哪种蜂窝技术支持的速度最高达到 20 Gbps Z-Wave 5G 4G

原标题:5G大规模商用来临之前伱必须知道的几个知识点

来源:大数据文摘;编译:雪清、蒋宝尚

当人们在谈论人工智能和自动驾驶的时候,总是离不开5G要说4G的侧重点昰人与人之间不同方式的通信,那么5G将要形成的端到端生态系统能够充分发挥高带宽、低延迟、高可靠的三大特点。有了这些特点在科技创新方面至少能够解决数据传输问题。

2018年是5G开启的元年那么2019或许是5G商用的元年。在新年的一开始各大厂商纷纷都发布自己的相关產品。例如在昨日上午,在CES大会上全球首款支持5G网络的智能手机Motorola Z3亮相;英特尔也推出了相应的5G芯片-“Snow Ridge”... ...

这些信号都在或明或暗的暗示著:2019年将会迎来一场重大的技术更替。

无线系统的十年一次升级的时间到了首先受到影响的会是智能手机行业。其实不仅是智能手机荇业,走向5G时代的过程中也将影响许多其他类型的设备。包括工业机器人安全摄像头,无人机和数据互通的汽车

这个新时代将超越當前的无线技术(即4G),它提供的移动互联网速度能够让人们在几秒钟内下载完一整部电影这种下载速度也意味着电子游戏,体育赛事囷购物体验等会发生来巨大的变化

不光是业界看好这一时代,政府也认为5G网络非常具有竞争优势更快的网络可以帮助推广人工智能和其他尖端技术的使用。

正如上文所说在1月拉斯维加斯举行的“国际消费类电子产品展览会CES已经放出了许多5G产品,那么2月份在西班牙举荇的“巴塞罗那移动通信大会MWC”(前全球移动通讯大会)可能会有更多关于5G的消息。(关注大数据文摘为你持续带来相关报道)

包括像AT&T和Verizon在内的无线服务提供商也在谈论5G。设备制造商们正在预展可与该项技术结合的小配件

许多其他制造商正在竞相效仿,尽管Apple不大可能會卷入最初的5G浪潮中分析人士预测,采用这种新技术的iPhone要到2020年才会被推出对此,苹果发言人拒绝置评

5G如此重要,那么文摘菌就敲黑板为大家“划几个必考的知识点”:

严格来说5G是一套技术标准,它定义了蜂窝网络的工作方式包括使用的无线电频率以及计算机芯片囷天线等各种组件如何处理无线电信号和交换数据。

自从20世纪70年代手机问世以来各家公司的工程师们通过召集会议,就蜂窝网络的新规范达成一致蜂窝网络每十年左右就会有一套新标准。为了体验5G带来的“快感”用户必须购买新的手机,而运营商则需要安装新的传输設备以提供更快的服务

答案取决于你居住的地方,采用哪种无线服务以及何时决定体验5G

无线芯片制造商高通公司表示,5G的最高下载速喥可达每秒4.5千兆位但预计初始中值速度约为每秒1.4千兆位。这相当于目前4G速度的大约20倍

5G的数据传输速度在高质量的流媒体视频中尤其引囚注目。以高通公司给出的中值速度计算5G只需17秒即可下载一部标准大小的电影;而4G需要6分钟。

三星的高级副总裁Justin Denison表示你不必在前往机場之前下载好某一季最喜欢的电视节目,在5G时代这一下载问题在排队登机的几分钟就能解决。

唯一重要的仅仅是下载速度吗?

不是还有叧外一种速度,称为网络通信延迟对于5G来说可能变得更加重要。

在智能手机上发出一个指令比如打开网络搜索,响应并不完全是即时嘚延迟50到几百毫秒是常见的,部分原因是信号通常要在不同的交换中心之间传递;5G采用了更新的网络技术能够将延迟降低到几毫秒。咜还能比早期的蜂窝网络更可靠地传输信号大大减少数据传输过程中的丢失率。

这种改进可以带来许多好处特别是在虚拟现实等领域。现在高质量的VR应用通常需要配备笨重的耳机,这些耳机以有线方式连接到附近生成3-D图像的个人计算机上

高通公司半导体业务的总裁Cristiano Amon說,有了5G它们可以无线传输到其他机器上,使用户的移动不受限制并且更容易开发出轻便的眼镜

Moor Insights & Strategy的分析师Patrick Moorhead表示,在增强现实的相关領域人们可以用智能手机的摄像头对准一场足球比赛,在显示屏上看实时比赛视频以及汇总的球员统计数据或其他数据。

对美国的智能手机用户来说答案似乎是在2019年第二季度;精确的时间尚不确定。

AT&T实际上已在12个城市开启了移动5G服务其初始部署计划中还有7个目标。但智能手机还没有准备好直接连接到5G网络因此,AT&T将首先推出一款由Netgear制造的5G热点设备它可以通过Wi-Fi将无线宽带传送到附近的手机和计算机上。

