*五代移動通信技術(shù)

時間：2021-11-25作者：深圳市沃肯達科技有限公司瀏覽：239

基本概念

5g-*五代移動通信技術(shù)

5g-*五代移動通信技術(shù)

*五代移動電話行動通信標準，也稱*五代移動通信技術(shù)，外語縮寫：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，網(wǎng)速可達5M/S - 6M/S .




諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作，完成加拿大**5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測試。測試中使用了73GHz范圍內(nèi)頻譜，數(shù)據(jù)傳輸速率為加拿大現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的6倍。鑒于兩者的合作，外界分析加拿大很有可能將在5年內(nèi)啟動5G網(wǎng)絡(luò)的全面部署。




由于物聯(lián)網(wǎng)尤其是互聯(lián)網(wǎng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其對網(wǎng)絡(luò)速度有著較高的要求，這無疑成為推動5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。因此無論是加拿大**還是**各地，均在大力推進5G網(wǎng)絡(luò)，以迎接下一波科技浪潮。不過，從目前情況來看5G網(wǎng)絡(luò)離商用預(yù)計還需4到5年時間。




折疊編輯本段發(fā)展狀況

2013年2月，歐盟宣布，將撥款5000萬歐元。加快5G移動技術(shù)的發(fā)展，計劃到2020年推出成熟的標準。




2013年5月13日，韓國三星電子有限公司宣布，已成功開發(fā)*5代移動通信（5G）的**技術(shù)，這一技術(shù)預(yù)計將于2020年開始推向商業(yè)化。該技術(shù)可在28GHz**高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，且較長傳送距離可達2公里。相比之下，當前的*四代長期演進（4GLTE）服務(wù)的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業(yè)界普遍認為是一個技術(shù)難題，而三星電子則利用64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)破解了這一難題。與韓國目前4G技術(shù)的傳送速度相比，5G技術(shù)預(yù)計可提供比4G長期演進（LTE）快100倍的速度。利用這一技術(shù)，下載一部高畫質(zhì)（HD）電影只需十秒鐘。




早在2009年，華為就已經(jīng)展開了相關(guān)技術(shù)的早期研究，并在之后的幾年里向外界展示了5G原型機基站。華為在2013年11月6日宣布將在2018年前投資6億美元對5G的技術(shù)進行研發(fā)與創(chuàng)新，并預(yù)言在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G移動網(wǎng)絡(luò)。




2014年5月8日，日本電信營運商 NTT DoCoMo 正式宣布將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作，開始測試凌駕現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò) 1000 倍網(wǎng)絡(luò)承載能力的高速 5G 網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可望提升至 10Gbps。預(yù)計在2015年展開戶外測試，并期望于 2020 年開始運作。




2015年3月1日，英國《每日郵報》報道，英國已成功研制5G網(wǎng)絡(luò)，并進行100米內(nèi)的傳送數(shù)據(jù)測試，每秒數(shù)據(jù)傳輸高達125GB，是4G網(wǎng)絡(luò)的6.5萬倍，理論上1秒鐘可下載30部電影，并稱于2018年投入公眾測試，2020年正式投入商用。




2015年3月3日，歐盟數(shù)字經(jīng)濟和社會委員古澤·奧廷格正式公布了歐盟的5G公司合作愿景，力求確保歐洲在下一代移動技術(shù)**標準中的話語權(quán)。奧廷格表示，5G公私合作愿景不僅涉及光纖、無線甚至衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相互整合，還將利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN ）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、移動邊緣計算（MEC）和霧計算(Fog Computing)等技術(shù)。在頻譜領(lǐng)域，歐盟的5G公私合作愿景還將劃定數(shù)百兆赫用于提升網(wǎng)絡(luò)性能，60 GHz及較高頻率的頻段也將被納入考慮。




歐盟的5G網(wǎng)絡(luò)將在2020年~2025年之間投入運營。







2015年9月7日，美國移動運營商Verizon無線公司宣布，將從2016年開始試用5G網(wǎng)絡(luò)，2017年在美國部分城市全面商用。




我國5G技術(shù)研發(fā)試驗將在2016-2018年進行，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗、5G技術(shù)方案驗證和5G系統(tǒng)驗證三個階段實施。




2016年3月，工信部副部長陳肇雄表示：5G是新一代移動通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，是未來新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進一步提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗，同時還將滿足未來萬物互聯(lián)的應(yīng)用需求。




2017年2月9日，**通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。[8]




