什么是5G,我们能从中得到什么?

今年,全球首个5G网络开通,向用户承诺了更快的数据传输速度和更低的延迟。此外,5G还为新的工业应用开辟了道路,成为实现“智能城市”的关键因素。5G给我们如今日益技术化的世界提供了更好的网络。

什么是5G?细节决定一切

与4G技术一样,5G是一种不断发展的标准,由第三代合作伙伴计划(3GPP)和国际电信联盟(ITU)规划和创建。国际电联的IMT-2020准备工作和3GPP第15版规范为早期的5G技术和推出奠定了基础。

该规范概述了构建未来网络所需的5G技术。高频mmWave基站、低于6GHz的WiFi中小蜂窝,波束形成以及大规模多输入输出(MIMO)只是一些比较常见的技术。数据编码和基础设施网络切片也有一些重大变化,但是这些变化很少被人们所讨论。与今天的4G LTE网络相比,这些都是新的技术。

5G标准分为两个关键部分 - 非独立(NSA)和新无线(NR)。今天的第一批5G网络将基于NSA,并计划在未来几年内最终过渡到SA,一旦该部分规范最终确定下来。

5G网络是基于多种技术构建的

5G技术解析

最常被谈论的5G技术是mmWave,但运营商也将利用低于6GHz WiFi区域的新频谱、低于1GHz的低频段以及现有的4G LTE频段。目前存在大量未使用的高频谱,称为毫米波。频率越高,可用带宽越多,但该技术比4G LTE中使用的低频率覆盖的范围要短。

总体思路是通过结合所有这些不同频率的优缺点,大大增加可用频谱的数量。将更多频谱与载波聚合相结合(通过多个频谱发送数据),可以为消费者提供更多带宽和更快的速度。

以下是您需要了解的5G关键技术术语:

  • mmWave:17-100GHz之间,拥有极高的带宽。大多数运营商的目标是在18-24GHz范围内使用。此种短程技术将用于人口密集的地区。
  • Sub-6GHz:3-6GHz之间的类似WiFi的频率。可以部署在室内使用的小型蜂窝集线器或更强大的室外基站,就像现有的4G LTE一样,覆盖范围中等。大多数5G频谱都可以在这里找到。
  • 低频段:低于800MHz的极低频率。覆盖范围非常长,提供全方位、地毯式的主干覆盖。
  • 波束形成 - 用于mmWave和低于6GHz的基站,将波形导向消费设备,例如从建筑物反射波。克服高频波形范围和方向限制的关键技术。
  • 大规模MIMO:基站上的多个天线同时为多个终端用户设备提供服务。旨在使高频网络更加高效,并可与波束形成相结合。

尽管许多运营商喜欢吹嘘mmWave技术的先进,但5G网络实际上是一切技术的组合。

可以从无线和TV重新中重新利用的低频段构成了低于2GHz的“coverage layer”。这提供了广域和深度的室内覆盖,并形成了网络的主干。 “Super Data Layer”由被称为mmWave的高频频谱组成,适用于需要极高数据速率或人口覆盖率的区域。“coverage and capacity layer”位于2-6GHz之间,这在两者之间提供了良好的平衡。

简而言之,5G允许消费者连接并利用这一范围广泛的频谱优势,以实现更快、更可靠的覆盖。

5G非独立vs独立

理解5G NSA和SA之间差异的关键在于网络后端。首个基于NSA标准的5G网络使用现有的4G LTE基础设施来处理控制平面。控制平面处理信号流量,管理用户设备如何连接到基站,查看订阅等,数据平面用于发送和接收数据。

从某种意义上说,5G NSA可以被认为只是在现有4G LTE基础设施上附加了一个额外的高速数据管道。采用5G独立(SA)规范可将控制平面转换为5G核心,并标志着网络运行方式发生了更大的变化。

除了引入5G无线技术的控制平面外,SA还支持更灵活的网络切片和子载波编码。

网络切片是一种虚拟网络架构,可以更灵活地将后端网络的各个部分分区、共享和链接。这将使网络运营商能够为其客户提供更灵活的流量、应用和服务。这一理念被视为实现自动驾驶汽车和智能城市等理念的关键。

子载波的变化有点难以解释。其中包含的技术有可扩展OFDM和子载波间隔、窗口OFDM、灵活的数字学和可扩展的传输时间间隔。简而言之,当需要高效率的高吞吐量时,承载数据的帧可以更大、更快。或者,可以使这些帧更小,以便为实时应用实现更低的延迟。

第一个5G网络将基于非独立规范,2021年后将对完全独立规范进行更大的更改。

网络切片已经可以通过4G网络完成,但5G旨在提高灵活性和标准化支持的范围。尚未最终确定的5G独立(SA)规范(3GPP第16版)将披露更多关于后端技术的细节,这些技术将为下一代网络提供动力。

5G对消费者意味着什么?

