既然5G網(wǎng)絡(luò)如此重要，今天我們就繼續(xù)科普，大致了解一下5G的工作原理和關(guān)鍵變革。

5G和4G，只是1個G的區(qū)別嗎

快100倍

高端4G網(wǎng)絡(luò)，可稱為4G +，LTE-A或4.5G，可提供300Mbit / s的峰值下載速度。相比之下，5G承諾提供超過1Gb / s（1000Mbit / s）的速度，許多估計接近10Gb / s（10000Mbit / s）。

低延遲

如今我們已經(jīng)通過云利用高端GPU的強(qiáng)大功能享受流暢的視頻游戲流媒體服務(wù)，但是只有當(dāng)5G時代到來的時候，它們才會真正融入生活。

永遠(yuǎn)連接

那么這對WiFi的未來意味著什么呢？5G可能標(biāo)志著傳統(tǒng)WiFi與蜂窩信號連接的結(jié)束，所有設(shè)備均采用5G NR標(biāo)準(zhǔn)。這將是一個真正“永遠(yuǎn)連接”的移動設(shè)備的新時代。你只需要尋求5G，而不是尋找iPad上的WiFi和iPhone的LTE信號。無論在哪里，設(shè)備都將保持連接狀態(tài)。

NR

NR（new radio）代表所有不同運(yùn)營商和服務(wù)提供的“新”網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的普遍性。與早期的4G不同，LTE，WiMAX和HSPA +讓客戶陷入困境，5G將全部按照這種“NR”標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。最終，5G將開啟一系列互聯(lián)網(wǎng)可能性，目前不可能采用當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

波形調(diào)制的不同

5G利用先前難以接近的30至300 GHz之間的高頻毫米波無線電波。由于高昂的成本和嚴(yán)格的政府監(jiān)管，它們被宣傳并以“mmWave”的形式銷售。毫米波的分組更緊密，其容量明顯高于目前使用的標(biāo)準(zhǔn)亞5 GHz無線電波。雖然這些新的網(wǎng)絡(luò)波允許極大的速度增加，但是更高的頻率在對象穿透方面具有更大的難度。因此，2.4 GHz WiFi最適合厚水泥墻的家庭，而5 GHz是在最佳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)峰值速度的理想選擇。

環(huán)境支持

5G基礎(chǔ)設(shè)施將比4G更復(fù)雜。在體育場，商場，劇院等公共場所將需要信號增強(qiáng)器和專門設(shè)計的設(shè)備，你的手機(jī)也需要更換。

它是如何工作的？

當(dāng)你給某人打電話時，你的語音會被手機(jī)轉(zhuǎn)換為電子信號，通過無線電波傳輸?shù)阶罱氖謾C(jī)信號塔。呼叫到達(dá)另一個人的電話之前，它需要通過蜂窩塔網(wǎng)絡(luò)。其他數(shù)據(jù)如照片和視頻的傳輸也是一樣的道理。

無線通信通過射頻頻譜傳播。5G將使用新的更高的無線電頻率，因為它們不那么混亂，并且它們攜帶信息的速度更快。

5G的另一個變化是運(yùn)營商將能夠?qū)⑽锢砭W(wǎng)絡(luò)“切片”為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)：他們將能夠根據(jù)其使用方式提供正確的網(wǎng)絡(luò)片段，從而更好地管理其網(wǎng)絡(luò)。

5G最初使用的是超高頻頻譜，它具有更短的射程但更高的容量，可以為在線訪問提供大量的管道。

但考慮到距離和干擾問題，運(yùn)營商開始探索低頻頻譜（這是目前使用的類型）以幫助5G穿越更遠(yuǎn)的距離以及通過墻壁和其他障礙物。

在接收端，你需要一部支持5G功能的手機(jī)才能連接到5G，因為它需要一組尚未提供的特定天線。

5G最大的新意：毫米波

什么是毫米波？這會是5G實現(xiàn)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵所在嗎？答案是肯定的。

毫米波，是指波長在1～10毫米的電磁波，其頻率大約在30GHz~300GHz之間。它位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，因而兼具兩種波普的特點(diǎn)。

理論上講，毫米波是光波向低頻的發(fā)展與微波向高頻的延伸。

從通信原理來看，無線通信最大信號帶寬約在載波頻率的5%左右，也就是說，載波頻率越高，其可實現(xiàn)的信號帶寬也就越大。

在毫米波頻段中，28GHz與60GHz是最有望應(yīng)用在5G通信的兩個頻段。其中，28GHz的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，60GHz每個信道的可用信號帶寬則可達(dá)2GHz。

所有蜂窩網(wǎng)絡(luò)都使用無線電波來通過空中傳輸數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)使用較低頻段（如700兆赫茲）的頻譜。

通常，頻段或頻率越高，可以達(dá)到的速度越高。然而，更高頻率會導(dǎo)致更短的范圍。毫米波范圍介于24千兆赫和100千兆赫之間，然而它有著一些明顯的限制，比如傳播損耗太大，覆蓋范圍太小等。

克服傳播損耗、提高覆蓋范圍就意味著大把的金錢投入，因此在很長一段歷史時期，毫米波段屬于非常不實用不經(jīng)濟(jì)的蠻荒之地。

在材料方面，幾乎沒有電子元件或設(shè)備能夠發(fā)送或者接收毫米波，生產(chǎn)能工作于毫米波頻段的亞微米尺寸的集成電路元件也一直是很大的挑戰(zhàn)。

然而，隨著移動通信的飛速發(fā)展，30GHz之內(nèi)的頻率資源幾乎被用完了。各國政府和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)把所有的“好”頻率都分配完畢，但還是存在頻率短缺和頻率沖突。

4G蜂窩系統(tǒng)的發(fā)展以及即將到來5G都依賴于合適的頻率分配。問題是在現(xiàn)有范圍內(nèi)幾乎沒剩下什么頻率了。

因此，在移動通信領(lǐng)域，毫米波就像美洲新大陸，給移動用戶和移動運(yùn)營商提供了全新的，“無窮無盡”的頻率資源。

需求為創(chuàng)新注入了巨大的動力。近年來，生產(chǎn)出價廉物美的毫米波頻段集成電路元件的技術(shù)難題迅速被攻克。

通過使用SiGe、GaAs、InP、GaN等新材料和新的生產(chǎn)工藝，工作于毫米波段的芯片上已經(jīng)集成了小至幾十甚至幾納米的晶體管，大大降低了成本。

由于3GPP決定5G NR繼續(xù)使用OFDM技術(shù)，因此在其他方面5G并沒有顛覆性的技術(shù)革新，毫米波就成了5G技術(shù)上最大的“新意”。

而5G其它新技術(shù)的引入，比如massive MIMO、新的numerology（子載波間隔等）、LDPC/Polar碼等等，都與毫米波密切相關(guān)，都是為了讓OFDM技術(shù)能更好地擴(kuò)展到毫米波段。

因此，5G 也可以被稱為“擴(kuò)展到毫米波的增強(qiáng)型4G”或者“擴(kuò)展到毫米波的增強(qiáng)型LTE”。

毫米波段的開發(fā)利用，為5G應(yīng)用提供了廣闊的空間和無限的想象。

去年今日2017.12.14：

認(rèn)識世界的新鑰匙