5G是剛需,還是一場圈錢游戲?

目前,我國4G用戶數已達7.7億。隨著提速降費政策的推進,這一數字還在持續增長,速度也從3G的3.9M提升至4G的11.9M,既然市場一片大好,為何都在鋪天蓋地的宣傳5G?

從手機屏幕分辨率來看,除了索尼的4K以外,其它品牌也都在徘徊在2K或1080P之間,以4G現有速度完全可以支撐,真的需要速度更快的5G嗎?究竟是剛需還是另一場圈錢游戲?

你所知道的是5G速度更快,卻不知作為一個端到端的生態系統,5G志在打造一個全移動和全連接的社會,比起2/3/4G更多聚焦于技術,5G則志在“端到端”的系統構架。不僅如此,5G還將實現電信的軟/硬件分離,并引入IT數據中心所采用的云化和虛擬化的概念。簡而言之,5G將運用各種技術滿足和支持持續變化的生態和商業模式。

5G是什么?老生常談!

先來說說容量。5G的容量是4G的1000倍,峰值速率在10Gbps-20Gbps,根據“容量=帶寬x頻譜效率x小區數量”的計算公式,要提升容量可以加帶寬,提高頻譜效率,或是增加小區數量。但是吧,增加小區數量就要加建更多基站,費用可觀;加頻譜帶寬,國外很多運營商的頻譜資源都要拍賣獲得,也不省錢;因此,相比之下,運營商更喜歡通過提升頻譜效率從而提升容量。

1ms時延。我們說5G的目標是將端到端的時延控制在毫秒級。感覺太抽象?來一組數字:LTE網絡內部時延小于20ms(不考慮重傳,且要是ping外部服務器,時延通常在40-50ms以上),光纖的傳播速度是200公里/ms,而5G在應對時延超敏感用例時要求接入網時延不超過0.5ms,即5G數據中心與5G基站間的物理距離不能超過50公里。

為此,不得不考慮在接入網引入移動邊緣計算、邊緣數據中心,就是將以前核心網和應用網的一些功能下沉到接入網,這與電信網絡一直秉承的中心化概念無疑是背道而馳。但獲得低時延的同時,還可將更多的互聯網內容攬入電信網絡中。時延是一種什么體驗?這么說吧,2s時延足以讓你上網的心情瞬間石化,100ms時延你能感覺到上網偶爾有斷續。

4G夠用,5G又強在哪呢?

對于5G,業界普遍認為它將在無人駕駛汽車、VR 以及物聯網等領域發揮重要作用。與4G相比,5G是全方位的提升,具備高性能、低延遲以及高容量特性。當然,這些優點主要體現在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術上。

如同道路上行駛的車輛多了會導致擁堵一樣,當連網設備數量越來越后,頻譜也會出現資源稀缺問題。目前而言,我們還只能在較狹窄的頻譜上共享有限的帶寬,很大程度的影響了用戶的使用體驗。若要增加無線傳輸速率,要么增加頻譜利用率,要么增加頻譜帶寬,而5G所使用的毫米波(26.5~300GHz)就是通過第二種方法(增加頻譜帶寬)提升速率。以28GHz頻段為例,其可用頻譜帶寬為1GHz,而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則為2GHz。

實際上,一直以來毫米波都只在衛星和雷達系統上做應用,此番也是首次開啟新的頻帶資源,現在已有運營商開始使用毫米波在基站之間進行測試。盡管毫米波穿透力較弱且衰減大,在高樓林立的環境下傳輸并不容易,但小基站卻能解決這一問題。

剛才說到的小基站,每個基站可從附近其它的基站接收信號并向任何位置的用戶發送數據。至于功耗問題,小基站不僅在規模上要遠遠小于大基站,功耗上自然也大大縮小。除了通過毫米波傳輸,5G基站還將擁有比現在蜂窩網絡基站更多的天線,即Massive MIMO技術。

或許你會說多天線會帶來更多干擾,至于這個問題波束成形可以很好的解決,控制天線陣列中的每根天線,讓其發出的每個電磁波的空間互相抵消或增強,形成一個波束而不是全向發射,將有限的能量集中在特定方向上進行傳輸,使得傳輸距離更遠,同時避免了信號干擾。與此同時,波束成形技術還能提升頻譜利用率,可同時從多個天線發送更多信息。

最后再來說說全雙工技術,指設備的發射機和接收機占用相同頻率資源同時進行工作,使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率,打破現有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式,是通信節點實現雙向通信的關鍵之一,也是5G高吞吐量和低延遲的關鍵所在。當然,要實現這一愿景,還需克服電路板件設計、物理層/MAC層優化以及對全雙工和半雙工之間動態切換的控制面優化,和對現有幀結構和控制信令的優化問題。盡管5G還處在規劃和測試階段,但在整個行業的共同努力推進下,實現5G商用指日可待。

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