5G比4G究竟有啥好？看完就彻底明确了

宣布时间2024-04-09 18:27

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作者：程弢

泉源：雷锋网

在2015年的MWC上海内外厂商纷纷展示各自在5G上的希望之后，5G就瞬间成为了业界的讨论的焦点，在媒体竭尽溢美之词的同时，芯片商、通讯装备商以及电信运营商无一破例最先倾其所有结构下一代通讯手艺，目的就是抢占话语权。

关于数消耗者而言，5G的价值在于它拥有比4g LTE更快的速率（峰值速率可达几十Gbps），例如你可以在一秒钟内下载一部高清影戏，而4G LTE可能要10分钟。也正是由于这一得天独厚的优势，业界普遍以为5G将在无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域施展主要作用。

和4G相比，5G的提升是全方位的，凭证3GPP的界说，5G具备高性能、低延迟与高容量特征，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这五大手艺上。

毫米波

众所周知，随着毗连到无线网络装备的数目的增添，频谱资源稀缺的问题日渐突出。至少就现在而言，我们还只能在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，这极大的影响了用户的体验。

那么5G提供的几十个Gbps峰值速率怎样实现呢？

众所周知，无线传输增添传输速率一样平常有两种要领，一是增添频谱使用率，二是增添频谱带宽。5G使用毫米波（26.5～300GHz）就是通过第二种要领来提升速率，以28GHz频段为例，其可用频谱带宽抵达了1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz。

在移动通讯的历史上，这是首次开启新的频带资源。在此之前，毫米波只在卫星和雷达系统上被应用，但现在已经有运营商最先使用毫米波在基站之间做测试。

虽然，毫米波最大的弱点就是穿透力差、衰减大，因此要让毫米波频段下的5G通讯在高楼林立的情形下传输并禁止易，而小基站将解决这一问题。

小基站

上文提到毫米波的穿透力差并且在空气中的衰减很大，但由于毫米波的频率很高，波长很短，这就意味着其天线尺寸可以做得很�。馐前才判』镜幕�。

可以预见的是，未来5G移动通讯将不再依赖大型基站的布建架构，大宗的小型基站将成为新的趋势，它可以笼罩大基站无法触及的末梢通讯。

由于体积的大幅缩�。颐巧柚每梢栽�250米左右安排一个小基站，这样排列下来，运营商可以在每个都会中安排数千个小基站以形成麋集网络，每个基站可以从其它基站吸收信号并向任何位置的用户发送数据。虽然，你大可不必担心功耗问题，雷锋网之前曾报道过：小基站不但在规模上要远远小于大基站，功耗上也大大缩小了。

除了通过毫米波广播之外，5G基站还将拥有比现在蜂窝网络基站多得多的天线，也就是Massive MIMO手艺。

Massive MIMO

现有的4G基站只有十几根天线，但5G基站可以支持上百根天线，这些天线可以通过Massive MIMO手艺形成大规模天线阵列，这就意味着基站可以同时从更多用户发送和吸收信号，从而将移动网络的容量提升数十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的意思是多输入多输出，现实上这种手艺已经在一些4G基站上获得了应用。但到现在为止，Massive MIMO仅在实验室和几个现场试验中举行了测试。

隆德大学教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO开启了无线通讯的新偏向——当古板系统使用时域或频域为差别用户之间实现资源共享时，Massive MIMO则导入了空间域(spatial domain)的途径，其方法是在基地台接纳大宗的天线以及为其举行同步处置惩罚，云云则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。”

毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否实现商用的要害手艺，可是多天线也势必会带来更多的滋扰，而波束成形就是解决这一问题的要害。

波束成形

Massive MIMO的主要挑战是镌汰滋扰，但正是由于Massive MIMO手艺每个天线阵列集成磷泣多的天线，若是能有用地控制这些天线，让它发出的每个电磁波的空间相互抵消或者增强，就可以形成一个很窄的波束，而不是全向发射，有限的能量都集中在特定偏向上举行传输，不但传输距离更远了，并且还阻止了信号的滋扰，这种将无线信号（电磁波）按特定偏向撒播的手艺叫做波束成形(beamforming)。

这一手艺的优势不但云云，它可以提升频谱使用率，通过这一手艺我们可以同时从多个天线发送更多信息；在大规模天线基站，我们甚至可以通过信号处置惩罚算法来盘算出信号的传输的最佳路径，并且最终移动终端的位置。因此，波束成形可以解决毫米波信号被障碍物阻挡以及远距离衰减的问题。

除此之外，雷锋网(公众号：雷锋网)最后要提到5G的另一大特色——全双工手艺。

全双工

全双工手艺是指装备的发射机和吸收机占用相同的频率资源同时举行事情，使得通讯两头在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式，这是通讯节点实现双向通讯的要害之一，也是5G所需的高吞吐量和低延迟的要害手艺。

在统一信道上同时吸收和发送，这无疑大大提升了频谱效率。可是5G要使用这一倾覆性手艺也面临着不小的挑战，凭证《移动通讯》之前宣布的资料显示，主要有一下三大挑战：

1.电路板件设计，自滋扰消除电路需知足宽频（大于100MHZ）和多MIMO（多于32天线）的条件，且要求尺寸小、功耗低以及本钱不可太高。

2.物理层、MAC层的优化设计问题，好比编码、调制、同步、检测、侦听、冲突阻止、ACK等，尤其是针对MIMO的物理层优化。

3.对全双工和半双工之间动态切换的控制面优化，以及对现有帧结构和控制信令的优化问题。

因此，雷锋网想说的是，只管5G的势头远远凌驾了之前的4G，但5G的未来仍充满了不确定性，现在我们需要期待的是这些手艺从实验阶段走向适用。

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