5G
是第五代移動蜂窩網路技術的簡稱,
是
具有高速率、低時延和大連線特點的新一代寬頻移動通訊技術,是實現人機物互聯的網路基礎設施。
5G的核心技術
5G
的核心技術主要包括毫米波(波長短,頻段高,無法繞過障礙物),小基站(由於波長的限制,小基站避免訊號穿牆),大規模
MIMO
(多個天線提供多種內容服務,保證高速率),波束成形(定向輸出,避免干擾),全雙工(可行同時進行上行下載服務)。
流量費用
5G
使用的是授權頻段,移動運營商需要購買使用這些頻譜,並且需要
佈署
足夠多的基站來覆蓋更多的使用者,因此
5G
技術如果要取代
Wi-Fi
,那麼運營商需要推出無限流量的套餐,價格也會更加昂貴。
相比之下
Wi-Fi
使用免授權的無線頻譜,任何人都可以免費使用。而且因為
Wi-Fi
使用輸出功率非常低的裝置可以讓無線電訊號保留在室內,從而使同一地點使用相同頻段而不受干擾。就價效比來說,人們更傾向選擇在室內場所使用
Wi-Fi
。
網路覆蓋
5G
網路技術採用的是超高頻頻譜,頻段為
24GHz
-
52GHz
,頻率越高衍射現象越弱,穿越障礙的能力也就越弱,所以
5G
訊號很容易衰弱。
如果保持
5G
訊號的覆蓋需要比
4G
建設更多的基站。而且由於訊號的衰減,如果在大樓的內部,物理阻隔較多的情況下,訊號衰減就更加嚴重了,如果遇到地下室等極端場景,
5G
訊號更無法覆蓋。
另外,現在幾乎所有智慧裝置都有
Wi-Fi
模組,大多數物聯網裝置也配備了
Wi-Fi
模組,出口只用一個公網
IP
地址,區域網內部佔用大量地址也沒關係,使用者在自己的
Wi-Fi
網路下管理這些裝置都很方便,因此
Wi-Fi 6
就室內覆蓋方面來看,依舊無法被完全替代。
網路容量
(頻寬
x
頻譜效率
x
終端數量
=
總容量)
5G
的優點在於它的載波聚合技術,提升了頻譜利用率,大大提升了網路容量。在
3G/4G
時代,當用戶在人群密集的場所如地鐵、車站等地方使用手機上網時,可以明顯感覺到上網延遲變大,網速變慢。而在
5G
時代,隨著網路容量大幅提升上述現象帶來的影響明顯降低。也正因如此,讓人們覺得
5G
網路下可以無限量接入。
然而,隨著物聯網時代的到來,入網裝置的數量也在大幅提升,過多的上網裝置直連區域內的基站後勢必會造成擁堵現象,而要想降低基站塔的負擔,就必須依靠
Wi-Fi
進行分流。
速率
5G
技術宣傳的最重要的
3
個特徵是高速度、大容量、低時延,其實最新一代的
802。11ax
(
Wi-Fi 6
)速率比
5G
還要快,單流峰值速率
1。2Gbps
,而
5G
網路峰值速率
1Gbps
。
平均來看,
Wi-Fi
每升級一代所用的時間大約只是行動網路的一半左右,所以從最新的
Wi-Fi 6
開始,速率會持續領先於行動網路。
移動端電池耗電
終端的各種移動訊號接入質量好與差也與電池耗電量有關。當訊號變差時,移動終端會自動增加發射功率來提升訊號質量,導致電池耗電量增加。
由於
Wi-Fi
的訊號源基本是在室內範圍,而
5G
訊號在室外幾十公里外的基站,這樣就導致移動終端上傳資料時,
Wi-Fi
的傳送距離遠遠小於
5G
訊號。
通常情況下
5G
的通訊距離是
Wi-Fi
的幾千倍以上,這樣就需要手機的訊號發射強度大大增加,因此增加了耗電量。
以
4G
為例,使用網路資料半小時,
Wi-Fi
會比行動網路節省
5%
的電量。
Wi-Fi 6
支援
TWT
功能,可以在業務需要時自動喚醒,在業務不適用時自動休眠,進一步節省了電量。
Wi-Fi 6
是新一代
802。11ax
標準的簡稱,是
Wi-Fi 5
(
802。11ac
)的進階版,在繼承了
Wi-Fi 5
的所有先進
MIMO
特性的同時,為了完成三項技術指標,即高頻寬、低時延和泛連線,
Wi-Fi 6
還新增了許多針對高密部署場景的新特性
。
Wi-Fi6
的核心技術
OFDMA
分頻多重進接技術、
MU-MIMO
技術、更高階的調製技術
(1024-QAM)
、空分複用技術(
SR
)、
BSS Coloring
著色技術、擴充套件覆蓋範圍(
ER
)、目標喚醒時間(
TWT
)和
WPA3
加密技術。
OFDMA正交分頻多重進接技術
在
Wi-Fi 6
之前,資料傳輸採用的是
OFDM
模式,在每一個時間片段上,單個使用者佔據所有子載波,併發送一個完整的資料包。而
Wi-Fi 6
中引入的
OFDMA
正交分頻多重進接技術,透過將子載波分配給不同使用者,並在
OFDM
系統中新增多址的方法來實現多使用者複用通道資源,即支援從路由器側向終端同時傳送資料包,大大提升了傳輸效率,降低了傳輸時延,比較適合低頻寬應用和小包報文傳輸場景。目前,根據裝置廠商的不同,有的僅支援下行
OFDMA
,有的併發使用者數並不高,像高通
Wi-Fi 6
方案這種既支援上下行
OFDMA
,併發處理能力又能達到
37
個的,實屬少數。
MU-MIMO技術
MU-MIMO
技術是使用通道的空間分集在相同頻寬上傳送獨立資料流的一種技術,與
