電信業(yè)務(wù)相關(guān)知識(shí)：5G知識(shí)

1、-作者xxxx-日期xxxx電信業(yè)務(wù)相關(guān)知識(shí)：5G知識(shí)【精品文檔】電信業(yè)務(wù)相關(guān)知識(shí)：5G知識(shí)5G技術(shù)通俗講解互聯(lián)網(wǎng)改變了世界，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)重新塑造了生活，“在家不能沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，出門不能忘帶手機(jī)”已成為很多人的共同感受。人們對(duì)動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的要求是更高速、更便捷、更強(qiáng)大、更便宜，需求的“更”是沒(méi)有止境的，這促使著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)，技術(shù)體制的更新?lián)Q代也隨之越來(lái)越快。很多用戶剛剛踏入4G的門檻，5G時(shí)代很快就要來(lái)到了。5g的基本特點(diǎn)：覆蓋率增大，傳輸速率提升，延遲減少，傳輸帶寬增加，M2M的cost降低4g和5g的基本區(qū)別就在于速度，有速度必須有高帶寬。5G技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)的新組合，是4G技術(shù)的再演進(jìn)。為

2、什么要有個(gè)“再”字？因?yàn)?G LTE的后三個(gè)字母就是長(zhǎng)期演進(jìn)的意思，5G應(yīng)是在4G基礎(chǔ)上的再演進(jìn)。5G關(guān)鍵技術(shù)1、增加帶寬是關(guān)鍵 5G最顯著的特點(diǎn)是高速，按規(guī)劃速率會(huì)高達(dá)1050Gbps，人均月流量大約有36TB，如此高的速率該靠什么資源來(lái)支撐呢？必須要靠更大的帶寬！ 帶寬用字母B來(lái)表示，它就好比是道路寬度，最大速率用C來(lái)表示，它就好比是道路的最大車流量。顯然易見，4車道的最大車流量是2車道的2倍，8車道的是2車道的4倍，這非常好理解。 增加車道數(shù)是提高最大車流量最直接有效的方法，同樣地，提高速率的最直接有效的方法就是增加帶寬。即高速就是寬帶，寬帶就是高速！ 人們對(duì)通信速率要求越來(lái)越高，迫使著

3、信道的帶寬就越來(lái)越寬，幾根電話線的帶寬不夠，那就增加到幾百根，幾百根不夠就換成同軸電纜，電纜帶寬不夠就換成光纖，有線通信的帶寬就是這樣一代代地遞增著。 而手機(jī)通信使用的是無(wú)線信道，那它的帶寬是如何增加的呢？核心方法就是采用更高的頻段。 大家都知道【波速=頻率×波長(zhǎng)】這個(gè)公式，頻率與波長(zhǎng)成反比，兩者之積等于光速，即30萬(wàn)公里/秒。 頻率越高，波長(zhǎng)越短，能量越大，穿刺能力越強(qiáng)。且頻率高帶寬大，傳輸速率高，傳播距離近。甚低頻段的整個(gè)帶寬是27kHz,超高頻段的整個(gè)帶寬是27GHz,后者是前者的100萬(wàn)倍！由此可見，頻段越高且?guī)捲酱蟆?所以關(guān)系就來(lái)了：5G時(shí)代若想更高速，就得使用更大的帶寬

4、，而要取得更大的帶寬，就得使用更高的頻段。4G之前使用是特高頻段，5G就得往超高頻甚至更高的頻段發(fā)展了。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的專家預(yù)測(cè)，將來(lái)有可能使用30GHz60GHz的頻段，俄羅斯專家甚至提出了80GHz的方案。無(wú)線電頻譜的劃分：極低頻 VLF Very Low Frequency頻率范圍 10KHz - 30KHz低頻 LF（俗稱長(zhǎng)波LW）Low Frequency 頻率范圍 30KHz - 300KHz中頻 MF （俗稱中波MW）Medium Frequency 頻率范圍 30KHz - 3000KHz高頻 HF （俗稱短波SW）High Frequency 頻率范圍 3MHz - 30M

5、Hz極高頻 VHF（俗稱超短波，而頻率在88-108MHZ范圍的民用廣播則俗稱為調(diào)頻電臺(tái)FM）Very High Frequency 頻率范圍 30MHz - 300MHz超高頻 UHF Ultra High Frequency 頻率范圍 300MHz - 3000MHz極超高頻 SHF Super High Frequency 頻率范圍 3000MHz - 30000MHz30GHz以上的頻段，比上表中最后一項(xiàng)的超高頻還要高，其波長(zhǎng)自然要比厘米段更短，那就是更短的毫米波，因此毫米波就順理成章地成為了5G的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。微波的頻率范圍分為：米波：波長(zhǎng)10m1m。頻率30MHz300MHz。分米

