简述实现5G的五项底层技术

一.毫米波


1.什么是毫米波

目前大部分手机和电子产品设备都在3000Hz到6GHz频段中工作。而毫米波就是6GHz以上的频段。(根据光速=波长*频率,波长越长,频率越低)

2.为什么要用到毫米波

原来是因为连入3000Hz到6GHz频段中的设备就是手机电脑,然而现在,随着新技术的逐渐增加,连入该频段的设备越来越多,这就导致这一频段十分拥挤,带宽不够分,会导致网速变慢和掉线等情况。因此需要开拓全新频段的带宽。

3.毫米波的应用范围

刚开始普通用户使用24KMHz到40KMHz这段范围的授权频谱,而60KMHz到70KMHz这段频谱被设定为共享频谱,用于关键业务,包括智慧城市基础设施,自动驾驶和医疗服务等等,这些业务要求连接不能中断,网速高,时延低。当用户使用的24KMHz到40KMHz这段范围的频谱实在拥挤,可以从共享频谱中借出一点暂时给用户使用。

4.毫米波的缺点

毫米波所在的更高频段虽然具有更大的带宽,能够传输更快,因为波长太短,不能够穿透建筑物,容易被会被大气吸收,容易被雨雪和建筑物散射吸收。


二.大规模MIMO



1.什么是MIMO

MIMO就是Multiple-Input Multiple-Output,多根天线发送,多根天线接收。

而且当前的多输入多输出是指的小规模多输入多输出,而大规模多输入多输出是对多输入多输出的扩展,将单个基站的天线数量增加到数百个。

2.为什么要使用大规模MIMO

运用到大规模MIMO可以将整个时空上的优越性用到极致。因为随着每个用户的联网设备逐渐增多,大规模MIMO必不可少。部署了大规模MIMO之后,在每平方公里内能够连接到网络上的设备将超过100w台。

3.MIMO的应用场景

人口聚集的地方例如城市枢纽,体育馆,演唱会等等,再也不用担心网络不好了。

4.MIMO的缺点

天线过于密集会导致信号波相交并且相互干扰,干扰会导致数据出错甚至彻底被毁坏。可以通过波束成形解决。


三.波束成形


1.什么是波束成形

波束成形是一种信号传输技术,可以在多个设备之间定向传播,而不是广播式地传播。

2.为什么要使用波束成形

基站发射信号的时候,是向周围广播的,这样就导致大部分的能量和资源被浪费,导致信号地损失;同时广播的信号回对相同区域的其他信号也可能相互干扰。

波束成形通过在基站上布设天线阵列,通过对射频信号相位地控制,使得相互作用后地电磁波波瓣变得非常狭窄,并指向它所提供服务的设备,并且能根据设备的移动而转变方向。达到跟踪设备路径的效果。

这样将全向的信号覆盖变成了精准定向服务,并且保证波束之间不会相互干扰问题,解决了MIMO的问题。

3.波束成形的关键

增加基站的天线和设备上的天线的数量。(设备例如手机上其实有天线,因为太短直接装到手机内部了,为什么太短?因为接收的波长与天线数量成正比,我们接受的的电磁波频段越来越高,波长也越来越短,自然天线就短了。)


四.小基站


1.什么是小基站

小基站其实就是字面意思,体积比较小的基站,基站就是负责提供网络覆盖。根据尺寸,小基站又被分为宏基站,微基站,微微基站和毫微微基站,可以安装信号难以覆盖的地方。

2.小基站在5G下的应用

小基站在5G中将用于克服毫米波的损失,路由波束成形之后的信号。实现不论用户身处何处都能享受稳定高速低时延的传输。同时可以解决体育馆和演唱会等连接设备密集的区域带来的网络信号阻塞的问题。


五.全双工


1.全双工技术是什么

全双工是一种通信模式,全双工技术可以让设备同时上传和下载数据。

2.为什么要使用全双工

因为如果发出和接收的信号在同一频率,则会产生极强的自干扰,导致无法提取到有用的信号。同时也因为如果上传和下载不能同一时刻进行传输,会大大降低网络的传输速度,试想,当上传数据的时候不能下载数据,或者下载数据的时候不能上传数据,频谱利用率大大降低。

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