小编带你全方位认知5G技术

2020-07-01 07:28:17 inhuawebsite 4

 

当下,几乎人人都在谈论5G,原因在于5G是一场技术革命,将指向社会的重大变革。下面小编给大家科普一下5G技术。

一、 关于从1G5G的速度变化

   从行业实测值来看,从1G5G的速度区别,等同于从静置、徒步、骑自行车、到开汽车、坐火箭的区别。其中,我们看到5G,与从1G4G比起来,速度上起到了一个质的飞跃,动不动每秒都是100Mb级的单位。

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从实验室理论值来看,5G可以达到10Gb每秒,是4G理论值的100倍,实验室理论值的曲线规律特征,与行业实测值的曲线规律特征相比,差异性更大。

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小编带着5G设备在深圳五个地点做了实际场测,从数据值来看,5G4G的实际对比则大约倍率在10~25倍之间,可见实际环境对5G的效果发挥至关重要。

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5G有三大特征,上述体现的是5G的第一特征:高速率。

实例:小编在户外现场用4G版的平板和5G版的平板同时下载8集、每集300MB、合计2.4GB的影视剧来进行对比。当4G还在持续并行下载时,5G已经全部下载完成了,而4G连一集视频都还没下载完成。另外,由于1MB=8Mb,所以5G设备实际也是在半分钟内完成了影视剧下载,实际下载的时间与场测数据推算下载的时间基本一致。

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二、 关于分米波、厘米波、毫米波概念

以下内容有点技术宅的枯燥,但是5G通讯无法回避的原理问题。

因为无线通讯的原理是电磁波的传输,电磁波与光速一致,按公式:光速=波长×频率,即C=λf

我们知道,5G的速度很快,意味着频率很高,所以按公式算,假设频率在28GHz的情况下:波长=光速(300000000m/s)除以频率28GHz,得出波长=10.7毫米的结论,所以会发现5G的一部分信号使用的是毫米波。

 如果频率越低,波长数据就逐渐变大,到了厘米波、乃至分米波的区别。

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目前按3GPP(一个全球性通信技术组织的名字)的定义,目前5G的频率范围分为FR1FR2,也即分为厘米波和毫米波FR就是Frequency Range的意思,即频率范围):

FR1的频率范围是450MHz6GHz,也叫Sub6G(即低于6 GHz);

FR2的频率范围是24GHz52GHz,但严格来说大于30GHz才叫毫米波。

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FR1的优点是频率低,绕射能力强,覆盖效果好,是当前5G的主用频谱。FR1主要作为基础覆盖频段,最大支持100Mbps的带宽。其中低于3GHz的部分,包括了现网在用的2G3G4G的频谱,在建网初期可以利用旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。

  FR2的优点是超大带宽,频谱干净,干扰较小,作为5G后续的扩展频率。FR2主要作为容量补充频段,最大支持400Mbps的带宽,未来很多高速应用都会基于此段频谱实现,5G高达20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大带宽。

到了FR2FR1以下的4G及更低的频率,波长都算分米波。目前中国对5G采用的是厘米波,而厘米波在美国已作为军用,所以只好把毫米波作为民用了。基带芯片及设备天线如要兼容中国市场及美国市场,则对厘米波及毫米波都要支持。


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 虽然同样是5G,毫米波比厘米波的传输速度更快,数据在下图所示相差1倍:

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但因为厘米波比毫米波的波长更长,传输更远,所以在地图上以半径为方圆对比,传输面积则相差不止一倍。这是因为高频信号的指向性也较强,它们遇到障碍物会想直接穿过去,而不是绕过去(绕射能力差),因此其穿透障碍物所带来的能量消耗,也会使传输距离变短。

 

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5G之所以出现在FR1FR2频段,从中国现行的无线频率划分标准上看,因为从800MHz2.4GHz的优质频率区间里,除了三大运营商(移动、联通、电信)各自的2G4G通信频段之外,还塞满了航空导航、无线电定位、固定通信等各种其他无线电频段,所以腾不出足够的带宽给5G使用(如下图)。

