5G的六項關鍵技術是什麼?一文全讀懂!

2020-12-10 51CTO

5G的六項關鍵技術是什麼？一文全讀懂！

與4G相比，5G的提升是全方位的，支持0.1～1Gbps的用戶體驗速率，每平方公裡一百萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方公裡數10Tbps的流量密度，500Km/h以上的移動性能和20Gbps的峰值速率。

作者：周迪 徐愛華 宇視研究院來源：《中國安防》雜誌|2020-04-03 15:29

隨著工信部5G商用牌照的發放，我國正式進入5G商用元年。5G網絡作為第五代移動通信網絡，具有超高帶寬、超多連接、超低時延三大特性。與4G相比，5G的提升是全方位的，支持0.1～1Gbps的用戶體驗速率，每平方公裡一百萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方公裡數10Tbps的流量密度，500Km/h以上的移動性能和20Gbps的峰值速率。

5G背後的關鍵技術主要有網絡切片、毫米波、小基站、Massive MIMO、波束成形及全雙工等。

1.網絡切片

網絡面向不同的應用場景，大速率、低時延、海量連接、高可靠性等，將網絡切割成滿足不同需求的虛擬子網絡。每個虛擬子網絡的移動性、安全性、時延、可靠性，甚至計費方式等都不一樣，相互之間邏輯獨立，形成「網絡切片」。實現網絡切片的關鍵技術是NFV(Network Function Virtualization網絡功能虛擬化)和SDN(Software Defined Network軟體定義網絡)。NFV通過IT虛擬化技術實現網絡功能的軟體化，並運行於通用硬體設備之上，以替代傳統專用網絡硬體設備;而SDN實現了網絡基礎設施層與控制層的分離，從而可對網絡進行靈活調配、管理和編程(如圖1所示)。

2.毫米波

隨著連接到無線網絡設備數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬會極大地影響用戶的體驗。無線傳輸速率的提升一般通過增加頻譜的利用率或增加頻譜的帶寬來實現，毫米波技術屬於後者。毫米波指波長在1～10毫米的電磁波，頻率處於30GHz～300GHz的區間，大致位於微波與遠紅外波相交疊的波長範圍，因而兼具兩種波譜的特點。根據通信原理，載波頻率越高，其可實現的信號帶寬也就越大。以28GHz和60GHz兩個頻段為例，28GHz的可用頻譜帶寬可達1GHz，60GHz的可用信號帶寬則可達2GHz。使用毫米波頻段，頻譜帶寬較4G可翻10倍，傳輸速率也將更快。

3.小基站

毫米波技術的缺陷是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環境下傳輸並不容易，而小基站將解決這一問題。因為毫米波的頻率很高、波長很短，意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎。大量的小型基站可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。以250米左右的間距部署小基站，運營商可以在每個城市部署數千個小基站以形成密集網絡，每個基站就可以從其它基站接收信號並向任何位置的用戶發送數據。小基站不僅在規模上小於大基站，功耗也大為降低。

4.Massive MIMO

4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線。這些天線通過Massive MIMO技術形成大規模天線陣列，可以同時向更多的用戶發送和接收信號，從而將行動網路的容量提升數十倍甚至更大。正如隆德大學教授Ove Edfors所說，Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向，當傳統系統使用時域或頻域為用戶之間實現資源共享時，Massive MIMO則導入了空間域的新途徑，基站採用大量天線並進行同步處理，可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。

5.波束成形

Massive MIMO技術為5G大幅增加容量的同時，其多天線的特點也勢必會帶來更多的幹擾，波束成形是解決這一問題的關鍵。通過有效地控制這些天線，使它發出的電磁波在空間上互相抵消或者增強就可以形成一個很窄的波束，從而使有限的能量集中在特定方向上傳輸，不僅傳輸距離更遠，而且還避免了信號的幹擾。波束成形還可以提升頻譜的利用率，通過這一技術我們可以同時從多個天線傳輸更多的信息。對於大規模的天線基站群，我們甚至可以通過信號處理算法計算出信號傳輸的最佳路徑和移動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋、遠距離衰減的問題。

6.全雙工

5G的另一大特色是全雙工技術。全雙工技術是指設備的發射機和接收機佔用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信的兩端同時在上、下行使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式下的半雙工缺陷，這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技術。

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【責任編輯：

未麗燕

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