OFDMA
不同,所有使用者都使用全部頻寬,從而帶來多路複用增益。比如在
AP
中引入
MU-MIMO
技術,可以實現
AP
在同一時刻與多個終端之間同時傳輸資料,大大提升了吞吐量和每使用者速率,比較適合高頻寬應用和大包報文傳輸場景。作為
Wi-Fi 6
標準的可選特性之一,目前主流的路由器都是
4x4 MU-MIMO
配置,只有少數廠商的產品可支援
8x8 MU-MIMO
。
1024-QAM調製技術
為了進一步提高系統容量、降低時延,提高多使用者高密場景下的效率。
Wi-Fi 6
中引入了
1024-QAM
正交幅度調製,相比
Wi-Fi 5
採用的
256-QAM
正交幅度調製,每個符號位傳輸資料從
8bit
提升至
10bit
,單條空間流資料吞吐量提升了
25%
,不過該調製方式對通道質量的要求較高。
空分複用技術(SR)
與
Wi-Fi 5
只能執行在能在
5GHz
頻段不同,
Wi-Fi 6
可執行在
2。4GHz
和
5GHz
兩個頻段。根據
Wi-Fi
傳輸原理,在任意指定時間內,一個通道上只允許一個使用者傳輸資料,因此通道資源非常寶貴,雙頻段在一定程度上可以緩解可用通道太少的問題,提升系統整體吞吐容量。進一步來說,我們在選型時,如果選擇那些支援雙頻併發的器件,還可以收穫更低的時延效果。
BSS Coloring著色技術
BSS
著色技術是一種同頻傳輸識別機制,可以通俗地解釋為
“
我的地盤我做主
”
。主要透過在
PHY
報文頭中新增
BSS color
欄位對來自不同
BSS
的資料進行
“
染色
”
,為每個通道分配一種顏色,該顏色標識一組不應干擾的基本服務集(
BSS
),接收端可以及早識別同頻傳輸干擾信 號並停止接收,從而降低裝置之間的相互干擾,增加每個裝置自身的網路通訊能力,避免收發機時間浪費。
擴充套件覆蓋範圍(ER)
Wi-Fi 6
採用了
Long OFDM symbol
傳送機制,用來降低丟包率,每次資料傳送持續時間從原來的
3。2us
增加到了
12。8us
。同時為了降低頻段噪聲干擾、增加終端接收靈敏度和系統覆蓋距離,
Wi-Fi 6
還引入了窄帶傳輸技術,最小可低至
2MHz
頻寬。
目標喚醒時間(TWT)
目標喚醒時間(
TWT
)是一種資源排程功能,透過協調喚醒,可以使等待的終端進入休眠狀態,進而節省移動終端的功耗,提高終端的可使用時間,這也是
Wi-Fi 6
可選特性之一,一向非常注重功耗的高通便在其
Wi-Fi
解決方案中支援目標喚醒時間功能。
WPA3加密技術
WPA3
加密技術並非
Wi-Fi 6
標準本身指定的新的安全增強功能或要求,是一部分龍頭企業在推出其產品時新增的功能,比如高通。
WPA3
將簡化無顯示介面裝置的安全設定流程,在接入開放性網路時,透過個性化資料加密增強使用者隱私的安全性,從演算法層面來講,相比
WPA2
的
128
位加密演算法,
WPA3
的
192
位
CNSA
等級演算法破解難度更高。
宏觀來說5G技術更先進,優於Wi-Fi 6。
通常
WLAN
技術迭代週期為
4-5
年,而移動無線標準技術在
8-10
年左右。
Wi-Fi 6
理論速度可達
10Gbps
,
5G
無線網路速度在
10Gbps
至
20Gbps
之間。
Wi-Fi 6
與
5G
效能峰值接近,對高頻寬低延遲需求的應用場景有極強的互補性。
互補共存:
Wi-Fi 6
適用於室內覆蓋,
5G
適用於室外覆蓋。由於
5G
前期投入費用高,難以短時間內實現廣而全的覆蓋率。
Wi-Fi 6
作為價效比更高的解決方案,可以補上
5G
通訊室內穿透性差、覆蓋率低、功耗高的問題。
互為驅動:
Wi-Fi 6
提供了一個類
5G
的室內平臺,這將刺激智慧城市、物聯網、
VR/AR
等多方面應用開發。最終,
5G
時代的廣泛應用將反過來推動
Wi-Fi 6
的全面鋪展。
在
Wi-Fi
問世的
20
年間,不斷聲音與疑問提出
Wi-Fi
是否可被蜂窩移動技術網路取代,對於使用者來說,似乎兩者體驗感並沒有很大的差別,因此總有
2g
、
3g
、
4g
與
Wi-Fi
的比較和兩者關係的討論。
如今,
5G
與
Wi-Fi 6
成為最新一代網路技術,比較的話題呼之欲出。
5G
網路的主要優勢在於,資料傳輸速率遠遠高於以前的蜂窩網路,最高可達
10Gbit/s
,比當前的有線網際網路要快,比先前的
4G LTE
蜂窩網路快
100
倍。
另一個優點是較低的網路延遲,擁有更快的響應時間,低於
1
毫秒。然而,兩者的應用場景模式是不相同的。
Wi-Fi
主要用於室內環境,而
5G
則是一種廣域網技術,它在室外的應用場景更多,因此可以成為室內室外互補的網路技術。
此外,兩者從技術角度來看也有一定互補性,例如使用速度、網路容量、網路覆蓋等方面看,
Wi-Fi
能解決、分擔
5G
網路的不足之處。
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