科普向 | 5G 通信技术相比 4G 通信新加入了哪些技术?为什么会更快?

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与4G相比,5G是一项新技术

毫米波

即毫米波技术(频率约为3~300Ghz),5G所需的带宽非常大,只能选择向高频方向发展,但随着频率的提高,损耗也随之增加,而且覆盖性能会越来越差,那么在使用高频毫米波的前提下如何保证覆盖性能呢?这个问题可以通过大规模MIMO(Massive MIMO)技术来解决。

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大规模MIMO

MIMO技术相信在2018年发布的iPhone XS和iPhone XS Max设备上很多用户都知道,即多个天线端口同时发射和接收,以增加分集增益。

4G通信时代以4天线、8天线为主。然而,当5G时代使用的大规模MIMO技术使用30GHz频段时,基站最多可以使用256根天线同时发射和接收。使用70GHz频段时,基站最多可以使用1024根天线进行发送和接收,如此大量的天线,与4G相比,提升会非常明显。

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但随着大规模MIMO技术中天线数量的增加,波束会变窄,覆盖范围也会受到影响。观察下图可以发现,从左到右分别是“单天线”、“双天线”、“多天线”的波浪形状。当仅使用单个天线时,无线信号将均匀覆盖各个方向。三个移动设备接收信号强度相等;使用双天线时,信号覆盖具有一定的方向性,正下方的信号覆盖明显强于左、右、顶部;当使用多个天线时,这种情况更为严重,并且覆盖范围更窄,设备#2能够获得更好的覆盖范围,而设备#1和设备3则更难获得信号。幸运的是,这个问题可以通过Beam Management(光束管理)技术来解决。

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光束管理

中文翻译为“波束管理”:基站向各个方向发射特定的参考信号,终端检测并反馈给基站,基站判断终端的方向。目前实现仍存在一定难度,很多技术细节仍不确定。

LDPC 编码

5G通信技术放弃了4G中使用的Turbo编码,采用LDPC编码。与前者相比,LDPC编码具有校验矩阵稀疏性的优势,这使得译码算法的延迟更短,在编译长码时更具优势。