6、波：波長(zhǎng)10dm1dm。頻率300MHz3000MHz。厘米波：波長(zhǎng)10cm1cm。頻率3000MHz30000MHz。毫米波：波長(zhǎng)10mm1mm。頻率3ooooMHz300000MHz。2、毫米波技術(shù) 電波傳播的特性很有趣，頻率越高（即波長(zhǎng)越短）的電磁波，就越傾向于直線傳播，當(dāng)高到紅外線和可見光以上時(shí)，就一點(diǎn)也不打彎了，這是個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。 毫米波一般不用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，原因就是它的頻率都快接近紅外線了，信道太“直”，移動(dòng)起來(lái)不容易對(duì)準(zhǔn)。請(qǐng)想象一個(gè)場(chǎng)景，您拿著激光筆指遠(yuǎn)處墻壁上的圖釘，是不是一件很困難的事？ 例如衛(wèi)星車就很難“動(dòng)中通”，開動(dòng)起來(lái)車身?yè)u擺，天線（就是那個(gè)大鍋）就很難對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，通常

7、只能駐車后工作，而且必須精細(xì)調(diào)整天線的角度，使其電波的輻射方向正對(duì)著衛(wèi)星，否則就無(wú)法通信。 手機(jī)是移動(dòng)使用的，不可能打電話時(shí)還舉著手機(jī)瞄準(zhǔn)準(zhǔn)基站的方向，那樣實(shí)在是反人性。雖然在非正對(duì)方向也有信號(hào)，但強(qiáng)度會(huì)明顯衰弱，使用體驗(yàn)會(huì)比4G之前要差得多。 電磁波有五種傳播模式，相對(duì)于未來(lái)的5G時(shí)代，我們現(xiàn)在手機(jī)的頻率要低得多，其繞射能力還是不錯(cuò)的，樓房陰影處的信號(hào)也沒(méi)太大問(wèn)題，因?yàn)樾盘?hào)可以繞著到達(dá)。 而未來(lái)5G的頻率會(huì)高得多，繞射能力會(huì)下降，信號(hào)只能傻楞楞地直著走，以往信號(hào)能到達(dá)的犄角旮旯就到不了了，那該怎么辦呢？這就引出了更一項(xiàng)技術(shù)微基站技術(shù)。3、微基站技術(shù) 請(qǐng)您腦補(bǔ)一個(gè)場(chǎng)景，小區(qū)中心只立著一盞路燈，

8、陰影面積當(dāng)然會(huì)很大，而如果在小區(qū)里均勻設(shè)置很多路燈，陰影面積則會(huì)小得多了。所以說(shuō)，將傳統(tǒng)的宏基站變成站點(diǎn)更多密度更大的微基站，是解決毫米波“直線問(wèn)題”的有效方法。 這只是微基站的一個(gè)原由，還有一個(gè)更強(qiáng)大的原由。5G時(shí)代的入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量會(huì)呈爆炸性的增長(zhǎng)，單位面積內(nèi)的入網(wǎng)設(shè)備可能會(huì)增至千倍，若延續(xù)以往的宏基站覆蓋模式，即使基站的帶寬再大也無(wú)力支撐。這個(gè)原由很好理解，以前的宏基站覆蓋1000個(gè)上網(wǎng)用戶，這些用戶均分這個(gè)基站的速率資源，而進(jìn)入5G時(shí)代后用戶的速率要求高多了，一個(gè)基站的資源就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠分了，只能布設(shè)更多的基站，例如讓每個(gè)基站只負(fù)責(zé)20個(gè)用戶，分餐的人少了，每個(gè)人自然就能多吃。 基站微型化則設(shè)

9、布設(shè)密度會(huì)加大，為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射功率譜就會(huì)降低，同時(shí)手機(jī)的輻射功率也會(huì)降低，這有兩個(gè)好外，一是功耗小了待機(jī)時(shí)間會(huì)增加，二是對(duì)人體的輻射會(huì)降低。傳統(tǒng)基站好比是房屋中間的火爐子，近處燙遠(yuǎn)處冷，而5G的微基站就好比是地暖，發(fā)熱均勻更加舒適。 微基站數(shù)量大幅度增加后，傳統(tǒng)的鐵塔和樓頂架設(shè)方式將會(huì)擴(kuò)展，路燈桿、廣告燈箱、樓宇內(nèi)部的天花板，都會(huì)是微基站架設(shè)的理想地點(diǎn)。 波長(zhǎng)縮短到毫米波還會(huì)有什么影響呢？還會(huì)影響到手機(jī)天線的變化，這就是下一節(jié)要說(shuō)的5G另一項(xiàng)技術(shù)高階MIMO。4、高階MIMO 根據(jù)天線理論，天線長(zhǎng)度應(yīng)與波長(zhǎng)成正比，大約在1/101/4之間，當(dāng)前手機(jī)使用的是甚高頻段（即分米

