2019-12-30 09:02:35
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第四代蜂窩網(wǎng)絡技術在2008年被國際電信聯(lián)盟(ITU)指定為支持最高1 Gb/s的下行速度。但是，在現(xiàn)實中由于系統(tǒng)性的多面原因，通常最多只達到幾百兆比特，而平均只有幾十兆比特。
如今，第五代蜂窩網(wǎng)絡技術——5G來了。5G可使用6GHz以下的中低頻段進行中長距離通信，短波頻率則可使用24GHz以上的毫米波進而提供高帶寬通信服務。根據(jù)5G的預期承諾，能實現(xiàn)支持高達10 Gb/s的高吞吐量通信以及低至1~4ms的延遲。
在吸收性方面，無線信號可能會被墻壁、樹葉或空氣等吸收。而光纖電纜中的光束可能會被光纖玻璃芯中的微小缺陷吸收，當攜帶信號的光子被這些環(huán)境中的障礙物吸收時，會出現(xiàn)信號變?nèi)酢⒉环€(wěn)定的情況。
眾所周知，信息傳遞都需要媒介，而數(shù)字信號也是一系列的信息符號，在選擇信息傳輸渠道時便需要權衡取舍。模擬無線電是通過無線電波“空中”傳輸?shù)?，它可以在長距離的各個方向上承載簡單的信號?；ヂ?lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)在使用光纖電纜中以引導光波在遠距離傳輸大量信息中，需要建造和安裝大量的電纜，因此其主要存在昂貴的成本問題。
由于不同的通道可以承載不同頻率的EM波，通道可以承載的頻率范圍稱為其帶寬。帶寬的計算簡單地是從最大值中減去通道可以承載的最小頻率。范圍從0到1,000 Hz的信道具有1,000 Hz的可用帶寬，而范圍從100,000到101,000 Hz的信道具有相同的帶寬。帶寬有助于確定一個信道可以發(fā)送多少信息，因此更多的帶寬也就意味著更多的信息容量。
在給定固定數(shù)量的帶寬和恒定信噪比的情況下，信道可以承載的信息吞吐量有理論上的限制。著名的香農(nóng)-哈特利定理(通常稱為香農(nóng)極限)給出了其極限定式。C是信道支持的最大速度(信道容量);B是信道的帶寬;S是平均信號功率;N是平均噪聲功率;S/N即信噪比。
無需徹底理解數(shù)學定理，這反映的也就是：更多的帶寬意味著更多的容量，更好的信噪比也是如此。如果信道的帶寬和信號功率是固定的，那么噪聲越大意味著容量越小。香農(nóng)定理使我們可以利用某種介質(zhì)的物理特性，例如銅線或光纖，能快捷的計算出我們可能會擠出多少的容量，即使目前的手段還不能實現(xiàn)也能給出計算上的結果。
通常而言，信號傳播的距離越長，信號功率因衰減而變得越弱。根據(jù)香農(nóng)定理，這降低了SNR，并降低了信號可以攜帶的全部信息。因此，在不知道信號會走多遠的情況下就不可能談論信道的容量。
無線寬帶解決了與有線和光纖等有線技術根本不同的問題。有線技術可將服務提供到固定地點，例如家庭或企業(yè)端。無線技術通過空中向移動設備提供數(shù)據(jù)服務，這是向大型公共區(qū)域提供靈活的寬帶服務的唯一方法。
在過去的二十多年中，無線和有線寬帶技術在互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中和諧共存。但是，一些行業(yè)代表認為，5G無線寬帶將能夠直接與有線寬帶展開全新的競爭甚至于會完全替代有線寬帶。
無線互聯(lián)網(wǎng)的部署還受到有線系統(tǒng)不受限制的約束。低頻無線信號的應用中，例如AM/FM廣播和廣播電視，可以不成問題地穿過樹木、建筑物和露天區(qū)域等環(huán)境。由于較高的頻帶具有更多的帶寬，通?？蓴y帶更多的信息。
但是，高頻信號也更容易被吸收和散射，從而限制了它們可以傳輸?shù)木嚯x。雖然2.4 GHz WiFi可以穿過墻壁，但5 GHz WiFi便會面臨穿透性差的問題。據(jù)悉，下一代WiFi技術稱為是WiGig，它利用高達60GHz的頻帶。在該頻率下，60GHz路由器將最適合附近的視線通信。
4G通過在700 MHz和2.6 GHz頻段之間進行運行，可以為距離較遠的農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的設備提供服務。從技術上講，4G系統(tǒng)應該能夠為低移動性設備提供1 Gb/s的下載速度。但是，在現(xiàn)實世界中，大多數(shù)運營商提供的速度實際為下行10~50 Mb/s，上行3~20 Mb/s。
5G有望在吞吐量和延遲方面比4G有所改善。對于長距離鏈路，5G將使用4G當前使用的相同頻譜，例如介于700 MHz和4 GHz之間。天線和編碼技術的改進將使載波能夠更好地利用相同頻譜。在吞吐量方面，長距離5G可能不是邁出的重大一步：低于6GHz 5G部署的測試發(fā)現(xiàn)，在最佳情況下它能夠達到數(shù)百 Mb/s的速度。
除了重新使用4G頻譜外，5G還將支持26 GHz及更高 頻率的“毫米波(mmWave)”頻率。更高頻率的頻道很有吸引力，因為它們提供了更多可用帶寬，因此可以支持更高的最大吞吐量。使用mmWave頻譜，5G發(fā)射機將能夠提供更好的傳輸速度，在最佳條件下最大可達1到10 Gb/s。
但是由于毫米波信號的頻率比傳統(tǒng)的蜂窩信號高得多，因此它們遭受的吸收和散射要大得多。毫米波信號無法穿過大多數(shù)墻壁，茂密的樹葉甚至還會受惡劣的天氣影響。此外即使在晴朗的條件下，它們的功耗也比6 GHz以下的信號快得多。這意味著mmWave不能很好地用于室外到室內(nèi)的通信。mmWave發(fā)射器將更像WiFi，可以為較小的開放區(qū)域提供服務，暫不能成為4G的現(xiàn)成替代品。
5G還有望改善4G的延遲問題。盡管國內(nèi)外運營商都承諾會維持在1~4毫秒之間，但這些數(shù)字僅適用于mmWave頻譜。國外的一些測試發(fā)現(xiàn)，已發(fā)貨的低于6GHz的5G設備的空氣延遲在9到12毫秒之間，與4G大體相當。