電信業(yè)務(wù)相關(guān)知識：5G知識

1、電信業(yè)務(wù)相關(guān)知識：5G知識5G技術(shù)通俗講解互聯(lián)網(wǎng)改變了世界，移動互聯(lián)網(wǎng)重新塑造了生活，“在家不能沒有網(wǎng)絡(luò)，出 門不能忘帶手機”已成為很多人的共同感受。人們對動互聯(lián)網(wǎng)的要求是更高速、 更便捷、更強大、更便宜，需求的“更”是沒有止境的，這促使著移動互聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)突飛猛進，技術(shù)體制的更新?lián)Q代也隨之越來越快。很多用戶剛剛踏入4G的門檻，5G時代很快就要來到了。5g的基本特點：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，有速度必須有咼帶寬。5G技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)的新組合，是 4G技術(shù)的再演進。為什么要有個“再”字？ 因為4G LTE的后三個字母就是長

2、期演進的意思，5G應是在4G基礎(chǔ)上的再演 進。5G關(guān)鍵技術(shù)1、增加帶寬是關(guān)鍵5G最顯著的特點是高速，按規(guī)劃速率會高達 1050Gbps，人均月流量大 約有36TB，如此高的速率該靠什么資源來支撐呢？必須要靠更大的帶寬！帶寬用字母B來表示，它就好比是道路寬度，最大速率用 C來表示，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！人們對通信速率要求越來越高，迫使著信道的帶寬就越來越寬，幾根電話線 的帶寬不夠，那

3、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。而手機通信使用的是無線信道，那它的帶寬是如何增加的呢？核心方法就是 米用更高的頻段。大家都知道【波速=頻率X波長】這個公式，頻率與波長成反比，兩者之積 等于光速，即30萬公里/秒。頻率越咼，波長越短，能量越大，穿刺能力越強。且頻率咼帶寬大，傳輸速 率高，傳播距離近。甚低頻段的整個帶寬是27kHz,超高頻段的整個帶寬是 27GHz,后者是前者的100萬倍！由此可見，頻段越高且?guī)捲酱蟆Ｋ躁P(guān)系就來了： 5G時代若想更高速，就得使用更大的帶寬，而要取得更 大的帶寬，就得使用更高的頻段。4G之前

4、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)國際電信聯(lián)盟的專家預測，將來有可能使用 30GHz60GHz的頻段，俄羅斯專家甚至提出了 80GHz的方案。無線電頻譜的劃分：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 - 30MHz 極高頻VHF （俗稱超短

5、波，而頻率在88-108MHZ 范圍的民用廣播則俗稱為調(diào) 頻電臺 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，比上表中最后一項的超高頻還要高，其波長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的一項關(guān)鍵技術(shù)。微波的頻率范圍分為：米波：波長 10m 1m。頻率 30MHz 300MHz。分米波：波長 10

6、dm 1dm。頻率 300MHz 3000MHz。厘米波：波長 10cm 1cm。頻率 3000MHz 30000MHz。毫米波：波長 10mm 1mm。頻率 3ooooMHz 300000MHz。2、毫米波技術(shù)電波傳播的特性很有趣，頻率越高（即波長越短）的電磁波，就越傾向于直 線傳播，當高到紅外線和可見光以上時，就一點也不打彎了，這是個漸進的過程。毫米波一般不用于移動通信領(lǐng)域，原因就是它的頻率都快接近紅外線了， 信 道太“直”，移動起來不容易對準。請想象一個場景，您拿著激光筆指遠處墻壁 上的圖釘，是不是一件很困難的事？例如衛(wèi)星車就很難“動中通”，開動起來車身搖擺，天線（就是那個大鍋）就很難對

7、準衛(wèi)星，通常只能駐車后工作，而且必須精細調(diào)整天線的角度，使其電 波的輻射方向正對著衛(wèi)星，否則就無法通信。手機是移動使用的，不可能打電話時還舉著手機瞄準準基站的方向， 那樣實 在是反人性。雖然在非正對方向也有信號，但強度會明顯衰弱，使用體驗會比 4G之前要差得多。電磁波有五種傳播模式，相對于未來的 5G時代，我們現(xiàn)在手機的頻率要低 得多，其繞射能力還是不錯的，樓房陰影處的信號也沒太大問題， 因為信號可以 繞著到達。而未來5G的頻率會高得多，繞射能力會下降，信號只能傻楞楞地直著走， 以往信號能到達的犄角旮旯就到不了了，那該怎么辦呢？這就引出了更一項技術(shù) 微基站技術(shù)。3、微基站技術(shù)請您腦補一個場景，

