5G與4G LTE的區(qū)別

5G是由國際電信聯(lián)盟的IMT-2020標準定義的無線協(xié)議。該標準的最新迭代稱為5G NR。于此之后，當提到“5G”時，學術界更多的將會談論5G NR標準。

那些枯燥乏味的語義已經(jīng)讓一部分人無法真正理解5G,更無法把它當成有趣的東西，以及過于炒作它將如何影響你的生活。

5G與4G LTE的區(qū)別

5G與現(xiàn)在普通4G LTE之間最重要的區(qū)別之一是頻率分配增加。

4G-LTE蜂窩塔

在擁擠和電子噪聲區(qū)域中確定網(wǎng)絡速度的一個重要特征是為其分配了多少電磁頻譜。通常，具有更多分配頻譜的網(wǎng)絡可以支持更多并發(fā)連接，從而提升所有各方的網(wǎng)絡速度。美國主要運營商互相競標，從其他公司和美國政府購買部分頻譜。運營商僅僅購買幾兆赫就得花費數(shù)十億美元。

LTE信號的頻率范圍從大約700 MHz到2.5 GHz。通常，較低頻率的波具有更多的遠距離傳輸數(shù)據(jù)的能力，因此對載波更有價值，因為單個蜂窩站點可以覆蓋更多的客戶。然而，這取決于對速度的權衡，因為更高頻率的網(wǎng)絡支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

5G NR指定了兩個創(chuàng)造性的命名：頻率范圍1（FR1）和頻率范圍2（FR2）的網(wǎng)絡頻段。FR1涵蓋了我們所熟知的當前頻譜：頻率低于6 GHz。這部分電磁頻譜包括從AM / FM無線電一直到快速5 GHz雙頻Wi-Fi的所有內(nèi)容。

新增功能FR2包括24 GHz以上的“毫米波”頻率。這部分頻譜用于從衛(wèi)星來回傳輸數(shù)據(jù)，用于沿海岸的雷達設施等等。

美國頻率分配圖

這些上述毫米波FR2頻段允許載波從擁擠的FR1頻段中消除大部分壓力。唯一的問題是你基本上需要能夠看到天線才能獲得任何可用的連接，所以除了網(wǎng)絡擁塞最嚴重的密集城市環(huán)境之外，這毫無用處。FR2頻段也將促進更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。

哈佛學者Alex Wulff認為：5G不會從根本上改變手機上可用的服務類型。移動上網(wǎng)用戶們不會突然能夠在一秒鐘內(nèi)下載多GB文件?？梢云诖氖撬俣群凸δ艿奶嵘c3G從4G的轉(zhuǎn)變相當。這將是一個重大的轉(zhuǎn)變，但僅僅如此不足以推動世界大的變革。

IMT-2020 5G標準要求最高速率為20 Gbps（每秒十億比特），或比“千兆”（1 Gbps）寬帶連接快約20倍。LTE標準要求最高速度為300 Mbps，但即使您距離蜂窩塔只有幾百米，實際上也可能只有十分之一。

因此，5G速度的提升，對于自動駕駛汽車這樣的增加速度的好處完全是過度炒作。您不能指望5G的“移動寬帶”部分超出傳統(tǒng)住宅寬帶的范圍，傳統(tǒng)住宅寬帶本身并不比4G LTE好多少。

5G仍然會對社會產(chǎn)生重大影響，盡管你可能不會直接看到它。5G標準中最令人興奮的部分是它專注于快速，安全和可靠通信的新應用。

具體而言，5G NR標準將目標用例分為三組：

增強型移動寬帶（eMBB）：這是我們迄今為止一直在討論的傳統(tǒng)小區(qū)服務。

大規(guī)模機器類型通信（mMTC）：這一部分的名稱暗示了物理上較大的機器，但更多地將其視為小型廉價連接設備的網(wǎng)絡。

超可靠和低延遲通信（uRLLC）：該部分由要求無與倫比的可靠性和響應時間的連接組成。

Alex Wulff堅信5G的真正影響將在這些服務的統(tǒng)一中得到最大的體現(xiàn)。這三類通常需要單獨的網(wǎng)絡基礎設施：用于eMBB的傳統(tǒng)小區(qū)服務，用于mMTC的LoRaWAN和Sigfox等服務，以及用于uRLLC的專用以太網(wǎng)/光纖鏈路。5G代表所有這些不同部分大體統(tǒng)一為一個網(wǎng)絡結構。

