2017 年, 5G 技术的应用已经被大众所知, 例如自动驾驶个人 AI 助手远程医疗等, 都将因为 5G 技术的突破而实现, 到底 5G 与 4G 技术的差异在哪里呢?
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2017 年, 5G 技术的应用已经被大众所知, 例如自动驾驶个人 AI 助手远程医疗等, 都将因为 5G 技术的突破而实现, 到底 5G 与 4G 技术的差异在哪里呢? 这就得从有线无线传输开始说起
顾名思义, 有线传输代表透过实体介质传送数据, 而无线传输则是透过电磁波传送讯号到基地台, 接着转往电信系统商的机房传输以有线传输来说, 目前单条光纤最高速度已经能达到 26Tbps, 几乎是传统网速的上万倍之快, 因此, 当前世界各国苦心钻研的, 是打破无线传输的速度限制
除了常见的电磁波传送外, 近年窜红的还有光波传输 Li-Fi(Light Fidelity), 是相当于 Wi-Fi 的可见光无线通信 (VLC) 技术, 能利用发光二极管 (LED) 灯泡的光波传输数据, 除能提供照明与无线联网, 还可避免产生电磁干扰
图 1 : 整合物联网的全新网络
然而在无线传输技术的研发主流上, 仍是以电磁波传输为主, 其中的频率范围扮演了重要角色, 它的公式原理也很简单频率越低(如特低频 VLF,3-30KHz), 速度越慢, 同时它的波长也就越长(长波, 1,000Km-100Km), 传输范围更广, 目前主要的应用为远程离通信
反之亦然, 频率越高(至高频 EHF,30-300GHz), 速度越快, 波长越短(毫米波, 10mm-1mm), 传播范围也就越短
而目前的第五代移动通讯系统 (5G) 标准, 虽然预计将于 2018 年中订出, 但下一代移动网络联盟 (Next Generation Mobile Networks Alliance) 则早先定义了 5G 网络的要求: 以 10Mbps 的数据传输速率支持数万用户; 以 1Gbps 的数据传输速率同时提供给在同一楼办公的许多人员等等规定; 支持数十万的并发连接以用于支持大规模传感器网络的部署等成为各大电信系统商欲达成的目标
5G 厉害在哪里?
图 2 : 5G 特点示意图(Source:IEEE Computer Society)
5G 并不是简单提升速度就好, 它还得包含许多特性: 包括毫米波 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)波束赋形 D2D 等所谓的毫米波, 也就是前述所提到的高频, 然而为什么我们过去不使用速度更快的高频呢? 是因为高频过去多半运用于军事上, 另外则是有成本的考虑
成本的考虑又是什么? 假使电磁波的频率越高, 波长就越长, 连带地它的绕射能力也就越差, 就如同卫星通讯及 GPS 导航一样, 对于传输方向有一定要求, 因此, 电信系统商就得兴建更多的基地站来传递讯号, 成本也就跟着水涨船高举例来说, 原本一个 4G 的基地台就能覆盖的范围, 5G 基地台就得装设 6-8 个基地台才够用
为了解决这项问题, 多数电信商会使用微型基地台(Microcell), 来取代过往的大基地台, 成本也能跟着下降, 这时也会引发一些疑虑, 如果架设了这么多的基地台, 会不会造成更多的辐射污染呢?
这可以用一种简单的模拟来说明: 在一间房间里, 用一个大功率的暖炉好, 还是数个小功率的暖炉好呢? 答案当然是后者, 因为后者的覆盖良好, 热能不会集中于某区域散播, 而是相对分散, 并且速度快, 功率影响也更小
而 MIMO 又是什么呢? 答案是装设更多的天线为什么智能手机内能容纳更多支天线呢? 是因为当频率越高时, 波长短, 天线也就跟着缩短过去的大哥大多有一只长长的天线, 而今日却已经不常见了, 并不是因为它们不再被需要, 而是缩小嵌入整只手机里头去了
而 5G 时代使用的毫米波, 天线也能再度缩小因此, 除了可以将更多的天线塞入手机外, 微型基地台内也能放入更多的天线, 接收与发送讯号的窗口越多, 处理速度也能大幅增加, 达到所谓的多进多出
控制电磁波的传输方向
再来是具备高技术门坎的波束赋形电磁波的传输, 一般是用四散广播的方式传递讯号, 然而我们通常只需要将讯号朝着某方向传递即可, 多数的电磁波能量都被大幅浪费
而波束赋形则是可以控制射频讯号, 使得基地台站上的电磁波, 能对准它提供服务的对象(智能手机), 并随之改变方向透过此项精准传递讯号的服务, 可以大大提升基地站的服务数量
图 3 : 多天线 MIMO 示意图(Source:Rick Janse Kok MBA)
最后一项 5G 特性 D2D(Device to Device), 则代表当日后使用 5G 技术时, 不再需要透过基地台来转送讯号, 即可让邻近的两台无线装置能够建立直接联机 (Device-to-Device Link) 来进行通讯, 大幅度地降低基地站的使用资源
5G 在生活中实现
而在什么时候才能够看到 5G 实现在日常生活中呢? 目前已经有部分 5G 技术开始进行测试, 例如美国 AT&T 和 Verizon 正测试家庭和企业的 5G 宽带固网; 而韩国的电信商则希望趁着 2018 年平昌冬季奥运会时, 能够提前让 5G 网络到位; 世界各地的电信商则预估将在 2020 年开始提供 5G 的移动服务
2017 年 11 月, 美国电信商 Verizon 也宣布在 2018 下半年将在加州推出业界第一个商用 5G 固定无线接入宽带网络服务, 并在年底前扩张市场此外, Verizon 宣布将和瑞典电信设备制造商 EriCSSon 合作, Ericsson 将成为 2018 年商用固定无线接入 5G 服务的网络设备供货商
目前各家电信商正在进行多种模型的测试校正, 包含网络的建立方式以及使用的电磁波频段, 可预见的是, 5G 将是新一波的战场, 胜出的技术和方案将成为业界标准, 也能在新世代中取得领导地位
来源: http://network.51cto.com/art/201803/568731.htm