Почему 5G быстрее 4G?

Почему 5G быстрее 4G? Фактически, модернизация технологии беспроводной связи после 3G заключается в том, чтобы определить сначала цель, а затем перейти к проектированию системы и выбору технологии в соответствии с целью. Следовательно, реальный вопрос должен звучать так: «Что делает 5G быстрее 4G?»

Эта статья ответит на этот вопрос с двух сторон:

Часть 1. Как 5G увеличивает скорость передачи?

Согласно теореме Шеннона верхняя граница пропускной способности канала в битах в секунду (бит/с) является функцией доступной полосы пропускания и отношения сигнал/шум канала. Теорема может быть сформулирована как:

Apple Inc. - известная американская многонациональная технологическая компания, основанная Стивом Джобсом, Стивом Возняком и Рональдом Уэйном в апреле 1976 года. Она проектирует, разрабатывает и продает бытовую электронику, компьютерное программное обеспечение и онлайн-услуги.

C = B * log2(1+ S/N)

где C - достижимая пропускная способность канала, B - ширина полосы пропускания линии, S - средняя мощность сигнала, а N - средняя мощность шума.

5G увеличивает скорость передачи данных, увеличивая «B» и уменьшая «N» в формуле. В частности, он включает следующие три метода:

1. Используйте миллиметровые волны для увеличения пропускной способности.

2. Примените более совершенное формирование луча для улучшения отношения сигнал / шум.

3. Массивные MIMO используются для улучшения полосы пропускания и отношения сигнал / шум.

Используйте миллиметровые волны для увеличения пропускной способности

В настоящее время диапазон частот от 300 МГц до 3 ГГц, используемый в беспроводной связи первого-четвертого поколений, имеет преимущества проникновения и широкого покрытия, но есть очень фатальный недостаток: полоса частот слишком узкая, и в нем установлено много беспроводных устройств. этот частотный диапазон. Распределение спектра скоро иссякнет. Для передачи данных с большой емкостью и высокой скоростью единственный доступный спектр может быть выше 3 ГГц.

Полоса частот поглощения кислорода и полоса частот поглощения водяного пара в спектре миллиметровых волн (3 ~ 300 ГГц) не могут использоваться для связи. Таким образом, полоса частот миллиметрового диапазона составляет 252 ГГц. Фактически, полоса частот миллиметрового диапазона, выделенная для сетей связи 5G в спектре различных стран, составляет около 3–6 ГГц. Но этого достаточно, чтобы увеличить скорость передачи данных более чем в 10 раз. (Напротив, все сети связи от 1G до 4G перегружены в частотном спектре ниже 3 ГГц).

Более продвинутое формирование луча

Антенны базовых станций сетей 4G в основном являются всенаправленными. Но для 5G это не лучший выбор. Действительно, сети 5G сильно страдают от сложных погодных условий из-за узкого покрытия миллиметровых волн 5G и больших потерь на трассе. Следовательно, необходимо улучшить конструкцию луча, чтобы сфокусировать передаваемую энергию и повысить качество принимаемых сигналов. Фактически, направленный луч после формирования луча может помочь улучшить зону покрытия базовой станции, а энергия сигнала базовой станции будет более эффективной.

Фактически, формирование луча в 5G также должно решать проблемы слежения за пользователем с использованием массивного MIMO и узкого луча миллиметрового диапазона, планирования переключения луча между ячейками и проблем LOS и NLOS базовой станции. Это также прекрасное направление исследований беспроводной связи. Многие люди в академических кругах сейчас рассматривают возможность разделения секторов в зоне действия базовых станций, чтобы облегчить переключение луча с помощью множества антенн.

Массивный MIMO

Система с множеством антенн в беспроводной связи должна назначать веса каждой антенне, чтобы улучшить пространственное разнесение и/или усиление мультиплексирования. На самом деле этот алгоритм нелинейный и сложный в плане вычислений. Чем больше антенн, тем сложнее.

Но что удивительно, так это то, что когда количество антенн очень и очень большое, простое линейное предварительное кодирование может очень хорошо приблизиться к оптимальному результату. Итак, Massive MIMO привлек много внимания с момента своего предложения.

Массивный MIMO в 5G может иметь большое количество приложений, не только большие макробазовые станции, но и небольшие передатчики миллиметрового диапазона также могут быть оснащены системами Massive MIMO. Поскольку антенны миллиметрового диапазона имеют узкие лучи и небольшую длину антенны, они больше подходят для приложений Massive MIMO.

Возвращаясь к теме, преимущество Massive MIMO заключается в максимальном использовании ресурсов воздушного пространства. Он может обеспечивать несколько лучей, обслуживающих пользователей соты одновременно, посредством формирования диаграммы направленности, и может одновременно увеличивать отношение сигнал / шум пользователя и увеличивать скорость передачи данных.

Часть 2. Как 5G сокращает задержку передачи?

Задержка, о которой мы здесь говорим, - это задержка в оба конца, которую, вероятно, можно понять как общее время, необходимое для передачи данных между сетью доступа и базовой сетью. Поскольку скорость распространения радиосвязи относительно фиксирована и не может быть сжата, есть два способа уменьшить ее: уменьшить потери сигналов и сжать обработку сети. Способ уменьшить потери сигнализации - свести к минимуму ненужную сигнализацию, такую как

• Сокращение времени оценки канала за счет полнодуплексной технологии.
• Уменьшение префикса CP сигнала OFDM и сжатие длину кадра OFDM.
• Проектирование базовых станций миллиметрового диапазона в сетях, чтобы уменьшить помехи и задержку.

Сжатие сети

Сжатие сетевой обработки и понимания изображений призвано сгладить иерархию компании и децентрализовать полномочия по принятию решений. Таким образом, количество «отчетов» будет меньше, а ненужные расходы в сети будут значительно сокращены. Об этом говорят и другие респонденты.

Стандартный способ сжатия базовой сети - «не пропускать ненужные блоки обработки», другими словами, структура управления отделена от структуры передачи данных. Конечно, есть много других решений.

Лучшим способом сжатия сетевой структуры является «туманные вычисления», которые очень популярны в академическом мире, которые заключаются в децентрализации некоторых повторяющихся вычислительных задач и использовании терминалов беспроводного доступа (базовых станций). В качестве вычислительных процессоров. Его можно использовать в качестве альтернативного «вычислительного кеша», который значительно снижает задержку в сети.

Другое очень ортодоксальное и, конечно, очень горячее направление исследований – беспроводное кеширование. Эта идея заключается в том, чтобы кэшировать контент, чтобы уменьшить задержку передачи.

Туманные вычисления

Вычисления тумана. Это прогресс части задержки в 5G, в основном технологии уровня MAC, которая, вероятно, говорит о том, как эффективно планировать ресурсы и как уменьшить задержку. В 5G есть много других различных показателей, таких как «снижение энергопотребления», «улучшение качества обслуживания пользователей» и «увеличение емкости соты». Каждое предложение - это очень большая тема. За этим стоит множество научно-исследовательских институтов. Университет проделал огромную работу, и в каждой из этих небольших областей обучается много людей, но, поскольку это не имеет ничего общего с проблемой, я не буду рассказывать об этом подробно.

Таким образом, вы также можете видеть, что 5G - это результат совместной работы индустрии связи и академических кругов. Организация по стандартизации (отрасль) предлагает индикаторы, выбирает подходящие технологии и направляет технические направления, а исследовательские институты и университеты предлагают решения для улучшения технического маршрута.