大規(guī)模機器類通信

這一部分代表了許多人傳統(tǒng)上認為的“物聯(lián)網(wǎng)”。從拖拉機傳感器到連接的烤面包機的所有東西都需要連接到互聯(lián)網(wǎng)，目前有多種方法可以做到這一點。傳統(tǒng)的Wi-Fi在家庭環(huán)境中運行良好，但電池供電的設備有許多要求，Wi-Fi和蜂窩技術無法滿足（功耗和范圍）。

LoRaWAN和Sigfox的技術正在尋求通過低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）來解決這個問題。您可以將這些網(wǎng)絡視為與傳統(tǒng)小區(qū)服務類似，只需支持更遠距離通信，其功耗和數(shù)據(jù)傳輸速率遠低于常規(guī)小區(qū)服務。然而，雖然目的相似，但這些LPWAN網(wǎng)絡的基本規(guī)范都沒有與4G標準共享。這意味著公司需要專門投資LoRa或Sigfox調(diào)制解調(diào)器才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)。此外，網(wǎng)絡覆蓋主要限于美國主要城市。

負責LTE的標準化機構預計這些用例已經(jīng)部署了LTE-M和NB-IoT的標準，與其他LPWAN網(wǎng)絡不同，它們受到美國主要運營商的支持。這兩個網(wǎng)絡標準也是5G物聯(lián)網(wǎng)標準的組成部分。

使5G成為IoT最佳的砝碼，另一個因素是設備密度，5G網(wǎng)絡將支持每平方公里多達1,000,000個連接，或足夠的容量將連接互聯(lián)網(wǎng)的傳感器放在最密集的森林中的每棵樹上。

超可靠和低延遲通信

5G研究機構們預測2020年全球?qū)⑦M入5G商用服務元年，而真正要實現(xiàn)其商用，它需要解決超可靠和低延時兩大問題。

延遲是信號通過網(wǎng)絡傳播所需的時間。這不是數(shù)據(jù)傳輸率的同義詞，盡管兩者有些相關。蜂窩連接情況下的延遲也不是由發(fā)射機的物理距離引起的。

網(wǎng)絡中的延遲通常以毫秒為單位進行測量。對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡服務，與所討論的服務器的距離確實會產(chǎn)生明顯的差異，盡管這種延遲的大部分原因還在于處理長途請求所需的計算機數(shù)量增加。

蜂窩網(wǎng)絡的延遲仍然以毫秒為單位進行測量，這通常是指電話數(shù)據(jù)通過蜂窩塔的通信硬件傳播到網(wǎng)絡所需的時間。4G實現(xiàn)了20ms的延遲，而uRLLC的規(guī)格不到1ms。

結合更穩(wěn)定的網(wǎng)絡可靠性，5G已然成為眾多有趣應用的理想平臺。以自動駕駛汽車為例：使用4G，您最多可以在100毫秒內(nèi)將數(shù)據(jù)包從一輛汽車發(fā)送到另一輛汽車，大約50毫秒來處理數(shù)據(jù)包并發(fā)送到手機信號塔，另外50毫秒將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目標汽車。如果這個信息包正在通往周圍其他車輛的道路上，那么這個延遲太高了。

相比之下，5G NR 將支持直接通信模式 ，使這些車輛能夠在幾毫秒內(nèi)共享信息。工程師可以擴展同樣的原則，以確保工業(yè)環(huán)境中的安全性和增強功能。

總結

總之，5G不僅僅是速度增量的提升；5G代表著網(wǎng)絡基礎設施的大規(guī)模統(tǒng)一和擴展，將在未來幾年內(nèi)連接我們的社會。在接下來的幾年里，對于各區(qū)域5G試點的采用以及小范圍商用，為籌備大規(guī)模的5G部署成為了可能，屆時共睹5G物聯(lián)網(wǎng)將會以何種生態(tài)改變我們的世界，值得滿懷期待。