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中国计划投1800亿美元建设 5G 网络,5G 到底有多重要?

发布时间:2017-06-19 来源:金属加工
关键字: 5G 工业大数据

  在这几年,4G 通信刚刚进入寻常百姓家。5G 通信又映入人们眼帘,根据此前报道:7 年斥资 1800 亿!中国要建全球最大 5G 网络。那么,5G 通信相对于 4G 通信到底有哪些技术进步?中国掌握了哪些 5G 通信关键技术?斥资 1800 亿美元建设全球最大的 5G 网络到底能带来哪些好处?

  5G 通信相对于 4G 通信的进步

  5G 指的是第五代通信技术,具有连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠性等特点,而这些就是 5G 通信相对于 4G 通信的最显著进步。

  连续广域覆盖指的是能在偏远山区、地下车库、高速移动状态下,以保证用户的移动性和业务连续性为目标,为用户提供 100Mbps 以上的高速业务体验,换言之,就是信号覆盖范围更广,网速更快,而且在现在 4G 网络表现不是特别好的地下车库,或者高铁等快速移动的场景能有比较流畅的体验。

  热点高容量指的是在人口密集区为用户提供 1Gbps 用户体验速率和 10Gbps 峰值速率;在流量热点区域,可实现每平方公里 10-100Tbps 的流量密度。也就是在人口高度密集的区域,再也不用担心因为过多 4G 用户同时使用网络而导致网速下降或者网络拥堵了。

  低功耗大连接能够提供具备超千亿网络连接的支持能力,满足 100 万 / km2 连接数密度指标要求。这项功能主要面对面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,对于提升城市管理能力、政府公共服务、森林防火,以及更好的打击犯罪维护社会秩序都有很大的积极意义。

  低时延高可靠指的是为用户提供毫秒级的端到端时延和接近 100% 的业务可靠性保证。这主要是面向自动驾驶、工业 4.0 等行业的特殊应用需求。毕竟自动驾驶对于延时和通信的可靠性要求非常高,如果达不到所需的要求很可能导致车毁人亡。

  从中可以看出,相对于 4G 通信,5G 通信能够提供覆盖更广泛的信号,而且上网的速度更快、流量密度更大,同时还将渗透到物联网中,实现智慧城市、环境监测、智能农业、工业自动化、医疗仪器、无人驾驶、家用电器和手持通讯终端的深度融合,换言之,就是万物互联。

  中国掌握了哪些 5G 关键技术

  由于 5G 通信标准依然在制定过程中,诸多技术也在发展,而且对于某些技术是否会成为 5G 通信的关键技术也存在争议,就此简单介绍下业界比较看好的一些关键技术。

  首先是多址。多址技术指的是解决多个用户同时和基站通信的问题,怎么来分享资源的技术,第一代通信采用的是 FDMA 技术,第二代通信采用的是 TDMA 技术,第三代通信采用的是 CDMA 技术,第四代通信采用的是 OFDMA 技术。

  高通在 3G 时代之所以能占据近乎统治地位,一定程度就得益于对 CDMA 专利的垄断,而在 4G 时代因为中欧联手 “去高通化”,没有通过 CDMA 进行演进,而是选择了 OFDMA 技术,加上其他一些因素,使得高通在 4G 时代跌落神坛。这些事例都表明多址技术的重要性。在 5G 标准争夺战中,多址是一个很关键的争夺点,现在流行看法就是 NOMA,不过也有学者持不同看法。

  其次是编码。编码有长码和短码组成,一般采用最短的二进制位数表示一个指令,二进制位数越短则效率越高,在指令数量不变的情况下,越常用的指令当然越短越好。然而,如果一味的追求指令简短,必然会导致很多指令不等长,而不等长的指令将造成接收端沉重的处理负担。如果用等长的长编码虽然可以解决不等长指令的问题,但显然会导致无效数据的大量传输,浪费带宽。

  在此情形下,工程师采取了折中的方案——把指令编成两个组或者三个组,常用的指令用相对短的二进制位数表示,不常用的指令用相对长的二进制位数表示,这样就解决了数据传输效率和减少接收端处理负担的矛盾。

