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无线通信
2022/12/5 15:39

5G,不止是比4G多1G

上海兆越通讯  

啊.......5G,你比4G多1G...........

5G是第五代移动通信技术,在5G之前还有1G到4G。

目前大部分人对于5G的认知,大多还是停留在“快”的层面。好歹是第5代通信技术,比前面几代要快那是肯定的。

1G时代只能使用大哥大打电话,而且使用的是模拟FM调频通信,上下行采用不同的射频频率,不同用户分配不同频率。通信机理类似于无绳电话,其抗干扰能力差、系统容量小、价格昂贵、保密性差、安全性几乎无保障。但主要是实现了0的突破,从无到有实现了边移动边打电话。

1G到2G的升级,主要就是关闭模拟信号网,启用数字基站,实现数字化通信,这也具备里程碑意义。数字化的好处就是除了承载基础语音业务外,还可以实现文本短信彩信GPRS上网等综合业务,只不过2G技术相对依然落后,还是存在着带宽低、用户容量小的问题。9.6Kbit/秒的上网速度虽然不快,但保密性和安全性已经有了极大提升。

随着基带通信芯片的升级换代以及射频芯片的发展,更快的基础网络与更先进的射频技术产生后,3G与4G时代先后来临,这里并没有严格意义上的里程碑。从技术层面上来说,速度更快、用户容量更多这是必然。从应用层面来说,3G与4G带动了大量的移动应用,让我们的生活方式发生了极大的改变。夸张点讲,没有了移动互联网,很多人可能无法生存。

我们主要说5G,5G作为目前最先进的移动通信技术,距离上一代4G技术也已经有10余年之久了,在这10年时间里,一定也会积累大量的创新之处。

快是肯定的,也是大家最直观感受的,从4G的下载速度最大可以到百Mb级别,而5G的10Gb级别,差距还是非常明显。而且5G还有另外的优点,主要:大容量、低延时、网络切片等等。

先说速度,我们目前能接触到的5G,还仅限于SUB-6GHz频段,也就是低于6GHz的无线频段,在速度上已经可以超越目前已知的大部分民用无线通信了。

无线带宽的提高,主要有三种手段:一是提高频谱范围,二是提高频谱复用率,三是提高传输效率降低误码率。上述三种方法在5G技术里面都是做了大量改进的。因为第二、三种方法解释起来需要用到大量的概念及公式,这里暂不介绍,先介绍第一种:提高频谱范围,提高到什么程度呢?就是毫米波

简单来说,基础频率越快,载波能力就越强,可携带信息量就越大。5G即将推出的毫米波频段(举个例子,我们目前使用的2.4GHz频率,其波长约是12.3cm),至少可以达到SUB-6GHz频段的10倍速率。目前毫米波技术各大厂家都已经具备,而且也在紧锣密鼓的测试当中,高通的毫米波组网测试中,已经达到了8.3Gbps的实际速率。

5G的第二优势在于其超大的用户容量,学名叫“mMTC”,意思是海量机器类通信。看名称基本就可以理解其目的,就是为了万物互联做准备,应用场景超级多,只要你能想到的,都可以纳入进来。根据规划,5G的mMTC场景应用的建议标准是100万台设备/平方公里。

能支持这么多的设备连接,根本上还是要依靠5G体系超大的总带宽与更快的通信处理与接入速度。

5G的低延时是5G网络的另一大优势,这个主要是取决于射频物理特性,因为5G使用的是新空口标准(New Radio,简称NR),在数据编码方式上优于传统方式,而在传输频率上大于传统方式,延时自然会降低很多。在理想情况下,5G端到端的网络延时可以做到1ms,而4G的最理想端到端延时约为10ms,整整差了10倍。

在5G的另一个场景定义uRLLC高可靠低时延通信,主要面对的场景就是需要低延时的场景,如:智能制造、远程操作、车联网控制等等,控制效果据说可以媲美有线连接。这对于不方便拉有线网络的应用场景简直是太具有诱惑力了。

前面说这么多,只是阐明了5G的基础特征,看起来也确实比前面几G的体系要强很多,但这些终究不具备里程碑意义,那么5G网络的里程碑意义是怎么体现呢?

没错,就是网络切片。

网络切片,是一个形象的表达,大家都听说过网络切片,但大部分人也就是凑个热闹,对于切片的理解,不会比看人家拿刀卖切糕强多少。

在5G以前的时代,我们使用移动网络简单粗暴,10元/1G流量,买多少用多少,用完再买1G,实在不行搞个流量包,每月50G,够用了吧。闲时流畅,人多时卡,这是常态。碰上黄金周,在旅游景区人多的时候,卡到连微信付款都困难,移动公司临时增调应急通信车也徒劳。在这种情况下,要想保障你的某项业务正常通信,几乎是不可能的。

5G的三大应用场景:eMBB增强移动宽带、mMTC海量物联网通信、uRLLC超高可靠性与超低时延业务,这三类业务,是可以花钱订购的。也就是说,真正的5G时代,使用移动通信业务,是可以根据你的实际需求来做特殊化服务的。假如你需要超低延时通信,那么在你购买流量包的时候,顺便加钱购买一个uRLLC切片,那么收了钱的运营商会保障你在任何时间、任何地点都可以享受低延时服务。

这些服务的基础,实际上还是我们熟悉的传统网络控制方法,比如VLAN、优先级控制等基础方法,用于保障你的数据有专用通道。

那么有人就会说了,这些方法在现有的4G网络中也可以实现啊,怎么就是5G的专属功能了?

别忘了,我们说的是移动通信,4G与4G以前的网络,使用的承载网络都是确定性的网络,交换设备也是确定性的设备,一旦配置好,就会十年如一日工作。理论上可以实现做一个专属通道给到某个终端,但是如果这个终端漫游到下一个终端的时候,这条专属通道就算是失效了,除非有人再去更新配置,但这在实际应用中是不可能发生的。

5G除了空口更新外,另一个关键点是承载网络的更新,5G网络需要使用SDN网络(即软件定义网络),好处在于是网内交换设备可以随时根据中央控制器的指令变更配置,即时生效。

这样就可以理解为什么5G可以实现网络切片,因为在你从一个基站漫游到另一个基站的时候,运营商的网络控制器会马上反应,将你已经购买的切片配置下发到另一个基站沿途的所有设备上,以保证在终端漫游时,切片服务始终能给你保障。

比如在无人驾驶过程当中,一定是需要低延时的网络服务,以保障自动驾驶车辆在路面上行驶时的行车安全。

这是5G相对于2/3/4G的根本变革之处,也是现在大家能看到各类五花八门5G应用的基础支撑,4G改变生活,5G改变世界,5G不仅是信息通信技术的一次升级换代,也不仅仅是比4G多1G。

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