10、波），天線長(zhǎng)線大約在幾厘米左右，通常安裝在手機(jī)殼內(nèi)的上部。 天線的長(zhǎng)度為什么應(yīng)在波長(zhǎng)的1/101/4之間？因?yàn)檫@個(gè)比例可使電波的輻射和接收更有效，為什么會(huì)更有效？這我就不知道了，這得問(wèn)物理學(xué)家。 5G時(shí)代的手機(jī)頻率在提升幾十倍后，相應(yīng)的手線天線長(zhǎng)度也會(huì)降低到以前的幾十分之一，會(huì)變成毫米級(jí)的微型天線，手機(jī)里就可以布設(shè)很多個(gè)天線，乃至形成多天線陣列。 多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個(gè)波長(zhǎng)以上，手機(jī)的面積很小，現(xiàn)在的手機(jī)天線是幾厘米長(zhǎng)，多天線陣列是難以設(shè)置的。而隨著天線長(zhǎng)度的降低，特別是5G時(shí)代的毫米尺寸天線，就可以布設(shè)多天線陣列了，就給高階MIMO技術(shù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了可能。 什么是MIMO呢？其

11、英文簡(jiǎn)寫是“多入多出”的意思，高階MIMO的意思是指基站與手機(jī)之間有很多對(duì)的信道并行通信，每一對(duì)天線都獨(dú)立傳送一路信息，經(jīng)匯集后可成倍提高速率。 因?yàn)槭蛛娡驳哪芰扛?，所以比燈泡照的更遠(yuǎn)，基站與某部手機(jī)的關(guān)系就相當(dāng)于光源與被照射物的關(guān)系，現(xiàn)在基站與手機(jī)的關(guān)系就是燈泡模式，不管手機(jī)在哪個(gè)方位，都會(huì)把針對(duì)這部手機(jī)的信號(hào)進(jìn)行全向的輻射，當(dāng)然絕大多數(shù)非正對(duì)方向的能量都是浪費(fèi)掉了，而且還成為了其它手機(jī)的干擾。 能不能把燈泡模式改成有指向性的手電筒模式呢？這就是下節(jié)要說(shuō)到的波束賦形技術(shù)。5、波束賦形技術(shù) 中國(guó)主導(dǎo)的3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA有六大技術(shù)特點(diǎn)，其中有一項(xiàng)就是智能天線，在基站上布設(shè)天線陣列，

12、通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務(wù)的手機(jī)，而且能跟據(jù)手機(jī)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)變方向。 由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，這種新形式的無(wú)線電波束就不會(huì)干擾到其它方向的波束，從而可以在相同的空間中提供更多的通信鏈路，這種充分利用空間的無(wú)線電波束技術(shù)是一種空間復(fù)用技術(shù)，這種技術(shù)可以極大地提高基站的服務(wù)容量。 遺憾的是這項(xiàng)技術(shù)并不在3G時(shí)代得到應(yīng)用，但在5G入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量成百上千倍增加的情況下，這種波束賦形技術(shù)所能帶來(lái)的容量增加就顯得非常有價(jià)值，波束賦形技術(shù)很可能成為5G的關(guān)鍵性技術(shù)之一。 波束賦形技術(shù)不僅能大幅度增加容量，還可大幅度提高基站定位精度，當(dāng)前的

13、手機(jī)基站定位的精度很粗劣，這是源于基站全向輻射的模式。而當(dāng)波束賦型技術(shù)成功應(yīng)用后，基站對(duì)手機(jī)的輻射波瓣是很窄的，這就知道了手機(jī)相對(duì)于基站的方向角，再加上通過(guò)接收功率大小推導(dǎo)出手機(jī)與基站的距離，就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)的精準(zhǔn)定位了，并因此而擴(kuò)展出非常多的定位增值服務(wù)。6、綜合分析 任何更新?lián)Q代的關(guān)鍵性技術(shù)，都必須是經(jīng)歷過(guò)多年研究的成熟技術(shù)，按規(guī)劃還有5年就要進(jìn)入5G時(shí)代了，不太可能突然出現(xiàn)一個(gè)全新的技術(shù)并被吸納為5G的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，考察5G的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)還得從成熟技術(shù)中尋找答案。 在傳統(tǒng)的宏基站大覆蓋的情況下提速是非常困難的，20%的頻譜利用率的提升都是了不起的成就，而在5G時(shí)代的千倍提速要求面前，這種內(nèi)部挖潛的方法是行不通的，只有通過(guò)大幅度的加大帶寬才有可能。 加大帶寬是起點(diǎn)，由此而產(chǎn)生的毫米波、微基