5G 时代悄悄来临, 甚至成为街头巷尾都在讨论的话题. 相信你一定有过一些疑问: 什么是 5G? 仅仅只是网速更快吗? 5G 如何做到毫秒级的延迟? 网络切片是什么? 5G 的标准之争是怎么回事, 在争什么? 看完本文, 相信你对 5G 能有基本的了解.
摩尔定律相信大家可能都会比较熟悉, 但是通信领域的香农定理就没那么普及了. 记得在研究生的一门课程《信息论》中严格推导过这个公式, 这个定理的公式指明了与通信速率相关的要素, 极限值在哪里.
在有随机热噪声的信道上传输数据信号时, 信道容量 Rmax 与信道带宽 W, 信噪比 S/N 关系为: Rmax=W*log2(1+S/N). 注意这里的 log2 是以 2 为底的对数.
上面的公式简单来说, 就是如果想要提升信道容量, 可以通过增大带宽, 或者提升信噪比的方式. 增大带宽比较容易理解, 但是频谱资源本身有限, 不可能无限分配. 即使可以无限分配, 还有一个关键因子信噪比也会限制. 提升信噪比, 可以有很多种方法, 可以通过增大发射功率来搞定, 但国家对于基站发射功率是有严格限制的, 不能无限制的增加, 就算可以, 对于器件等也有很高的要求, 高频的放大不是一件简单的事, 另外可以通过改善信源编码, 信道编码来改善.
关于 5G 的一些相关技术, 整理了一张脑图, 希望能让大家更系统性的了解 5G 技术. 大家可以对照着来看, 如果本文讲的不是很清楚的地方, 可以根据关键词自己网上搜索一下. 5G 的关键技术比较多, 因此将这些技术与三大场景相结合着来看, 每项技术都是为了去解一些实际场景中的问题发展出来的, 可能会更便于理解.
1. 5G 的标准化
1.1 KPI
★ 峰值速率达到 20Gbps
没有规定用多大带宽, 可以使用 32 载波聚合来满足, 这个速率是基站的峰值速率, 并非单个用户的速率, 这个速率是属于一个基站覆盖范围内的用户共享的.
★ 用户体验数据率 (城区) 达到 100Mbps
标准中还有针对更细分区域的用户体验速率的要求描述, 比如在我们比较关心的演唱会高密集人员区域的速率要求, 5G 里面关于 Broadband access in a crowd 的描述是, 整体用户密度是 50 万 / km2, 活动因子是 30% 时, 需满足用户体验速率下行 25Mbps, 上行 50Mbps, 区域容量下行[3,75]Tbps/km2, 上行速率[7,5]Tbps/km2.
★ 频谱效率比 IMT-A 提升 3~5 倍
1)IMT-A 是国际电信联盟 (ITU) 制定的 4G 移动通信标准规范. 4G 的频谱效率可以这么来看, 4G 的愿景是在 20MHz 上实现 100Mbps 的速率, 所以 4G 的频谱效率一般可以认为是 5bps/Hz.
2)按照 KPI,5G 里面频谱效率提升还是很明显的, 而且频谱效率提升来指导技术的提升会更直接, 因为根据香农公式, 提升速率可以使用增加带宽, 而这在很多时候是很容易做的, 但问题是频谱是稀缺资源, 只能在一定程度上增加供给. 按照这个 3~5 倍于 4G 的频谱效率, 5G 在 100MHz 上理论上应该提供 1.5Gbps~2.5Gbps 的速率. 去年 5 月 9 日贵州联通首个 5G 基站开通, 在外场环境下, 100MHz 宽带下单台终端测试的 5G 网络峰值下行速率达到了 1.8Gbps.
★ 移动性达 500 公里 / 时
这个问题在 4G 时代其实解得不太好, 在高铁上网络时断时续. 500km/h 的速率会产生比较严重的多普勒效应, 对于帧格式处理等都会有一些挑战. 另外极快的速度可能会产生频繁的越区切换, 这对数据链路的稳定性也提出了一些挑战.
★ 时延达到 1 毫秒
TDD 可能不满足.
★ 连接密度每平方公里达到 100 万个
物联网遍地开花, 这个指标确实看起来很给力, 但事实上 5G 里物联网标准 mMTC 是推进的相对缓慢的, 原因可能是爆发性的产品还没有出现, 目前的 NB-IoT 还没有达到饱和, 推动的动力不足, 虽然大家都认可物联网的重要意义, 但可能还需要耐心的等待一段时间.
★能效比 IMT-A 提升 100 倍
基站越建越多, 运营商电费也越花越多, 降低能耗, 绿色环保.
★ 流量密度每平方米达到 1Mbps.
需要更多带宽和其他新技术共同满足.
1.2 标准化
负责标准化制定的是 3gpp 组织, 官网网址在这 https://www.3gpp.org/, 有关标准化进程, 可以去这个官网了解. 5G NR 物理层协议下载地址: http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/, 如果想了解协议细节技术, 可以下载协议文档查看.
3GPP TS 38.201V15.0.0 (2017-12)中概述了 NR 物理层协议的主要内容. 物理层包含一个概述文档 TS 38.201, 六个协议文档: TS 38.202 TS38.211 TS38.212TS38.213 TS38.214 和 TS38.215.
来源: http://www.tuicool.com/articles/IRbmayI