AT&T实验室的总裁也是这家运营商的首席技术官Andre Fuetsch表示,首批支持AT&T 5G网络的三星智能手机将于2019年上半年面市

Verizon已经在销售一种基于其自身技术演变的5G品牌服务,为休斯顿印第安纳波利斯,洛杉矶和萨克拉门托的部分地区的家庭提供无线互联网连接该公司预计,它將在2019年上半年开始为智能手机用户提供服务但没有指明具体的城市或时间。

Sprint表示它也可能会在2019年为智能手机开启5G服务,最初的目标是媄国的9个城市其未来的合并伙伴T-Mobile强调,到2020年将在全国范围内推出5G网络但也表示它目前正在为30个城市安装设备,这些设备将在2019年5G智能手機问世时准备就绪

根据高通公司编制的时间表,预计2019年将在美国之后推出5G技术的国家包括英国、德国、瑞士、中国、韩国和澳大利亚

消费者会享受到5G带来的全部好处吗?

Verizon和AT&T将首次使用高频技术(所谓的“毫米波”——“millimeter wave”),推出他们的5G服务利用这一点,无线服务提供商可以高速传输送数据但信号能传输的距离有限。因此预计这两家运营商将首先瞄准人口密集的地区——用AT&T的Fuetsch先生的话来说,就是城市的“部分或口袋地区”

不过,5G的带来全部好处预计要等到美国的运营商升级核心交换设备之后才能实现而这可能要到2019年末或2020年的某個时候。

我是否应该马上买一台支持5G的智能手机呢?

英特尔在8月份发起的一项消费者研究发现58%的美国人并不了解5G或者根本没有听说过,泹该芯片制造商12月份的另一项调查显示一旦消费者了解5G带来的好处,需求就会保持强劲

由于一些技术细节的原因,在短期内实际上可能会带来一些困惑

你需要考虑很多事情。例如虽然Verizon和AT&T计划稍后增加基于低频的5G服务,提供更广泛的覆盖范围但是第一批5G手机在其網络下可能无法全部正常工作。因此这些手机的5G信号范围可能仍然受限。

Thelander先生说:“在5G手机能支持较低频段的5G网络之前我不会购买它,对于除了Sprint之外的所有运营商这意味着至少要在2019年末,更有可能会是在2020年”

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原标题:5G速率对比:让你理解什麼是一柱擎天

老糊近期针对5G热门话题做了一些整理和思考按不同话题与你一起了解5G。此文是第一篇《5G速率对比:让你理解什么是一柱擎忝》

5G已经处于即将铺开的阶段5G的四大特性分别是高速率、低延时、广覆盖、低功耗。今天我们一起来看看5G的高速率究竟有多快(见下圖:一柱擎天的5G网速)

1G时代是模拟通信,典型终端是大哥大不能上网。因此我们形容1G的网络速率几乎为0。

2G时代初期不能直接上网直箌2.5G技术出现,移动的GSM网引入了GPRS技术;联通CDMA引入CDMA 1x技术手机才能实现数据上网2.5G网络,理论上可以实现56kb或者114kb的上网速度实际上体验速率在10kb/s左祐。后来GPRS升级为2.75g的EDGE网络

3G时代,最快的是WCDMA建设后期,联通宣称推出21MB的速度但是因为4G到来,3G没有继续建设那时候用户下载感知好的时候有2m/s左右。移动最差经常是100KB/S

4G时代,称为LTE时代一开始就宣传实现100mbps速率,后面采用多天线技术理论可以达到400mbps。用户在实际使用中下载速率经常可以突破10MB/S。

5G时代速率直接按Gbps计算。理论峰值达到10Gbps(等于10240Mbps)华为在2019MWC大会演示5G手机下载,1.2G的电影3秒下完这意味着下载速率达到400MB/S。这种速率还是5G刚开始建设的情况后续还会继续突破。

题外话:5G速度这么快你是不是开始担心流量太大,一觉醒来房子归移动

事实上不是“5G比4G要快“而是”為了比4G快,提出了5G“3G以后的每一代无线通信都是先提出目标,然后再考虑系统设计和技术选用

所以我们可以看看4G与5G所提出关于“快”嘚定义(目标)分别是什么:

大概可以理解为传输速率快,传输延迟低

任何对通信数据传输速率的提升都绕不开香农信道容量公式:

那就很嫆易理解咯,我们在5G也会采用同样的方式来提高数据传输速率: 提升频带宽度和提升信噪比具体起来就是,

毫米波(提升频带宽度)

更先进的波束赋形(提升信噪比)

超大规模天线全双工无线(提升频带宽度和信噪比,空域)

1-4代无线通信中采用的300MHz-3GHz频谱有穿透性好,覆盖范围大等优点但是有一个很重要的缺点: 就是频带宽度太窄了!!这个频段内的无线设备太多了!!频谱已经快分完了。

频谱又不存在负的所以为叻大容量高速率数据传输,只有往3GHz以上寻找可用频谱

我们往上看看,那就是毫米波频段了(3GHz-300GHz)毫米波频谱中存在两个特殊部分,氧气吸收頻段(57-64GHz)和水蒸气吸收频段(164GHz-200GHz), 这两种频段不能用来通信所以毫米波频段共有252GHz频带宽度可供使用 (此处应该再强调一下1-4代商用通信全都拥挤在3GHz以下頻谱里)。

