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【兆越科普小課堂】5G,不止是比4G多1G

暫無圖片 發布時間: 2022-12-30

.......5G,你比4G1G...........

5G是第五代移動通信技術,在5G之前還有1G4G

目前大部分人對于5G的認知,大多還是停留在“快”的層面。好歹是第5代通信技術,比前面幾代要快那是肯定的。

1G時代只能使用大哥大打電話,而且使用的是模擬FM調頻通信,上下行采用不同的射頻頻率,不同用戶分配不同頻率。通信機理類似于無繩電話,其抗干擾能力差、系統容量小、價格昂貴、保密性差、安全性幾乎無保障。但主要是實現了0的突破,從無到有實現了邊移動邊打電話。

基站.png

1G2G的升級,主要就是關閉模擬信號網,啟用數字基站,實現數字化通信,這也具備里程碑意義。數字化的好處就是除了承載基礎語音業務外,還可以實現文本短信、彩信、GPRS上網等綜合業務,只不過2G技術相對依然落后,還是存在著帶寬低、用戶容量小的問題。9.6Kbit/秒的上網速度雖然不快,但保密性和安全性已經有了極大提升。在2G時代,關于終端漫游的無線控制方法已經非常成熟,到目前為止,中國鐵路移動通信絕在多數還是采用GPRS方式,這個算是2.5G標準,可以保證火車及高鐵在高速移動中快速切換基站。

基站傳輸2.png

隨著基帶通信芯片的升級換代以及射頻芯片的發展,更快的基礎網絡與更先進的射頻技術產生后,3G4G時代先后來臨,這里并沒有嚴格意義上的里程碑。從技術層面上來說,速度更快、用戶容量更多這是必然。從應用層面來說,3G4G帶動了大量的移動應用,讓我們的生活方式發生了極大的改變。夸張點講,沒有了移動互聯網,很多人可能無法生存。

我們主要說5G5G作為目前最先進的移動通信技術,距離上一代4G技術也已經有10余年之久了,在這10年時間里,一定也會積累大量的創新之處。

快是肯定的,也是大家最直觀感受的,從4G的下載速度最大可以到百Mb級別,而5G10Gb級別,差距還是非常明顯。而且5G還有另外的優點,主要:大容量、低延時、網絡切片等等。

先說速度,我們目前能接觸到的5G,還僅限于SUB-6GHz頻段,也就是低于6GHz的無線頻段,在速度上已經可以超越目前已知的大部分民用無線通信了。

無線帶寬的提高,主要有三種手段:一是提高頻譜范圍,二是提高頻譜復用率,三是提高傳輸效率降低誤碼率。上述三種方法在5G技術里面都是做了大量改進的。因為第二、三種方法解釋起來需要用到大量的概念及公式,這里暫不介紹,先介紹第一種:提高頻譜范圍,提高到什么程度呢?就是毫米波。

簡單來說,基礎頻率越快,載波能力就越強,可攜帶信息量就越大。5G即將推出的毫米波頻段(舉個例子,我們目前使用的2.4GHz頻率,其波長約是12.3cm),至少可以達到SUB-6GHz頻段的10倍速率。目前毫米波技術各大廠家都已經具備,而且也在緊鑼密鼓的測試當中,高通的毫米波組網測試中,已經達到了8.3Gbps的實際速率。

轉發速率.png

5G的第二優勢在于其超大的用戶容量,學名叫“mMTC”,意思是海量機器類通信。看名稱基本就可以理解其目的,就是為了萬物互聯做準備,應用場景超級多,只要你能想到的,都可以納入進來。根據規劃,5GmMTC場景應用的建議標準是100萬臺設備/平方公里。

能支持這么多的設備連接,根本上還是要依靠5G體系超大的總帶寬與更快的通信處理與接入速度。

 

設備連接.png


5G的低延時是5G網絡的另一大優勢,這個主要是取決于射頻物理特性,因為5G使用的是新空口標準(New Radio,簡稱NR),在數據編碼方式上優于傳統方式,而在傳輸頻率上大于傳統方式,延時自然會降低很多。在理想情況下,5G端到端的網絡延時可以做到1ms,而4G的最理想端到端延時約為10ms,整整差了10倍。

5G的另一個場景定義uRLLC高可靠低時延通信,主要面對的場景就是需要低延時的場景,如:智能制造、遠程操作、車聯網控制等等,控制效果據說可以媲美有線連接。這對于不方便拉有線網絡的應用場景簡直是太具有誘惑力了。

 

前面說這么多,只是闡明了5G的基礎特征,看起來也確實比前面幾G的體系要強很多,但這些終究不具備里程碑意義,那么5G網絡的里程碑意義是怎么體現呢?

沒錯,就是網絡切片。

網絡切片,是一個形象的表達,大家都聽說過網絡切片,但大部分人也就是湊個熱鬧,對于切片的理解,不會比看人家拿刀賣切糕強多少。

5G以前的時代,我們使用移動網絡簡單粗暴,10/1G流量,買多少用多少,用完再買1G,實在不行搞個流量包,每月50G,夠用了吧。閑時流暢,人多時卡,這是常態。碰上黃金周,在旅游景區人多的時候,卡到連微信付款都困難,移動公司臨時增調應急通信車也徒勞。在這種情況下,要想保障你的某項業務正常通信,幾乎是不可能的。

5G三大應用場景:eMBB增強移動寬帶、mMTC海量物聯網通信、uRLLC超高可靠性與超低時延業務,這三類業務,是可以花錢訂購的。也就是說,真正的5G時代,使用移動通信業務,是可以根據你的實際需求來做特殊化服務的。假如你需要超低延時通信,那么在你購買流量包的時候,順便加錢購買一個uRLLC切片,那么收了錢的運營商會保障你在任何時間、任何地點都可以享受低延時服務。

這個服務比較直觀的效果,也最能讓大家理解的就是,在同樣的地點,購買了uRLLC切片的外賣小哥可能總是搶先別人一步接到訂單。

 

而這些服務的基礎,本質上還是我們熟悉的傳統網絡控制方法,比如VLAN、優先級控制等基礎方法,用于保障你的數據有專用通道。

那么有人就會說了,這些方法在現有的4G網絡中也可以實現啊,怎么就是5G的專屬功能了?

別忘了,我們說的是移動通信,4G4G以前的網絡,使用的承載網絡都是確定性的網絡,交換設備也是確定性的設備,一旦配置好,就會十年如一日工作。理論上可以實現做一個專屬通道給到某個終端,但是如果這個終端漫游到下一個終端的時候,這條專屬通道就算是失效了,除非有人再去更新配置,但這在實際應用中是不可能發生的。

5G除了空口更新外,另一個關鍵點是承載網絡的更新,5G網絡需要使用SDN網絡(即軟件定義網絡),好處在于是網內交換設備可以隨時根據中央控制器的指令變更配置,即時生效。

 

網絡切片.png


這樣就可以理解為什么5G可以實現網絡切片,因為在你從一個基站漫游到另一個基站的時候,運營商的網絡控制器會馬上反應,將你已經購買的切片配置下發到另一個基站沿途的所有設備上,以保證在終端漫游時,切片服務始終能提供服務。

比如在無人駕駛過程當中,一定是需要低延時的網絡服務,以保障自動駕駛車輛在路面上行駛時的行車安全。

這是5G相對于2/3/4G的根本變革之處,也是現在大家能看到各類五花八門5G應用的基礎支撐,4G改變生活,5G改變世界,5G不僅是信息通信技術的一次升級換代,也不僅僅是比4G1G


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