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5G网络与4G相比,有什么区别?

云叔_又拍云 2月27日 发布于前端 tech.upyun.com

5G 是 2018 年移动通信领域的热词。从中兴的芯片卡脖事件,联想 5G 投票风波再到华为频遭威胁。这些事件都引起了大家对于 5G 的关注,那么 5G 到底是什么,它和 4G 有什么区别呢?

5G网络与4G相比,有什么区别?

2月27日 发布,来源:tech.upyun.com

5G 是 2018 年移动通信领域的热词。从中兴的芯片卡脖事件,联想 5G 投票风波再到华为频遭威胁。这些事件都引起了大家对于 5G 的关注,那么 5G 到底是什么,它和 4G 有什么区别呢? 今天就来简单扒一扒它们的关系和区别。

从 1G 到 5G

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在说 5G 和 4G 之前,我们先来了解下从 1G-5G 发生了怎么样的改变?

1G:这是指第一代无线电话技术,即移动通信。它使用模拟信号,速度高达2.4kbps。那时的大哥大没有屏幕只能打电话

2G(GPRS):这是指第二代移动技术。使用数字电信标准。数据速率介于 56-114kbps。2G 实现了语音通信数字化,功能机有了小屏幕可以发短信了。

3G(WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMA): 指第三代移动电话技术。它提供 384kbps 的数据速率,因此可以轻松浏览网站和流式传输音乐。

而 4G 指的是第四代移动技术,被称为 LTE(长期演进)。比起1G-3G,它是这几种中最好的,与家中或办公室的 Wi-Fi 一样,稳定快速。

5G 是第 5 代移动通信技术,是 4G 系统后的延伸。美国时间 2018 年 6 月 13 日,圣地牙哥 3GPP 会议订下第一个国际 5G 标准。相比前者,5G 网络主要有三大特点,极高的速率 (eMBB)、极大的容量(mMTC)、极低的延时(URLLC)。我们就通过它的三大特定来讲讲与 4G 之间的不同。

5G VS 4G

高速度

我们都知道,通信依赖托电磁波,而电磁波的频率资源很有限,频率不同,速度也就不同。频率资源就像车厢,越高的频率,车厢越多,相同时间内能装载的信息就越多。所以频率越大,带宽也就更大,速度就越快。

目前我们 4G 使用的都是低频段,它的优点在于性能好,覆盖面广,能够有效减少运营商在基站的投入,节省资金。但缺点就是,用的人多,数据传输的“路”就会出现拥窄现象。尽管已经对现有的技术进行过优化,但速率的提供依旧有限。而 5G 使用的就是高频段,使用高频不但能缓解低频资源的紧张,由于没有拥窄现象,使得“道路”更加宽广,提高带宽的速率。但受限于高频的传播性能,传输所以很多的高频段频率资源没有被使用,正是5G可以好好利用的资源。

但是如何解决高频通信的传播问题呢?

这就需要依靠大规模天线(massive MIMO)了,MIMO就是“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天线发送,多根天线接收。容我找个示意图(大概是这样子的):

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高频资源的频率很高,波长就很短,在天线设计时就可以做到天线阵子和他们之间的距离很小,就可以在很小的范围内集成天线阵列。天线阵子数量的增加可以带来额外的增益,结合波束赋形,波束追踪技术以弥补高频通信在传播上的受限。

在这些特性下,5G 提供高达 10Gbps 的峰值数据下载速率。4G 的峰值速率大概为 100Mbps,速度提升 100 倍。 理想情况下,用户能在几秒内下载 1 G 大小的高清视频。4K 视频需要最低 25Mbps 的下载速度,4G 达不到这个要求。所以,在 5G 环境下 4K 视频直播成为可能。另外,VR/AR 对带宽的需求是巨大的,5G为 VR 等虚拟化实现成为可能。就像文中的第一张图一样,2G 可以看苍老师的小说,3G 可以看苍老师的图片,4G 可以看苍老师的视频,而 5G 则是可以在 VR 中与苍老师进行互动。

