5G實現(xiàn)高速網絡的技術原來跟差分晶振有這么大關系
來源：http://eitherspanlaw.com 作者：億金電子 2019年08月10
近兩年有關5G的各種報道早就傳的沸沸揚揚,不管是5G的網絡速度還是5G用途都吸引著廣大用戶的好奇心.都說5G手機比4G上網速度快.目前4G的峰值下載速率為1Gbps,下載一部高清電影可能要花半個多小時的時間.而5G的峰值速率有望達到10Gbps,下載同樣一部電影可能只要花幾分鐘時間.有人說,這只不過是炒作罷了.那到底5G的網絡是不是真如傳說中的那么快速呢？
關于5G未來將實現(xiàn)超大網絡容量,提供千億設備的連接能力,滿足物聯(lián)網通信.也因此5G成為一項通用目的技術,應用范圍遠超4G,因此對上下游產業(yè)的帶動力將更為突出.例如,eMBB場景下的虛擬現(xiàn)實、uRLLC場景下的智能制造,這些都是規(guī)模巨大的產業(yè),而這些產業(yè)背后所需的電子元件包括傳感器,IC,貼片晶振,石英晶體振蕩器,芯片等.
5G的經濟價值不僅體現(xiàn)在創(chuàng)造巨大的財富上,還體現(xiàn)為對其他產業(yè)和領域的改造和提升上,帶來社會生產和生活的全方位變革.遠的我們不說,就拿人人都熟悉的手機來講,5G手機速度快,主要依靠哪些技術？
頻譜擴展
5G網絡和4G大不同.首先從頻譜來看,1G到4G無線通信采用的 300MHz~3GHz 頻譜具有穿透性、覆蓋范圍廣等優(yōu)點,但存在一個非常致命的缺點：頻帶寬度過于狹窄,位于頻段內的無線設備數量眾多,頻譜分配即將枯竭.
全球5G先發(fā)頻段則是C波段（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz.此外,5G采用了寬頻方式定義頻段,形成了少數幾個全球統(tǒng)一頻段,大大降低了手機支持全球漫游的復雜度.5G的最大帶寬由20MHz增加到在C波段上最大支持100MHz,在毫米波上最大支持400MHz.
差分輸出晶體振蕩器
差分晶振也就是差分輸出石英晶體振蕩器,自身具有能夠識別微小信號的特點,啟振速度快至0秒,超高精密,低相位噪聲,低抖動,差分晶振是普通石英晶體振蕩器所達不到的,在5G應用中實現(xiàn)超快的傳輸速度.
新波形
5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術.OFDM技術被當今的4G LTE和Wi-Fi系統(tǒng)廣泛采用.因其可擴展至大帶寬應用,可具有高頻譜效率和較低的數據復雜性,因此能夠很好地滿足5G要求.OFDM 技術家族可實現(xiàn)多種增強功能,例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率,以及創(chuàng)建單載波OFDM波形,實現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸.
波束成形
Massive MIMO由于每個天線陣列集成了更多的天線,因此其主要挑戰(zhàn)是減少干擾.如果能有效地控制這些天線,讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強,就可以形成很窄的波束,而不是全向發(fā)射.這樣就能將有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸,不僅可使傳輸距離更遠,而且還能避免信號的干擾,這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術就叫做波束成形（beamforming）.
這一技術的優(yōu)勢不僅如此,它可以提升頻譜利用率,通過這一技術便可同時從多個天線發(fā)送更多信息.因此,波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠距離衰減的問題.
全雙工濾波器
最近幾年,同時同頻全雙工濾波器技術吸引了業(yè)界的注意力.5G網絡采用該技術,在相同的頻譜上,通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號,與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比,從理論上可使空口頻譜效率提高1倍.全雙工濾波器技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制,使得頻譜資源的使用更加靈活.
高級信道編碼設計
目前LTE網絡的編碼還不足以應對未來的數據傳輸需求,因此迫切需要一種更高效的信道編碼設計,以提高數據傳輸速率,并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置,同時,還要繼續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術（如LTE Turbo）的性能極限.
關于5G未來將實現(xiàn)超大網絡容量,提供千億設備的連接能力,滿足物聯(lián)網通信.也因此5G成為一項通用目的技術,應用范圍遠超4G,因此對上下游產業(yè)的帶動力將更為突出.例如,eMBB場景下的虛擬現(xiàn)實、uRLLC場景下的智能制造,這些都是規(guī)模巨大的產業(yè),而這些產業(yè)背后所需的電子元件包括傳感器,IC,貼片晶振,石英晶體振蕩器,芯片等.
5G的經濟價值不僅體現(xiàn)在創(chuàng)造巨大的財富上,還體現(xiàn)為對其他產業(yè)和領域的改造和提升上,帶來社會生產和生活的全方位變革.遠的我們不說,就拿人人都熟悉的手機來講,5G手機速度快,主要依靠哪些技術？
5G網絡和4G大不同.首先從頻譜來看,1G到4G無線通信采用的 300MHz~3GHz 頻譜具有穿透性、覆蓋范圍廣等優(yōu)點,但存在一個非常致命的缺點：頻帶寬度過于狹窄,位于頻段內的無線設備數量眾多,頻譜分配即將枯竭.
全球5G先發(fā)頻段則是C波段（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz.此外,5G采用了寬頻方式定義頻段,形成了少數幾個全球統(tǒng)一頻段,大大降低了手機支持全球漫游的復雜度.5G的最大帶寬由20MHz增加到在C波段上最大支持100MHz,在毫米波上最大支持400MHz.
差分輸出晶體振蕩器
差分晶振也就是差分輸出石英晶體振蕩器,自身具有能夠識別微小信號的特點,啟振速度快至0秒,超高精密,低相位噪聲,低抖動,差分晶振是普通石英晶體振蕩器所達不到的,在5G應用中實現(xiàn)超快的傳輸速度.
新波形
5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術.OFDM技術被當今的4G LTE和Wi-Fi系統(tǒng)廣泛采用.因其可擴展至大帶寬應用,可具有高頻譜效率和較低的數據復雜性,因此能夠很好地滿足5G要求.OFDM 技術家族可實現(xiàn)多種增強功能,例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率,以及創(chuàng)建單載波OFDM波形,實現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸.
Massive MIMO由于每個天線陣列集成了更多的天線,因此其主要挑戰(zhàn)是減少干擾.如果能有效地控制這些天線,讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強,就可以形成很窄的波束,而不是全向發(fā)射.這樣就能將有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸,不僅可使傳輸距離更遠,而且還能避免信號的干擾,這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術就叫做波束成形（beamforming）.
這一技術的優(yōu)勢不僅如此,它可以提升頻譜利用率,通過這一技術便可同時從多個天線發(fā)送更多信息.因此,波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋以及遠距離衰減的問題.
全雙工濾波器
最近幾年,同時同頻全雙工濾波器技術吸引了業(yè)界的注意力.5G網絡采用該技術,在相同的頻譜上,通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號,與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比,從理論上可使空口頻譜效率提高1倍.全雙工濾波器技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制,使得頻譜資源的使用更加靈活.
高級信道編碼設計
目前LTE網絡的編碼還不足以應對未來的數據傳輸需求,因此迫切需要一種更高效的信道編碼設計,以提高數據傳輸速率,并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置,同時,還要繼續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術（如LTE Turbo）的性能極限.
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