 

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  因此,3GPP最终分别从7.1GHz以下的厘米波,和24GHz以上的毫米波选出作为5G频段,使得5G着更大的带宽,能承载更多的流量数据,所以也就提供了更快的网速。 这就是5G高速率的物理原因。

最后从频段、速率、标准及服务对从1G5G做了总结参考:

  


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三、关于5G基站的传输范围

2G基站的覆盖半径约为5~10公里;

    3G基站的覆盖半径约为2~5公里;

4G基站的覆盖半径约为1~3公里;

5G基站的覆盖半径约为100~300米。

以深圳宝安美生慧谷科技园(2万平米)来看,部署5G基站刚好可以满足园区的覆盖,而部署4G基站则可以满足园区所在的宝安33区以上的覆盖。 

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5G覆盖半径比4G短很多,但建设成本又是4G基站的4倍水平,所以建设5G从长远上看是持续的大投入。

但建5G基站可以长这样的:

 

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也可以长这样的:

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5G基站大小不同,发射功率不同,覆盖范围不同,应用场景也不同,但提起发射信号方向区别:4G的发射是圆形扩散发送的,不管周围有没有设备,某种程度上浪费了能量。

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5G的发射,则有点像具有指向性的雷达,准确将信号以特定方向性发射给某个位置的设备,某种程度了集中了能量。

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此外,市面上以往传统的4G产品都采用的内置单根天线,而现在的5G产品则是采用内置多根天线,保证了在高频短波下信号的接收与发射。

目前全世界4G的部署基本成熟(如下红区)


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 5G的时代刚刚来临。

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所以它的应用前景广阔,预计到2027年全球5G将有65%的常用人口。


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三、 关于低延时的概念

低延时是5G的第二大特征,影响网速的有时并不是网络的传输速度,而是网络的应答速度,应答慢了,就延时长了。

4G时代,理论延时为50毫秒。

50毫秒,是1秒的1/20,看似很快,但在高清直播、在VR体验场景,在高清网络游戏上,50毫秒则会有时出现卡滞现象,体验用户体验;在高速的无人驾驶上,50毫秒足矣撞车;在远程医疗手术上,50毫秒则可能造成医疗事故。


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5G时代,理论延时为1毫秒。

没错,1毫秒,就是1秒的1/1000


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这种低延时,再加上多节点特征,则将会大力促使一些新兴行业的发展。


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4G时代刚刚来临时,大家对4G的预测大多仅限于可以看高清视频,但没有预测到像抖音快手这种短视频和直播平台的爆发,也没有预测到像二维码扫描支付的普及、还有电商外卖平台的兴起,4G不仅仅是网速快,而是造就了移动互联网的生态系统,改变了我们们每一个人的生活。

5G时代的来到,相比较4G,下载速度的数十倍、甚至上百翻倍可能是5G最无聊的应用。它的真正价值不是下载,而是它背后一个亿万级的市场体量,一个潜在的庞大的商业生态,“高速率”+“低延时”+“多节点”三大特点决定了它未来催生更多新产品及解决方案,改变行业形态的方方面面,赋能相关产业,提高资源配置与工业效率。

 

四、 关于SA模式和NSA模式


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SANSA5G的两种不同组网方式。

SA指的是独立组网(StandAlone)。当移动终端设备连着专门的5G基站,基站连着专门的5G核心网,从而让设备网上冲浪。然而独立组网意味着必须购买全套5G设备,投入巨大。


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运营商在初期更愿意采用省钱的NSA,即非独立组网(Non-StandAlone)。最简单的办法就是在4G边上再加一个5G基站,通过曲线救国,连上5G,但由于这种架构的核心网也是4G,无法提供足够的带宽、超低延时、互联网等5G新功能。简单来说非独立组网作为过渡方案,在初期会更加普遍。但独立组网才是5G的最终形态。


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从效果上来看,NSA只能实现5G的一部分特性,而SA可以实现5G的全部特性。一般现在5G的产品,都基本上同时支持SANSA两种组网模式,满足不同基站环境要求。

 

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