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5G即第五代移动通信标准。在移动通信领域,新的技术每十年就会出现一代,传输速 率也不断提升。第一代是模拟技术。第二代实现了数字化语音通信,如GSM、CDMA。第 三代3G技术以多媒体通信为特征,标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等。第四代 4G技术,标志着无线宽带时代的到来,其通信速率也得到了大大提升。5G是新一代信息通 信方向,5G实现了从移动互联网向物联网的拓展。由于5G的到来,未来增强现实、虚拟现 实、在线游戏和云桌面等设备上的传输速率将会得到极速提升。从性能角度来说,5G目标 是接近零时延、海量的设备连接,为用户提供的体验也将会更高。
5G网络将开启新的频带资源,使用毫米波(26. 5?300GHz)以提升速率。之前的毫米 波仅在卫星和雷达系统上应用;5G网络基站是大量小型基站,功耗比现在大型基站低,从 布局上来看,基站的天线规模大增,形成阵列,从而提升了移动网络容量,发送更多的信息; 5G采用网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN),第一次真正将智慧云和云端处理 的有价值的信息传输到智能设备端。届时,手机和计算机的应用水平将借力云端获得更强 大的处理能力,而不再局限于设备本身的配置。2017年5月在杭州举办的国际移动通信标准组织3GPP专业会议上,3GPP正式确认 5G核心网采用中国移动牵头并联合26家公司提出的SBA架构(Service-based architecture,基于服务的网络架构)作为统一的基础架构。这意味着5G借力云端获得了更 强大的处理能力,5G网络真正走向了开放化、服务化、软件化方向,将有利于实现5G与垂 直行业融合。基于服务的网络架构借鉴IT领域的“微服务”设计理念,将网络功能定义为 多个相对独立可被灵活调用的服务模块。以此为基础,运营商可以按照业务需求进行灵活 定制组网。
顶层设计、无线网设计、核心网设计等是5G整体系统的设计,其中顶层设计和核心网 设计是系统架构的主要进行的标准项目,对5G系统架构、功能、接口关系、流程、漫游、与现 有网络共存关系等进行标准化。
芯片商、通信设备商以及电信运营商为了抢占5G话语权,都开始布局5G技术。3GPP 对5G定位是高性能、低延迟与高容量,主要体现在毫米波、小基站、Massive MIM()、全双工 和波束成形这五大技术上。
1.毫米波
频谱资源随着无线网络设备的数量的增加,其稀缺的问题日渐突出,目前采用的措施是 在狭窄的频谱上共享有限的带宽,对用户的体验不佳。提高无线传输速率方法有增加频谱 利用率和增加频谱带宽两种方法。5G使用毫米波(26.5?300GHz)增加频谱带宽,提升了 速率,其中28GHz频段其可用频谱带宽为1GHz,60GHz频段每个信道的可用信号带宽则 为2GHz。5G开启了新的频带资源。之前,毫米波仅用在卫星和雷达系统上,毫米波最大 的缺点就是穿透力差,为了让毫米波频段下的5G通信在高楼林立的环境下传输采用小基 站解决这一问题。
2.小基站
毫米波具有穿透力差、在空气中的衰减大、频率高、波长短、绕射能力差等特点,由于波 长短,其天线尺寸小,这是部署小基站的基础。未来5G移动通信将采用大量的小型基站来 覆盖各个角落。小基站的体积小,功耗低,部署密度高。
3.MIMO技术
5G基站拥有大量采用Massive MIMO技术的天线。4G基站有十几根天线,5G基站 可以支持上百根天线,这些天线通过Massive MIMO技术形成大规模天线阵列,基站可以 同时发送和接收更多用户的信号,从而将移动网络的容量提升数十倍。MIMO(Multiple- Input Multiple-Output)即多输入多输出,这种技术已经在一些4G基站上得到了应用。传 统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享,Massive MIMO导入了空间域 (spatial domain)的途径,开启了无线通信的新方向,在基地台采用大量的天线并进行同步 处理,同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。
4.波束成形
基于Massive MIMO的天线阵列集成了大量天线,通过给这些天线发送不同相位的信 号,这些天线发射的电磁波在空间互相干涉叠加,形成一个空间上较窄的波束,这样有限的 能量都集中在特定方向上进行传输,不仅传输距离更远,而且还避免信号的相互干扰,这种 将无线信号(电磁波)按特定方向传播的技术叫作波束成形(beamforming)或波束赋形。波 束成形技术不仅可以提升频谱利用率,而且通过多个天线可以发送更多的信息;还可以通 过信号处理算法来计算出信号的传输的最佳路径,确定移动终端的位置。
5.全双工技术