐng)域都會產(chǎn)生極大的通信需求。用戶需求的持續(xù)增長，未來 10 年移動通信網(wǎng)絡(luò)將會面對：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長，10 至 100 倍的無線設(shè)備連接，10 到 100 倍的用戶速率需求，10 倍長的電池續(xù)航時間需求等，4G 網(wǎng)絡(luò)無法滿足這些需求，所以 5G 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

電磁波

5G就是第五代通信技術(shù)，主要特點(diǎn)是波長為毫米級，超寬帶，超高速度，超低延時。其中1G~4G都是用于人與人之間更方便快捷的通信，而5G將實(shí)現(xiàn)隨時、隨地、萬物互聯(lián)，讓人類敢于期待與地球上萬物通過直播方式無時差同步參與其中。

無線通信是利用電磁波進(jìn)行通信。電磁波包括光波和無線電波。

電磁波的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，因而有不同的用途。

例如，高頻的γ射線，有著很強(qiáng)的穿透力，工業(yè)中可用來探傷或流水線的自動控制。對細(xì)胞有很大的殺傷力，醫(yī)療上用來治療腫瘤。

無線電波是使用電波進(jìn)行通信的，它的頻譜資源也是有限的。為了避免干擾和沖突，保證通信質(zhì)量，我們會對頻譜資源進(jìn)行劃分，分配給不同的對象和使用。

我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機(jī)通信的。

國內(nèi)通信運(yùn)營商2G-4G的頻譜劃分如下。國內(nèi)和全球主流的4G頻段使用的是特高頻和超高頻。

全球5G使用頻率范圍如下圖

工信部以發(fā)布通知的形式，確定了我國5G（第五代移動通信）的頻率，工作頻段分別是：3300MHz-3600MHz頻段、和4800MHz-5000MHz頻段。第一個工作頻段帶寬為300 MHz；第二個工作頻段帶寬為200 MHz。而這就是5G通信的一個特點(diǎn)——超帶寬。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，從最初的1G到現(xiàn)在的4G，使用的電磁波頻率越來越高，頻譜帶寬也越來越寬。

頻率越高，能使用的頻率資源越豐富，頻譜帶寬也越寬。能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率越高—超高速度。

目前國際上主要使用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)。

頻率與波長的換算公式是：

如果以28GHz來算，波長=光速/頻率=300000000(m/s)/28000000000(Hz)=10.7mm，而這就是5G通信的一個特點(diǎn)——毫米波。

5G優(yōu)勢

5G通信頻段的顯著特點(diǎn)：頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播（繞射和穿墻能力越差）。頻率越高，在傳播介質(zhì)中的衰減也越大。

5G通信網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋時，所需要的基站數(shù)量就顯著增多，成本顯著上升。這也是為什么1G-4G通信沒有用的部分原因所在。

超低時延是5G很非常重要的一個特性。理想情況下要求端到端的時延為1ms，典型端到端時延為5-10ms左右、實(shí)現(xiàn)5G超低時延需要遵循一些思路，一要大幅度的降低空口的傳輸時延。二要盡可能減少轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并縮短源到目的節(jié)點(diǎn)之間的距離。三要兼顧整體，從跨層考慮和設(shè)計(jì)角度出發(fā)，使得空口，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，核心網(wǎng)等不同層次的技術(shù)相互配合，讓網(wǎng)絡(luò)能夠領(lǐng)會應(yīng)對不同垂直業(yè)務(wù)的時延需求。

新型幀結(jié)構(gòu)：在幀結(jié)構(gòu)方面，將考慮采用更短的子幀長度，并在同一子幀內(nèi)完成ACK/NACK的反饋，為了有限的降低空口時延。

終端直接通信（D2D）：傳統(tǒng)通信方式中，數(shù)據(jù)包要經(jīng)過整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每次轉(zhuǎn)發(fā)都意味著時延的增加。而終端直接通信的模式不需要透過網(wǎng)絡(luò)傳遞就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備相互之間通信。

核心網(wǎng)功能下沉：在4G網(wǎng)絡(luò)中，LTE移除了3G中的RNC，將RNC大部分功能轉(zhuǎn)移到基站，一部分工作集成到核心網(wǎng)，采用eNodeB和EPC二層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。扁平化架構(gòu)減少了節(jié)點(diǎn)減少了時延。在5G網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)用戶面部分功能將進(jìn)一步下沉至接入網(wǎng)，原有的集中式核心網(wǎng)變成分布式，核心網(wǎng)功能更靠近終端，來進(jìn)一步減少時延。

MEC（mobile edge computing），移動邊緣計(jì)算：MEC將計(jì)算，處理和存儲推向移動邊界，為移動邊緣入口服務(wù)創(chuàng)新提供無線可能，使得海量數(shù)據(jù)可得到實(shí)時，快速處理，以減少時延。