比“什么是5G”这个问题更重要的是,5G将如何影响消费者。总之,如果你需要速度,5G将帮助你打开新的大门。

IMT-2020 5G无线基站必须为消费者提供至少20Gbps的下载速度和10Gbps的上传速度。由于这是一个共享链接,因此实际速度会降低。该规范规定个人用户的最低下载速度为100Mbps,上传速度为50Mbps,这将成为所有5G网络用户的基线水平。

5G基站的覆盖范围很大,从固定用户到时速高达500公里的车辆都包含在内。第五代网络应该为用户提供仅4ms的最大延迟,同时还包括1ms延迟的超可靠低延迟通信(URLLC)。5G还希望能够同时连接数千个低功耗物联网(IoT)设备,并支持设备到设备(device-to-device, D2D)连接,以实现附近设备之间的低延迟连接。

5G vs 4G - 关键区别

与4G LTE相比,5G网络将更快。最低用户速率从10Mbps增加到100Mbps,增加了10倍。与LTE-Advanced相比,延迟也将从10ms减少到1ms。带宽的大幅增加也意味着5G每平方公里可以处理多达100万台设备,比LTE-A增加了10倍,所有这些都可以提高10倍的网络能效。


如前所述,网络技术的范围也大大增加。LTE在过去几年里经历了许多改进。从引入256QAM和LTE-A载波聚合,到支持通过LAA、LWA和Multefire与LTE-A Pro更广泛地使用未经许可的频谱。这就是为什么今天的4G网络比多年前最初推出时快得多。

5G技术又向前迈进了一步,要求使用256QAM并改进载波聚合技术,以支持更灵活的未授权频谱、低于6GHZ和 mmWave频率的载波波段。下面这张 Arm 公司2016年的图片简明扼要地解释了这种核心差异。

全球5G网络

无论是网络运营商还是设备制造商,全世界都在为5G的推出做准备。与4G LTE网络的采用一样,5G将是一个阶段性的过程,一些国家将远远领先于其他国家。

2019年中期是值得关注的日子,因为5G智能手机和网络都将对第一批消费者开放。但是,在2020年和2021年之前,预计部署不会在全球范围内扩大。即使到2023年,预计也只有50%的消费者将拥有5G智能手机和网络连接。

美国5G首次亮相

美国运营商一直是毫米波技术的最大拥护者。 Verizon已经是第一家通过固定无线接入服务向消费者提供5G 服务的公司,Sprint和T-Mobile紧随其后,计划于2019年中期推出。事实上我们正在等待5G智能手机的到来,以便消费者可以随时随地开始使用这些网络。

然而,AT&T的“5G Evolution”在任何意义上都不是5G网络,它只是当今LTE-Advanced网络的进化。

欧洲的落后

欧洲正落后于美国,欧洲大陆的第一批5G网络预计最早要到2019年底才能开通。尽管更广泛的部署计划要到2020年或更晚。

英国可能会是第一个在主要城市推出5G的国家。 EE计划今年在16个城市推出其服务。与此同时,O2、Vodafone和Three仍有望在2020年推出5G。在欧洲大陆,运营商已经提出了一些计划,但主要参与者Orange、德国电信(Deutsche Telekom)和西班牙电信(Telefonica)只承诺到2020年推出。

造成这种落后的部分原因在于欧洲电信部长们直到2017年底才公布了他们的5G路线图。

跨频谱频段的技术协调计划要到2019年才开始,低频700MHz指配计划于2020年进行,预计在2022年晚些时候才能投入使用。

雄心勃勃的亚洲

在整个5G开发周期中,日本和韩国一直在主导基础设施测试,部署与美国并驾齐驱。

在韩国,主要运营商预计上半年(即使不是2019年第一季度)将进行商用5G部署。预计到2022年,全国范围的部署将完成。在日本,2020年奥运会是5G毫米波在密集城市地区试验的下一个目标,诺基亚和NTT DoCoMo之间的协议将于今年晚些时候开始商业服务。

中国正在迅速成为5G的主要玩家,有望超越其他亚洲竞争对手并在部署时间上与美国展开竞争。中国是华为和中兴等主要电信基础设施公司的所在地,这些公司为全球运营商提供设备。中国还向大陆基础设施投资了1800亿美元,是日本投资的四倍。中国移动正在试用其服务,并计划在2020年全面推出。

那么5G智能手机呢?

目前市场上还没有为5G网络设计的智能手机。除非你算上摩托罗拉Moto Z3的5G Moto Mod。尽管如此,许多智能手机制造商正在谈论2019年推出5G智能手机。其中大部分可能会在今年的年中出现。

目前还没有任何智能手机处理器芯片内置集成的5G调制解调器。相反,手机制造商必须将现有处理器与外部5G调制解调器以及所需的无线天线模块配对。所以我们不应指望第一款5G手机会比4G LTE更强大。事实上,他们可能需要更大的电池来应对额外的5G功耗。

第一款三星5G智能手机很可能是Galaxy S10的升级。预计发布日期为2019年春季。同样,华为预计将在2019年第一季度推出第一款5G手机。OnePlus也将在2019年推出5G手机。当然许多其他主要制造商,包括LG,HTC和Oppo,都已确认将与高通的X50调制解调器合作推出5G手机。

5G频段

与4G一样,网络和智能手机将支持不同的频段的数据传输。除了现有的LTE频段之外,5G New Radio还为即将到来的网络标准化了一些新频段。5G分为两个范围,第一个是400MHz-6GHz之间的频率。另一个是24-53GHz之间的mmWave频带。

原文链接:https://www.androidauthority.com/what-is-5g-explained-944868/


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SDNLAB君 发表于19-01-28
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