  在去年,中国厂商主推的 Polar 与欧洲主推的 Turbo2.0、美国主推的 LDPC 开展了 eMBB 场景长码和短码方案的争夺。美国企业斩获了 eMBB 场景的长码和短码的编码信道(用来增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力),中国企业获得 eMBB 场景短码的控制信道(主要用于传输指令操作下级网络设备)。虽然在 eMBB 场景编码技术的博弈中,中国主推的 Polar 逊色于美国主推的 LDPC 一筹,但相对于毫无斩获的 Turbo2.0 还是要强不少。

  最后是多天线技术。多天线是一种增加容量的技术,在理论上能把容量提高很多倍。简单的说,就是在现有多天线的基础上通过增加天线数,甚至配置数十根甚至数百根以上天线,支持数十个独立的空间数据流,实现用户系统频谱效率的大幅提升。

  现在业界比较看好的是 MIMO 技术,大规模 MIMO 技术不仅能够在不增加频谱资源的情况下降低发射功率、减小小区内以及小区间干扰,还能实现频谱效率和功率效率在 4G 的基础上再提升一个量级。此外,射频调制解调技术、软频率复用技术也有望成为 5G 通信的关键技术,特别是软频率复用方面的重量级专利掌握在中国企业的手中。

  总体来说,中国在多项 5G 关键技术上取得重要突破,一些技术已经进入测试验证阶段。在最近,展讯第一版使用 FPGA 的原型机 Pilot V1 已完成与华为的对接实验,第二版原型机计划带宽将提高到 100M,并于 2017 年下半年与系统厂商进行对接。

  投入 1800 亿元能促进产业发展

  在 5G 时代即将到来之际,三大运营商投入 1800 亿美元建设 5G 通信网络是具有远见的举措,不仅能快速推进 5G 通信产业化,还能强大中国通信产业,并为有助于中国在 5G 通信标准中获得更大的话语权。

  对于制造业而言,如果用 5G 网络把工厂连起来,用统一的平台将中国的工厂连接起来,完善工业制造的大数据,飞机合作开发终端、汽车合作开发终端、舰船合作开发终端。这就能实现工业 4.0,进一步提升中国工业的技术水平和生产效率,完成中工业大国到工业强国的转变。

  另外,工业互联网还能有助于促进年轻人创业,降低创业的技术门槛和资金成本。如果投身制造业,在年轻人创业过程中,很大一块成本就是建厂、购买设备、训练工人,以及实现低成本的批量化生产。当工业互联网将工厂与工厂,工厂与普通人连接起来之后,则提供了另一种可能。在工业生产的淡季,工厂可以将闲置产能以租凭的形式放到网络上,有创意和想法的创业者可以通过网络和工厂对接,像操作手机 APP 一样输入产品参数,以获得工厂提供的定制化服务,产品则会送到约定地点。

  5G 还将改变人们的生活方式。随着自动驾驶技术的进一步成熟,自动驾驶将会逐步走入人们的生活,在 5G 网络将车辆连在一起之后,辅助以高精度地图,就能大幅方便人民群众的出行。5G 网络还使智能生活得以实现,用户可以依靠手机在千里之外对家中的一切了如指掌——在下班等待公交或地铁的途中,我们可以查看家里冰箱的食物储备,命令电饭煲加热米饭,微波炉加热食物,空调恒定温度,热水器烧热水,智能电商下载喜欢的电影......

  此外,智能穿戴设备与小孩、老人身上的智能硬件连接,在工作的闲暇,人们可以时刻掌握老人和孩子的情况。智能手表不仅可以实现语音通信、查看时间等功能,还能时时检测佩带着的脉搏、体温等健康数据。虚拟现实设备能使大家在家中就能获得身临其境的感受。各种传感器可以时时监控智能农场的光照、温度、湿度等参数,时时调整农作物获得的光照、化肥和水分,使农场实现无人化管理...... 这些功能所需要的庞大数据传输能力则由 5G 网络来解决。(来源:雷锋网 作者:铁流)


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