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无线通信技术持续演进 5G又能解决什么问题?

2015-12-04 11:31
路过的码农
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        国内三大运营商的4G建设正在火热的进行中,前几天报道5G的先期技术规划已经开始,华为等公司已经开始投入开发工作。作为一种典型的延续性技术,5G的到来看来是不可避免的,但是其必要性值得讨论。

  从第一代的模拟无线通信技术到现在的4G技术,新一代通信技术替代上一代通信技术总体思路为频谱利用效率越来越高,单位通话或者数据成本越来越低。

  第一代的无线通信技术为模拟技术,采用的是频分多址方式,频谱的利用效率非常低下。GSM诞生之初的目的为使用数字技术取代模拟技术,提高语音通话的质量,提高频谱利用效率,降低组网成本。GSM可以说是迄今为止最为成功的无线通信技术,可以实现全球漫游。GSM主要解决的是语音通话问题,而随着对移动数据的要求提高,提出了第三代移动通信技术(3G)。第三代通信技术的最大的技术特征是采用了码分多址技术(CDMA),由于全球各国看到了移动通信技术方面的巨大的利益,提出了互不相关的三个制式的通信技术,导致了全球3G网络的事实上的割裂,全球的漫游的便利程度远不如GSM。3G在发展过程中随着技术的发展提出了多个版本,数据业务速率一直在提高,但是受制于CDMA技术,频谱利用效率会有极限,而且随着4G的到来,其发展最终停止了。

  4G网络是一个基于数据业务的网络,最大的优点是数据速率方面的提高。与3G最大的技术上的区别是采用了OFDM编码,频谱利用效率已经有了极大的提高,而且FDD和TDD两种制式仅仅是在空口上有区别,实际上可以认为一种技术。4G网络并不象2G/3G网络一样支持语音通路,采用VoLTE技术之后可以支持语音业务,实际上这是一种IP电话,语音业务的数据量相对于数据业务来说是非常小的,部署VoLTE之后,4G网络的语音业务容量可以说是接近无限的。类似于模拟到数字转换的GSM协议,4G协议有希望取得一样的成功。4G网络的最大的缺点是全球频段众多,现在3GPP划分的4G频段共有44个,频率从700MHz到3.6GHz,导致在设计终端的时候非常复杂,如现在的国内的全网通手机需要支持GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE,频段多达17个,即使支持如此之多的频段,全球漫游上还是需要使用GSM网络进行。

  4G网络提高数据速率有一部分的功劳还是通过获得更多的频谱资源实现的,4G支持的频带宽度是可变的,最大可以到20MHz,在宽频带和OFDM高效编码的支持下,才能达到CAT4标准下最高150Mbps的下载速率。载波聚合(CA)功能是在多个载频共同工作情况下获得更高的下载速度,这也是通过获得更宽的频段来获得更高的速度,付出的代价是手机需要支持多个射频接收芯片和天线。用户在使用这么快的网络是有前提条件的,就是当前网络中只有你自己在使用,如果多个在共同使用移动网络,这150Mbps是共享的,越多的人使用速度就会越慢。原因就是移动网络的开放特性,用户共享当前的频段,在人员过度密集的地方4G的使用会出现严重的堵塞。也是由于这一特性,运营商无法象有线网络一样把成本降低到可以让用户随意使用的程度。举例来说一个覆盖半径为300米的基站,同时有100个人使用移动网络看视频,此时网络会极度繁忙,而在有线网络上,1000个人同时看视频也不是问题。针对人员密集问题,目前运营商解决的办法是采用微蜂窝技术,增加小范围内基站的数量。以智能天线为代表的空间分集技术不成熟,此种技术要求天线单向发射,此种技术目前并没有解决的希望。

  5G技术的提出总体来说还是要提高数据通信的速率,同时降低单位数据业务的成本。从目前公布的主要技术,如:密集网络部署,多天线阵列技术,用户速率,发射功率,能耗效率等关键技术和5G本身并无关系,在4G范围之内都可以解决,5G要做的事情还是要解决频谱利用效率的问题。而且4G受到的移动网络开放性带来的问题在5G时代还是同时存在的,密集的网络部署成本很高,而且只解决了点的问题,无法解决面的问题。点的问题还有更为廉价的解决办法就是WIFI,WIFI由于成本的关系,不需要复杂的基站和网络中心等基础设施建设,发展速度大大的快于移动通信技术,802.11ad标准已经可以达到5Gbps的通信速度,而且WIFI诞生之初就是点的解决方案,不存在面的问题,而且由于成本低廉,多部署几个点不是问题。

  简化下看5G实际上只需要解决一个问题,就是在移动中观看视频的问题,其他好处如单一标准带来的全球漫游、终端设计简化等问题会因为全球频段不再统一,而可编程滤波器无法实现的问题而无法实现。既然5G标准仅能解决一个问题,那么5G会到来么?作为一种典型的延续性技术,5G一定会到来,所谓的延续性技术就是这个圈内的所有企业都处于一种囚徒困境中,你做不到别人做得到,你做的差了别的企业就会超过你,所以你只能把后面延续的技术做的最好。要打破这个圈子只能从圈子外部给予破坏才能做的到,这个圈子目前非常稳固,原因就是用户对数据业务的需求参考有线网络,有线网络目前用户还未完全满意,移动网络也就有更大的发展空间,要打破这个圈子需要满足用户对数据通信速度和价格的要求,而不能有太大的不方便才可行。看好互联网企业所做的免费WIFI能打破这个圈子。

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