2019-12-30 09:02:35
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第四代蜂窩網(wǎng)絡(luò )技術(shù)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，在現實(shí)中由于系統性的多面原因，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(luò )技術(shù)——5G來(lái)了。5G可使用6GHz以下的中低頻段進(jìn)行中長(cháng)距離通信，短波頻率則可使用24GHz以上的毫米波進(jìn)而提供高帶寬通信服務(wù)。根據5G的預期承諾，能實(shí)現支持高達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(wú)線(xiàn)信號可能會(huì )被墻壁、樹(shù)葉或空氣等吸收。而光纖電纜中的光束可能會(huì )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(shí)，會(huì )出現信號變弱、不穩定的情況。
眾所周知，信息傳遞都需要媒介，而數字信號也是一系列的信息符號，在選擇信息傳輸渠道時(shí)便需要權衡取舍。模擬無(wú)線(xiàn)電是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波“空中”傳輸的，它可以在長(cháng)距離的各個(gè)方向上承載簡(jiǎn)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(wèn)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(chēng)為其帶寬。帶寬的計算簡(jiǎn)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(gè)信道可以發(fā)送多少信息，因此更多的帶寬也就意味著(zhù)更多的信息容量。
在給定固定數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(zhù)名的香農-哈特利定理(通常稱(chēng)為香農極限)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(wú)需徹底理解數學(xué)定理，這反映的也就是：更多的帶寬意味著(zhù)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(zhù)容量越小。香農定理使我們可以利用某種介質(zhì)的物理特性，例如銅線(xiàn)或光纖，能快捷的計算出我們可能會(huì )擠出多少的容量，即使目前的手段還不能實(shí)現也能給出計算上的結果。
通常而言，信號傳播的距離越長(cháng)，信號功率因衰減而變得越弱。根據香農定理，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(huì )走多遠的情況下就不可能談?wù)撔诺赖娜萘俊?/p>
無(wú)線(xiàn)寬帶解決了與有線(xiàn)和光纖等有線(xiàn)技術(shù)根本不同的問(wèn)題。有線(xiàn)技術(shù)可將服務(wù)提供到固定地點(diǎn)，例如家庭或企業(yè)端。無(wú)線(xiàn)技術(shù)通過(guò)空中向移動(dòng)設備提供數據服務(wù)，這是向大型公共區域提供靈活的寬帶服務(wù)的唯一方法。
在過(guò)去的二十多年中，無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)寬帶技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統中和諧共存。但是，一些行業(yè)代表認為，5G無(wú)線(xiàn)寬帶將能夠直接與有線(xiàn)寬帶展開(kāi)全新的競爭甚至于會(huì )完全替代有線(xiàn)寬帶。
無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的部署還受到有線(xiàn)系統不受限制的約束。低頻無(wú)線(xiàn)信號的應用中，例如AM/FM廣播和廣播電視，可以不成問(wèn)題地穿過(guò)樹(shù)木、建筑物和露天區域等環(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的距離。雖然2.4 GHz WiFi可以穿過(guò)墻壁，但5 GHz WiFi便會(huì )面臨穿透性差的問(wèn)題。據悉，下一代WiFi技術(shù)稱(chēng)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(xiàn)通信。
4G通過(guò)在700 MHz和2.6 GHz頻段之間進(jìn)行運行，可以為距離較遠的農村、鄉鎮的設備提供服務(wù)。從技術(shù)上講，4G系統應該能夠為低移動(dòng)性設備提供1 Gb/s的下載速度。但是，在現實(shí)世界中，大多數運營(yíng)商提供的速度實(shí)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(cháng)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(xiàn)和編碼技術(shù)的改進(jìn)將使載波能夠更好地利用相同頻譜。在吞吐量方面，長(cháng)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，在最佳情況下它能夠達到數百 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(wú)法穿過(guò)大多數墻壁，茂密的樹(shù)葉甚至還會(huì )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(zhù)mmWave不能很好地用于室外到室內的通信。mmWave發(fā)射器將更像WiFi，可以為較小的開(kāi)放區域提供服務(wù)，暫不能成為4G的現成替代品。
5G還有望改善4G的延遲問(wèn)題。盡管?chē)鴥韧膺\營(yíng)商都承諾會(huì )維持在1~4毫秒之間，但這些數字僅適用于mmWave頻譜。國外的一些測試發(fā)現，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。