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5G即第五代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。在移動通信領(lǐng)域,新的技術(shù)每十年就會出現(xiàn)一代,傳輸速 率也不斷提升。第一代是模擬技術(shù)。第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通信,如GSM、CDMA。第 三代3G技術(shù)以多媒體通信為特征,標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等。第四代 4G技術(shù),標(biāo)志著無線寬帶時代的到來,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實現(xiàn)了從移動互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的拓展。由于5G的到來,未來增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn) 實、在線游戲和云桌面等設(shè)備上的傳輸速率將會得到極速提升。從性能角度來說,5G目標(biāo) 是接近零時延、海量的設(shè)備連接,為用戶提供的體驗也將會更高。
5G網(wǎng)絡(luò)將開啟新的頻帶資源,使用毫米波(26. 5?300GHz)以提升速率。之前的毫米 波僅在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上應(yīng)用;5G網(wǎng)絡(luò)基站是大量小型基站,功耗比現(xiàn)在大型基站低,從 布局上來看,基站的天線規(guī)模大增,形成陣列,從而提升了移動網(wǎng)絡(luò)容量,發(fā)送更多的信息; 5G采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN),第一次真正將智慧云和云端處理 的有價值的信息傳輸?shù)街悄茉O(shè)備端。屆時,手機和計算機的應(yīng)用水平將借力云端獲得更強 大的處理能力,而不再局限于設(shè)備本身的配置。2017年5月在杭州舉辦的國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP專業(yè)會議上,3GPP正式確認(rèn) 5G核心網(wǎng)采用中國移動牽頭并聯(lián)合26家公司提出的SBA架構(gòu)(Service-based architecture,基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))作為統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)。這意味著5G借力云端獲得了更 強大的處理能力,5G網(wǎng)絡(luò)真正走向了開放化、服務(wù)化、軟件化方向,將有利于實現(xiàn)5G與垂 直行業(yè)融合?;诜?wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借鑒IT領(lǐng)域的“微服務(wù)”設(shè)計理念,將網(wǎng)絡(luò)功能定義為 多個相對獨立可被靈活調(diào)用的服務(wù)模塊。以此為基礎(chǔ),運營商可以按照業(yè)務(wù)需求進行靈活 定制組網(wǎng)。
頂層設(shè)計、無線網(wǎng)設(shè)計、核心網(wǎng)設(shè)計等是5G整體系統(tǒng)的設(shè)計,其中頂層設(shè)計和核心網(wǎng) 設(shè)計是系統(tǒng)架構(gòu)的主要進行的標(biāo)準(zhǔn)項目,對5G系統(tǒng)架構(gòu)、功能、接口關(guān)系、流程、漫游、與現(xiàn) 有網(wǎng)絡(luò)共存關(guān)系等進行標(biāo)準(zhǔn)化。
芯片商、通信設(shè)備商以及電信運營商為了搶占5G話語權(quán),都開始布局5G技術(shù)。3GPP 對5G定位是高性能、低延遲與高容量,主要體現(xiàn)在毫米波、小基站、Massive MIM()、全雙工 和波束成形這五大技術(shù)上。
1.毫米波
頻譜資源隨著無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加,其稀缺的問題日漸突出,目前采用的措施是 在狹窄的頻譜上共享有限的帶寬,對用戶的體驗不佳。提高無線傳輸速率方法有增加頻譜 利用率和增加頻譜帶寬兩種方法。5G使用毫米波(26.5?300GHz)增加頻譜帶寬,提升了 速率,其中28GHz頻段其可用頻譜帶寬為1GHz,60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則 為2GHz。5G開啟了新的頻帶資源。之前,毫米波僅用在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上,毫米波最大 的缺點就是穿透力差,為了讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環(huán)境下傳輸采用小基 站解決這一問題。
2.小基站
毫米波具有穿透力差、在空氣中的衰減大、頻率高、波長短、繞射能力差等特點,由于波 長短,其天線尺寸小,這是部署小基站的基礎(chǔ)。未來5G移動通信將采用大量的小型基站來 覆蓋各個角落。小基站的體積小,功耗低,部署密度高。
3.MIMO技術(shù)
5G基站擁有大量采用Massive MIMO技術(shù)的天線。4G基站有十幾根天線,5G基站 可以支持上百根天線,這些天線通過Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列,基站可以 同時發(fā)送和接收更多用戶的信號,從而將移動網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍。MIMO(Multiple- Input Multiple-Output)即多輸入多輸出,這種技術(shù)已經(jīng)在一些4G基站上得到了應(yīng)用。傳 統(tǒng)系統(tǒng)使用時域或頻域為不同用戶之間實現(xiàn)資源共享,Massive MIMO導(dǎo)入了空間域 (spatial domain)的途徑,開啟了無線通信的新方向,在基地臺采用大量的天線并進行同步 處理,同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。
4.波束成形
基于Massive MIMO的天線陣列集成了大量天線,通過給這些天線發(fā)送不同相位的信 號,這些天線發(fā)射的電磁波在空間互相干涉疊加,形成一個空間上較窄的波束,這樣有限的 能量都集中在特定方向上進行傳輸,不僅傳輸距離更遠(yuǎn),而且還避免信號的相互干擾,這種 將無線信號(電磁波)按特定方向傳播的技術(shù)叫作波束成形(beamforming)或波束賦形。波 束成形技術(shù)不僅可以提升頻譜利用率,而且通過多個天線可以發(fā)送更多的信息;還可以通 過信號處理算法來計算出信號的傳輸?shù)淖罴崖窂?,確定移動終端的位置。
5.全雙工技術(shù)