大容量

高频段毫米波能够提升传输速率,但高频信号很难穿过固体。随着传输距离的增加,传输速率会相比 4G 的低频段下降的更快。为保证高效稳定的传输速率,需要更多基站,以便稳定的信号传输效果。 5G 技术引入了体积小,耗能低的微基站,这种基站可以安装部署在城市的任何位置,可以安装到路灯、信号灯、商场、住房等等。每个基站可以从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。信号接收均匀,承载量大,形成泛在网,解决高频段长距离传输差的缺点。

这也让物联网成为一种可能。在 5G 网络中,除了智能手机、PC 等常见 3C 产品。更多的终端设备也可以纳入到网络中,如可以通过网络控制的智能家具产品,如智能插座、智能空调、智能冰箱以及智能穿戴设备等等。而在物联网领域中,不同的应用场景。网络的需求不尽相同。一些终端设备需要大量实时数据快速处理反馈,而一些终端设备只需要少量数据或几个 bit 的数据传输。它对传输的速度反应要求都不高,甚至可能一两月才更新少量的数据。比如水表、电表类的使用量信息显示。所以在 5G 网络中,需要能自动识别出设备终端对网络的需求,分别使用不同的网络带宽。当少量数据传输时, 5G 智能识别使用耗能较小的窄带网络对数据的传输,从而有效减少能源的消耗和使用,保证终端设备的低耗长时运作的使用性。实现真正的万物互联。

低延时

相比 4G 来说,5G 在现有的技术架构上进行了很大的优化和调整。为实现超低延时,5G 从接入网、承载网、核心网、骨干网各个方面一起着手进行。

在大幅度降低空口传输延时的同时,尽可能减少转发节点,缩短节点之间的距离。引入网络切片技术,把物理上的网络切片,划分为 N 张逻辑网络以适应不同应用场景。 将核心网控制功能下沉,部署到接入网边缘,趋近用户,缩减传输距离,减少延时。

4G 网络应用服务器集中于中心机房,距离终端远,中间需要经过多个传输节点。5G 通过边缘计算技术将接入网与互联网业务进行深度融合,在接入网边缘部署计算、处理和存储功能的云计算设备,构建移动便捷云,提供信息技术服务环境和云计算能力。可以减少数据传输过程中的转发和处理时间,降低端到端的延时。

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低延时让无人驾驶成为可能。一辆汽车在 60Km/h 的速度下。50ms 的刹车紧急制动的距离为 1m,10ms 为 17 cm, 1ms 为 17mm。 在 4G 网络延迟大概为 50ms。50ms 的时间大概制动距离为 1m。这可能就是生死间的差距,而 5G 网络低至 1ms 的延迟,让自动驾驶在马路上保障行驶安全成为可能。大家都知道重庆万州公交坠江时间,如果当时公交车使用的是 5G 技术,搭载智能监控和智能系统管理,当发现车辆偏离正常轨迹,要冲出桥堤的时候,紧急制定系统通过低延时特性,1ms 中刹住,可能就不会造成悲剧的发生了。

4G 实现数据速率大幅提升,进入了移动宽带时代,成就了互联网,改变了人们的生活方式。无论是点餐、外卖、支付等都被移动端改变,白领日常订餐、周末睡个懒觉,饿了吗、美团等,手机 App 上一健点餐、快速配送上门、网上支付快捷又便宜,生活被外卖改变,外出都变少了;网上购物的便利,去实体店、超市都变少了,直接网购搞定。再到直播服务斗鱼,熊猫平台的兴起,以及短视频快手,抖音的大热,也同样改变我们的娱乐方式。

4G 改变生活,而 5G 将会改变整个社会。从 VR/AR 等虚拟物品、虚拟人物、增强情景信息等方式给人们全新的媒体体验。它还将进入物联网时代,并渗透进至各行各业。车联网、智能制造、全球物流跟踪系统、智能农业、市政抄表等。当 5G 到来之时,亦是社会颠覆之际。从而走向数字化,信息化的智能世界。

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王新宇 · 3月27日

了解下 感谢

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边关听雪 · 3月11日

nice

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