8、小區(qū)中心只立著一盞路燈，陰影面積當然會很大，而如 果在小區(qū)里均勻設(shè)置很多路燈，陰影面積則會小得多了。所以說，將傳統(tǒng)的宏基 站變成站點更多密度更大的微基站，是解決毫米波“直線問題”的有效方法。這只是微基站的一個原由，還有一個更強大的原由。 5G時代的入網(wǎng)設(shè)備數(shù) 量會呈爆炸性的增長，單位面積內(nèi)的入網(wǎng)設(shè)備可能會增至千倍， 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力支撐。 這個原由很好理解，以前的宏 基站覆蓋1000個上網(wǎng)用戶，這些用戶均分這個基站的速率資源，而進入 5G時 代后用戶的速率要求高多了， 一個基站的資源就遠遠不夠分了，只能布設(shè)更多的 基站，例如讓每個基站只負責20個用戶，分餐

9、的人少了，每個人自然就能多吃?；疚⑿突瘎t設(shè)布設(shè)密度會加大，為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射 功率譜就會降低，同時手機的輻射功率也會降低， 這有兩個好外，一是功耗小了 待機時間會增加，二是對人體的輻射會降低。傳統(tǒng)基站好比是房屋中間的火爐子， 近處燙遠處冷，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)方式將會擴展，路燈桿、 廣告燈箱、樓宇內(nèi)部的天花板，都會是微基站架設(shè)的理想地點。波長縮短到毫米波還會有什么影響呢？還會影響到手機天線的變化，這就是下一節(jié)要說的5G另一項技術(shù)一高階MIMO。4、高階MIMO根據(jù)天線理論，天線長度應與波長成正比，大約在1

10、/101/4 之間，當前手 機使用的是甚高頻段（即分米波），天線長線大約在幾厘米左右，通常安裝在手 機殼內(nèi)的上部。天線的長度為什么應在波長的1/101/4 之間？因為這個比例可使電波的 輻射和接收更有效，為什么會更有效？這我就不知道了，這得問物理學家。5G時代的手機頻率在提升幾十倍后，相應的手線天線長度也會降低到以前 的幾十分之一，會變成毫米級的微型天線，手機里就可以布設(shè)很多個天線，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波長以上，手機的面積很小，現(xiàn)在的手機天線是幾厘米長，多天線陣列是難以設(shè)置的。而隨著天線長度的降低， 特別是5G時代的毫米尺寸天線，就可以布設(shè)多天線陣列了，

11、就給高階MIMO技術(shù)的實現(xiàn)帶來了可能。什么是MIMO呢？其英文簡寫是“多入多出”的意思，高階 MIMO的意思是指基站與手機之間有很多對的信道并行通信，每一對天線都獨立傳送一路信 息，經(jīng)匯集后可成倍提高速率。因為手電筒的能量更集中，所以比燈泡照的更遠，基站與某部手機的關(guān)系就 相當于光源與被照射物的關(guān)系，現(xiàn)在基站與手機的關(guān)系就是燈泡模式， 不管手機 在哪個方位，都會把針對這部手機的信號進行全向的輻射， 當然絕大多數(shù)非正對 方向的能量都是浪費掉了，而且還成為了其它手機的干擾。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)要說到的波 束賦形技術(shù)。5、波束賦形技術(shù)中國主導的3G國際標準TD-SC

12、DMA有六大技術(shù)特點，其中有一項就是智 能天線，在基站上布設(shè)天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，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，而且能跟據(jù)手機的 移動而轉(zhuǎn)變方向。由全向的信號覆蓋變?yōu)榱司珳手赶蛐苑?wù)，這種新形式的無線電波束就不會 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 分利用空間的無線電波束技術(shù)是一種空間復用技術(shù)， 這種技術(shù)可以極大地提高基 站的服務(wù)容量。遺憾的是這項技術(shù)并不在3G時代得到應用，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)所能帶來的容量增加就顯得非常有價值， 波束賦形技術(shù)很可能成為5G的關(guān)

13、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，當前 的手機基站定位的精度很粗劣，這是源于基站全向輻射的模式。而當波束賦型技 術(shù)成功應用后，基站對手機的輻射波瓣是很窄的，這就知道了手機相對于基站的 方向角，再加上通過接收功率大小推導出手機與基站的距離， 就可以實現(xiàn)手機的 精準定位了，并因此而擴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)歷過多年研究的成熟技術(shù)， 按規(guī)劃還有5年就要進入5G時代了，不太可能突然出現(xiàn)一個全新的技術(shù)并被吸納為5G的國際標準中，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，只有通過大幅度的加大帶寬才有可能。加大帶寬是起點，由此而產(chǎn)生