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无线通信探究,从1G到5G

2019-02-18 14:31
来源: 亿欧网

举个例子

假设手机基站用100Hz表示1,105Hz表示0,这时又接进一个新电话,那新电话的1可以用110Hz,0用115Hz,如果再来新电话,依次类推。这就是1G的思路,简称FDMA。

这样2个电话就用掉了从100Hz到115Hz的频段,占用的15Hz就叫带宽。外行也看出来了,这路子太费带宽了。好在那会的手机只是传个语音,数据量不大,但也架不住手机数量的增加,很快就不够用了!

换个思路,大家都用100Hz表示1,105Hz表示0,但是第1秒给甲用,第2秒给乙用,第3秒给丙用,只要轮换的好,5Hz的带宽就够3个手机用,就是延时严重点而已。这就是2G的思路,简称TDMA。

再到后来,数据量越来越大,2G也玩不转了。不过,只要有需求,就不怕没套路:在各自的信号前面加上序列码,再揉成一串发送,接收端按序列号只接受自己的信号。就好像快递员一次性送了一叠信过来,大家按照信封上的名字打开各自的信。这就是3G的思路,简称CDMA。本僧这把年纪的人,应该都被联通的CDMA广告轰炸过吧?

再发展就是正交频分多址技术,把2个互不干扰的正交信号揉成一串发送。所谓正交信号,和量子力学的叠加态有点类似。把信号叠在一起发送,就是4G的思路,简称OFDMA。

每个终端在网络上都有一个地址,所以这种让很多手机一起打电话的技术,从1G到4G,统称:多址接入技术。咱5G特别时髦,叫“新多址接入技术”,这货怎么个“新”法呢?

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稀疏码多址接入、非正交多址接入、图分多址接入……好吧,我承认有点云里雾里了,总体思路就是叠加更多信号或者把前面的技术混到一起,这里涉及大量的数学知识,奉劝各位好自为之吧!

暂时就说这么多吧,5G要实现10Gb/秒的峰值速率、1百万的连接数密度、1毫秒的时延,必须要先解决这三大关键技术。

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2016年4月,华为的第一阶段“关键技术验证”,主要也是验证这仨技术。新多址接入采用滤波正交频分复用、稀疏码多址接入、极化码,结合大规模天线,吞吐率提升10倍以上,在100MHz带宽下,平均吞吐量达到3.6Gb/秒;全双工采用了无源模拟对消、有源模拟对消和数字对消三重对消框架,可以实现113dB的自干扰消除能力,获得了90%以上的吞吐率增益。

2017年6月,华为完成第二阶段“多种关键技术融合测试及单基站性能测试”,在200MHz带宽下,单用户下行吞吐率超过6Gb/秒,小区峰值超过18Gb/秒,配套业内首个小型化5G测试终端,单个5G基站可同时支持上百路超高清4K视频。

2018年9月,华为完成第三阶段“基于独立组网的5G核心网关键技术与业务流程测试”。

这三个阶段测试,华为均以100%通过率顺利完成。

除了三大关键技术之外,无数用户要组成网络,事情自然少不了。比如,分配传输资源和指挥交通一样让人头大,一条道路分配不合理,半个城市就得跟着瘫痪,所以,华为完成关键技术验证后,又花了2年时间才进行独立组网测试。再比如,能耗不能太离谱,价格不能高上天,诸如此类的基本要求。

又是芯片

可以看到,5G要处理的数据量远大于4G,所谓数据就是1,0,但凡涉及1,0的东西,基本都用芯片。控制电磁波发射要用射频芯片,编码解码要用基带芯片,等等,这些也属于5G核心关键技术。

2019年1月24日,华为发布了全球首款5G基站核心芯片:天罡,以及,全球首款单芯片多模5G基带芯片:巴龙5000。既然是世界首款,免不了拿下N个全球第一。

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把条件放宽到调制解调芯片,玩家就比较多了。5G的主流频率是28GHz,有能力处理这个频段的芯片,目前是4家。

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高通是最早的,三星是唯一做到39GHz的,华为是工艺最先进的,英特尔是哪里都不掉队的,台湾联发科据说马上也要来了。

多说一句,华为2018年2月发布的这款巴龙5G01芯片,因块头太大无法用在手机上,2019年1月就推出了手机使用的巴龙5000,同时还没耽误手机处理器芯片麒麟和服务器芯片鲲鹏,这进展还是不错的!

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