5G网速要比光纤更快

2019年05月15日 来源:

外媒刊文称,5G络的下载速度有望达到1Gbps,随着技术日趋成熟,最终有望到达10Gbps。以下为文章全文:

每隔10年左右,移动络就会更新换代。

第一代移动络大约出现于1980年,当时的便携式需要依赖摹拟技术。

第二代移动络1991年出现,络开始实现数字化。

到2001年,第三代移动络利用更高效的分组交换取代了笨重的旧式电路切换技术。

大约2010年,第四代络大规模采取IP技术,可提供移动装备和宽带上。移动络每次迭代都会带来新的频带、更快的速度和更加强调数据流,而非简单的语音传输。

最近,无线运营商开始畅想第五代络(5G)将会什么样。他们都有一种紧迫感,因为谷歌(微博)和Facebook等行业外的科技巨头正威胁打乱他们的业务。如果移动运营商可以在内部达成共鸣,他们希望在2020年左右提供第五代移动络。

听起来,这是个雄心勃勃的目标。但是未来数年将经历无数的讨价还价,政策制定者与标准支撑者将会游说各国运营商和电信公司争取对各自发展至关重要的好处。可是希望正变得更大,与此前的移动技术迭代不同,5G络将实现真正的全球标准,即允许游客在世界任何地方使用自己的,无需在当地购买和更换SIM卡。

我们期待中的5G什么样?在现阶段,有关5G络只有少数几件事能够确定。如果它能够满足社会增长需求,即无处不在,并可瞬时连接络,这种络的潜伏期(即响应时间)仅需要1毫秒。今天2种装备之间通过4G络通话的响应时间大约是50毫秒,而依然被广泛使用的3G服务则需要500毫秒。

4G络现在不足够快,特别是基于云计算的系统通过多线程方式向无人驾驶汽车发送紧急指令时。此外,4G络也不够好,无法在会议期间为与会者提供无缝翻译,更别说医生在实行远程救命手术时指挥其手中的手术刀了。许多实时的无线运用最多只能有1毫秒的延迟。

另外一个基本要求是开始时每秒的传输数据率为1Gbps,随后每秒传输速率应加速数倍。如果移动用户想要在他们的和平板电脑上观赏超高清视频(比如4K和8K)等,他们就需要这样的速度。

今天,基于LTE技术的4G络每秒钟可传输10到100Mbps数据,这主要取决于流量设置。大多数移动运营商仍然在推销自己的LTE服务,而少数运营商已开始安装最新的LTE-Advanced设备。这种技术数据传输的峰值高达每秒1Gbps。但在现实世界中,其传输数据率约为250Mbps。

那末,与最好的4G络相比,5G络将有多大改善呢?具体很难确定。但是有鉴于此前每次络迭代时都会以10倍速度提升,5G络的下载速度应该有望达到1Gbps,而随着技术日益成熟,终究有望到达10Gbps。这类无线比特率甚至已超越了当前光纤络的速度,后者目前正被用于支持家庭互联接入和观看高清电视。

相比前一次技术迭代,载波聚合与MIMO天线两大技术给了LTE-A以巨大优势。这两种技术都非全新技术,但它们都有望在帮助5G络兑现承诺过程中发挥重要作用。其中,载波聚合可通过收集多个基站的信号提高下载速度,而非只采取附近最强大的一个信号。这些不同的通道往往来自不同频谱和不同频带,但是经过有效组合后,它们可以形成单一粗长管道,允许以更高的速率传输数据。LTE-A有多达5个分量载波,每个都可以提供20兆赫宽带,它们可以聚合成100兆赫宽的单一载波。

鉴于全球频谱资源都处于短缺状态,大多数移动电信公司竭尽所能抢购频率。结果,很少有电信公司的频谱是连续的。幸运的是,载波聚合不但允许移动运营商提高数据传输率,也允许他们将各自不同的频谱整合起来。当5G投入运用后,无线络世界将变得更加拥堵,载波聚合技术将变得更加重要。

MIMO天线也同样重要。它支持通过2个以上的天线传输2个以上的数据流,接收天线则可以处理所有到来的信号,而并非选择最强的一个。这就好比多车道的高速公路取代了单车道的乡村公路。无论在传送端还是接收端,今天的MIMO常常都配置3个或4个天线。但是如果每一端配置10个甚至100个天线会如何?这将促使下载速度显著增加,远比可用的频谱更加高效。

然而,频谱未来依然充满不确定性。今天的无线设备多拥堵在700兆赫到2.6吉赫频率部分。一旦5G络投入使用,今天4G和3G络占用的大量频谱将突然闲置起来。移动运营商还需要为不选择立刻升级到最新设备的数以百万计的订阅用户提供传统服务,这可能需要延续数年时间。

5G络最明显的发展前景是从今天的UHF频率转移到SHF频率,后者位于3吉赫到30吉赫之间,甚至转移到30吉赫到300吉赫的EHF频率。当前,这些频率的使用非常少,只有卫星电视、微波中继链路、空中交通管制雷达、射电天文学以及业务无线电台在使用。

在世界大多数地区,60吉赫左右的频率常常被指定为公用。他们实行新的802.11ad标准,WiFi社区计划利用未经授权的60吉赫频率提供超超清视频流。在典型配置中,802.11ad可以传输高达6Gbps的数据流。

固然,这些技术也一样存在缺点。第一,这种极端频率很容易被墙壁乃至移动的人所阻。通过与空气中的氧份子产生共振,这些频率也能被大气吸收,虽然这类吸收效应在100多米范围之外就变得不太明显。可是,70吉赫以上的频率却会在大气吸收中消失。芬兰络基础设施公司诺基亚据说已经在实验室中实现短距离70吉赫、115Gbps的传输速度。

所有这一切都表明,5G需要比当前蜂窝基站塔更接近用户的基站,这已成为一种趋势。到目前为止,与WiFi调制解调器差不多大的微基站(microcell)已经被用于建筑内部,用于克服不良的移动信号接收。为了满足5G需求,需要数以百计的微蜂窝络接入点,以弥补现有蜂窝基站的缺口。将小型天线盒将其固定在街灯柱和建筑物旁,当新的蜂窝基站塔近来建立起来时,很少有人注意到它们。

人们很容易认为,即使物联将数以十亿计的数字设备添加到聊天电波中,5G的技术基础将依然能够提供潜伏带宽,未来移动络将不再需要迭代。的确,许多络架构师认为,5G可能终结更新换代的困扰。其后所需要做的一切,就是进行进化改进。这是个非常棒的想法。但从过去的经验来看,未来总能找到方法去挫败最聪明的预言家。

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