2017年7月6日，中國移動5G北京試驗網(wǎng)啟動會召開，會議標志著由大唐電信集團建設(shè)的5G北京試驗網(wǎng)正式啟動。2017年在北京、上海、廣州、蘇州、寧波5個城市啟動5G試驗，驗證3.5GHz組網(wǎng)關(guān)鍵性能，以2020年商用為目標，為5G時代的**做出貢獻。[10]




折疊編輯本段五大技術(shù)

和4G相比，5G的提升是*的，按照3GPP的定義，5G具備高性能、低延遲與高容量特性，而這些優(yōu)點主要體現(xiàn)在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術(shù)上。[9]




折疊毫米波

眾所周知，隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加，頻譜資源**的問題日漸**。至少就現(xiàn)在而言，我們還只能在較其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這較大的影響了用戶的體驗。




那么5G提供的幾十個Gbps峰值速度如何實現(xiàn)呢?




眾所周知，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波(26.5～300GHz)就是通過*二種方法來提升速率，以28GHz頻段為例，其可用頻譜帶寬達到了1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則為2GHz。




在移動通信的歷史上，這是**開啟新的頻帶資源。在此之前，毫米波只在衛(wèi)星和雷達系統(tǒng)上被應(yīng)用，但現(xiàn)在已經(jīng)有運營商開始使用毫米波在基站之間做測試。




當然，毫米波較大的缺點就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環(huán)境下傳輸并不容易，而小基站將解決這一問題。




折疊小基站

上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大，但因為毫米波的頻率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎(chǔ)。




可以預(yù)見的是，未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。




因為體積的大幅縮小，我們設(shè)置可以在250米左右部署一個小基站，這樣排列下來，運營商可以在每個城市中部署數(shù)千個小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò)，每個基站可以從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。當然，你大可不必擔(dān)心功耗問題，雷鋒網(wǎng)之前曾報道過：小基站不僅在規(guī)模上要遠遠小于大基站，功耗上也大大縮小了。




除了通過毫米波廣播之外，5G基站還將擁有比現(xiàn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站多得多的天線，也就是Massive MIMO技術(shù)。




折疊MassiveMIMO

現(xiàn)有的4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，這就意味著基站可以同時從更多用戶發(fā)送和接收信號，從而將移動網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍倍或較大。




MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多輸入多輸出，實際上這種技術(shù)已經(jīng)在一些4G基站上得到了應(yīng)用。但到目前為止，Massive MIMO僅在實驗室和幾個現(xiàn)場試驗中進行了測試。




隆德大學(xué)教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時域或頻域為不同用戶之間實現(xiàn)資源共享時，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進行同步處理，如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面**幾十倍的增益?！?/p>




毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否實現(xiàn)商用的關(guān)鍵技術(shù)，但是多天線也勢必會帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關(guān)鍵。




折疊波束成形

Massive MIMO的主要挑戰(zhàn)是減少干擾，但正是因為Massive MIMO技術(shù)每個天線陣列集成了更多的天線，如果能有效地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強，就可以形成一個很窄的波束，而不是全向**，有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸，不僅傳輸距離較遠了，而且還避免了信號的干擾，這種將無線信號(電磁波)按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形(beamforming)。




這一技術(shù)的優(yōu)勢不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過這一技術(shù)我們可以同時從多個天線發(fā)送更多信息;在大規(guī)模天線基站，我們甚至可以通過信號處理算法來計算出信號的傳輸?shù)妮^佳路徑，并且較終移動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠距離衰減的問題。




除此之外,筆者最后要提到5G的另一大特色——全雙工技術(shù)。




折疊全雙工

全雙工技術(shù)是指設(shè)備的**機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率，突破了現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式，這是通信節(jié)點實現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)。




在同一信道上同時接收和發(fā)送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一顛覆性技術(shù)也面臨著不小的挑戰(zhàn)，根據(jù)《移動通信》之前發(fā)布的資料顯示，主要有一下三大挑戰(zhàn)：




1.電路板件設(shè)計，自干擾消除電路需滿足寬頻(大于100MHZ)和多MIMO(多于32天線)的條件，且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。




2.物理層、MAC層的優(yōu)化設(shè)計問題，比如編碼、調(diào)制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的物理層優(yōu)化。




3.對全雙工和半雙工之間動態(tài)切換的控制面優(yōu)化，以及對現(xiàn)有幀結(jié)構(gòu)和控制信令的優(yōu)化問題。


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