当然实际上5G是用不了那么多频带的在各国毫米波频谱划分里,分给5G的毫米波频段宽度大概有3-6GHz这已经足够把数据传输速率提升10倍左右了。

不过需要强调的是5G标准需要三种频段,毫米波频段主要负责高速数据传输目前毫米波的标准还未确定。虽然毫米波已经在雷达航天和军用通信中都有使用,但是在民用通信中还有很多很多挑战。这也是当前非常非常火热的无线通信研究方向在这篇回答裏就不深入介绍了。

4G中的基站天线是定向天线和全向天线混用(谢谢评论区提醒)5G中由于毫米波覆盖范围窄,路径损耗大复杂天气影响严偅,所以需要通过波束设计完成发射能量聚焦从而提升接受信号能量,提升信噪比(此处请回忆信道容量公式)和覆盖范围。

波束赋形后嘚方向性波束可以帮助提升基站覆盖范围而且,基站能量会更加有效

实际上,由于5G中的波束赋形涉及Massive MIMO和毫米波的窄波束用户追踪、小區间波束切换调度和基站的LOS和NLOS问题会更加困难一些,这同样这是一个很棒的无线通信研究方向现在学术界很多人在考虑通过在基站覆蓋范围内划分扇区,来帮助多天线波束切换

无线通信中的多天线系统需要对每个天线赋予权重,才能提高空间分集/或复用增益而现实凊况下,这种算法是非线性的且计算复杂天线越多越复杂。

但是令人惊奇的是当天线数目非常非常多的时候,简单的线性预编码就可鉯很好的逼近最优结果所以Massive MIMO自从提出就吸引了大量目光。

5G中Massive MIMO可能会有大量应用不仅仅是大型宏基站,小型的毫米波发射器也有可能会裝备Massive MIMO系统因为毫米波天线波束窄,天线长度短更适合Massive MIMO应用。

回到话题Massive MIMO的好处是最大程度利用空域 资源,可以通过波束赋形同时提供哆个波束服务小区用户并可以同时提高用户的信噪比,提升数据传输速率但是Massive MIMO中预编码,信道估计一直是个难题

现存所有无线发射裝置都是半双工的,半双工的意思是发送信号的同时不能接受信号---否则会干扰自己(毕竟不是人类,自己说的话暂时还区分不清楚。。

全双工无线电就是同时收发信号这样可以把数据传输速率X2,当然代价是图中的自干扰(红色圆弧)问题甚至当用户过多时,用户之间嘚干扰也会X25G里的核心网设计是以C-RAN为主,这意味着可以通过中心化调度减轻自干扰同时可以利用方向性天线,波束赋形吸收屏蔽(absorptive shielding)和茭叉极化(cross-polarization )完成收发机之间的孤立。

这样全双工无线电是可以应用在5G中的

上述就是5G中的物理层技术进展,联合起来使用也就是怎么做到“传输速度快”的。

我们这里说的延迟是round-trip latency大概可以理解为数据在接入网和核心网中往返所需的总时间。因为无线电的传播速度是相对固萣的无法压缩,所以有两种方法降低:降低信令损耗和压缩网络处理过程

降低信令损耗的方式就是尽量减少不必要的信令,比如

  • 通过铨双工技术减少信道估计时间
  • 因为毫米波的多普勒扩展很少,所以可以缩减OFDM信号的CP前缀压缩OFDM帧长度,
  • 通过网格化设计毫米波基站降低干扰和时延

压缩网络处理,形象理解就是扁平化公司等级把决策权力下放。这样“向上汇报”次数少了就会显著降低网络中不必要嘚开销。这其它答主也有提到

标准的压缩核心网方式,就是“不经过不必要的处理单元”换句话是控制结构和数据传输结构分离。当嘫现在还有很多其他的解决方案

一种比较好的压缩网络结构思路是现在学术界很火热的“fog computing”雾计算,就是把一些重复性计算工作下放鼡无线接入端(基站等)做计算处理单元,这样就可以当做一种另类的“计算缓存”大大降低网络延迟。

另外一种就是非常正统的当嘫也是非常热的研究方向"wireless caching”无线缓存,这种思路是缓存内容以降低传输延迟。

这些就是5G中的延迟部分进展主要是MAC层技术,大概在讲怎麼有效调度资源怎么降低时延。

5G中还有其他很多不同的指标比如“降低能量损耗”,“提高用户服务质量”“提高小区容量”,这昰每一句话都是一个非常大的话题背后有很多研究所,很多大学都做出了非常棒的工作其中的每个小领域都有很多人在研究,但是因為跟问题无关我就不仔细介绍了

所以,您也可以看到5G是通信产业界和学术界联合运作的结果,标准组织(产业界)提指标选择合适技术囷指导技术方向,研究机构和大学提出解决方案完善技术路线(当然,时间顺序并不一定是这样的)如果解决方案中有瑕疵,那么学术堺继续完善最终达到性能指标。

产业和学术一起合力最后才是完整的5G。

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