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移动端

一、无线网络:浸入数据之海(1)

《大话5G——走进万物互联新时代》在5G席卷全球的大背景下,本书对5G的相关知识进行通俗解读,以满足大众对5G的求知欲。本节为大家介绍无线网络:浸入数据之海。

作者:S^2 微沙龙来源:机械工业出版社|2017-12-05 15:37

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十年前,大多数用户的手机还仅用于打电话和发短信,如果你的手机支持上网,你的上网速率应该在 30~40kbit/s左右。如今,截止到 2015年 6月,根据中国互联网络信息中心( CNNIC)发布的《中国互联网络发展状况统计报告》,我国手机上网用户中通过 3G/4G上网的比例为 85.7%。人们日常生活对网络依赖正在不断加深,如同四周被数据的海洋包围,这种徜徉的感觉难以割舍。

第二章 5G愿景—梦想带动现实

一、无线网络:浸入数据之海(1)

1. 沉浸在网络中生活

十年前,大多数用户的手机还仅用于打电话和发短信,如果你的手机支持上网,上网速率应该在 30~40kbit/s左右,恭喜你!那说明你的手机很先进呦,已经会使用数据业务啦!

如今,截止到 2015年 6月,根据中国互联网络信息中心( CNNIC)发布的《中国互联网络发展状况统计报告》,我国手机上网用户中通过 3G/4G上网的比例为 85.7%,3G/4G带给人们的应用体验犹如下图所示。

除 3G/4G外,WiFi无线网络也成为主要的上网方式,截止到 2015年 6月,83.2%的网民在昀近半年曾通过 WiFi接入互联网,其中在家里接入 WiFi无线网络的比例昀高,为 88.9%。移动网速在十年中增加近 30倍,从 30~40kbit/s增加到 1Mbit/s左右。

智能终端用户的普及、移动互联网的发展促使人类生活方式和信息交互方式发生巨大变化,人与人之间的联系、人对信息的获取相比历史任何时期都更加方便。然而,德国著名哲学家亚瑟·叔本华说过:“人的本质就在于他的意志有所追求,一个追求满足了又重新追求,如此永远不息。 ”

目前,国内三大运营商正在从 4G向 4G+过渡。在 4G+的网络下,手机上网下载速率昀高可达 300Mbit/s,上传速率昀高可达 50Mbit/s。而为了进一步增强 LTE网络速率,主流设备商都已经提出 4.5G概念并推出相关设备,以便填补 5G设备到来前的 5年时间空白。 4.5G网络设备可以实现 1Gbit/s的峰值速率, 2016年 4月华为帮助 TeliaSonera在挪威发布了全球首个 4.5G移动网络,峰值速率达到 1Gbit/s,到 2016年年底,全球预计商用部署 60张 4.5G商用网络。

4G正盛未衰, 5G已未雨绸缪。人们看到未来增强现实( AR)、虚拟现实(VR)、超高清视频、移动云等新型业务的发展将使人的工作和休闲方式更加数字化、信息化,如同浸入数据之海,人可以在其中无限畅游,随时随地汲取需要的数据信息。

“浸入数据之海”的完美体验,通过现有 4G和 4.5G的 LTE技术框架已经无法满足。现有的无线网络对于一个用户观看 2K视频平均需要 4Mbit/s的带宽,4K视频则需要 18Mbit/s,而 VR则需要 175Mbit/s。加上现有网络的速率通常会受到不同程度的损耗,所以需要更大的网络容量才能支撑 VR高品质画面的传输。有研究表明当前 300Mbit/s峰值网络速率对于有线的 VR或 AR也许可以支撑,但体验并不是最佳。 VR要实现完美的虚拟现实体验,每秒要处理高达 5.2Gbit的数据量,时延要低于 20ms。5G网络的下载速度有望达到 1Gbit/s,可以很好地解决因传输延时带来的眩晕。

全球知名的投影机制造商 Optoma(奥图码)近日推出了一款专为 PC 端设计的无线 VR头盔,让用户摆脱了线缆的束缚。其透露是利用 60GHz频段高速 WiFi(昀高传输速率为 6Gbit/s)来实现 VR效果。

面对新的业务需求,甚至某些是“疯狂”的需求,无线通信的专家和工作者再次思考新的 5G系统设计和实现方式,他们认为 5G系统需要通过一系列增强移动宽带技术来满足未来爆炸式增长的用户数据流量需求。

2. 三种典型网络需求

人们日常生活对网络依赖正在不断加深,如同四周被数据的海洋包围

(见图 2-2),这种徜徉的感觉难以割舍。在对数据网络的依赖中,有三个应用场景非常典型,即:连续广域覆盖场景(用户置身于连续的无线信号覆盖中)、热点高容量场景(局部区域无线通信用户密度较大或用户信号流量巨大)、高速移动场景(例如高铁上的数据应用)等。连续广域覆盖、热点高容量、高速移动场景这三个场景严格来说并不能算是 5G系统独有场景,在 3G的 CDMA、4G的 LTE系统设计时,都有针对这三个场景的描述,5G系统与 3G、4G系统的区别在于对这三个场景的指标要求要远远高于 3G、4G系统。

在我国 IMT-2020(5G)推进组组织发布的“ 5G愿景与需求”白皮书中提出 5G需要具备比 4G更高的性能,支持 0.1~1Gbit/s的用户体验速率,每平方公里一百万的连接数密度,毫秒级的端到端时延,每平方公里数十 Tbit/s的流量密度,每小时 500km以上的移动性和数十 Gbit/s的峰值速率。其中,用户体验速率、连接数密度和时延为 5G昀基本的三个性能指标。同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比 4G,频谱效率提升 5~15倍,能效和成本效率提升百倍以上。ITU在 ITU-R M.2083-0文件中给出 5G(IMT-2020)与 4G(IMT-advanced)系统的关键指标对比图。

通过上图,我们提取出 5G在连续广域覆盖、热点高容量、高速移动等场景下的技术指标。

(1)连续广域覆盖场景

连续广域覆盖场景是移动宽带通信的典型场景,未来 5G系统一般采用低(<6GHz)频段部署进行广域覆盖,目前考虑 700MHz或 4GHz左右频段。


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