5G:中国速度!

技术最前沿 2019/06/11 00:05

5G速率有多快?

伴随全球各地5G商用

一波网友测速行动也来了

新知图谱, 5G:中国速度!

4G和5G对比测试

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但要说最火的

可能是最近在网络爆红的一段《5G 中国速度!》测速视频...

该5G试验网测速达到了1.3Gbps

可以秒下一部高清电影

网友们直呼中国5G速度真快啊

我国将于近期发放5G牌照

这也意味着不久将商用

想必大家对中国的商用5G速度都十分期待吧

所以

我们今天就来聊聊5G速率那点事

要提升无线网速,无非三板斧:频率带宽、MIMO和调制方式。

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我们通常把移动通信网络比喻为一个高速公路系统,频段带宽就像是道路的宽度,带宽越大,道路越宽,当然同时能跑的车辆就越多,也就提高了速度。

MIMO技术就好像是在现有道路上又建了一个立体多层的道路,显然整体运输能力会大幅提升。

而调制方式就相当于小汽车与大客车的区别,调制阶数越高,就好比是大客车,里面可乘载的人(bit)数越多;调制阶数越低,就好比是小汽车,里面可乘载的人数越少。

这些年来,从2G到4G,移动通信网速不断提升,无非就是在不断扩宽道路,不断加建立体多层交通,不断地将小汽车换成大客车,从而整体提升道路运载能力。

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回忆一下早期的4G LTE,频率带宽(单载波)为20MHz,MIMO传输为2层,最大调制方式为64QAM,下行峰值速率为150Mbps。

现在进入5G时代,频率带宽(单载波)目前主要为100MHz,下行最高可支持单用户8层和多用户12层MIMO传输,最大调制方式可达256QAM,显然,在道路宽度和层数上,5G NR比4G LTE有了成倍提升,自然5G NR的峰值速率将基于150Mbps成倍增长。

那么,5G峰值速率最高可以达到多少?

现在我们来做一道计算题。

要做完这道计算题,先来了解一下5G NR的物理层特性。

相较于4G LTE,5G NR定义了更广泛的频率范围,包括两大频段范围FR1和FR2,FR1(450MHz-6GHz,即小于6GHz频段),FR2(24.25GHz-52.6GHz,即毫米波频段)。

FR1的单载波(CC)带宽高达100MHz,FR2的单载波带宽高达400MHz,而LTE的单载波带宽最大为20MHz。

5G NR还定义了灵活的帧结构,与LTE的15KHz子载波间隔不同,5G NR可灵活扩展子载波间隔,包括15KHz、30KHz、60KHz和120KHz等。在NR帧结构中,无线帧长依然为10ms,子帧长为1ms,这是固定的,但时隙长度和符号长度随子载波间隔不同而变化。

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此外,众所周知,LTE资源调度的最小单位是一个RB(resource block),一个RB由频域的12个子载波组成,每个子载波为15KHz。RB数量取决频谱带宽,单载波带宽为20MHz的LTE的RB数量为100个。

对于5G NR,具有不同的子载波间隔,不同的单载波带宽对应的RB数量当然也不同,具体如下图:

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比如,以子载波间隔为30KHz、100MHz 单载波带宽为例,对应的RB数量为273。

So,我们现在就来计算一下,5G NR在100MHz单载波带宽下,理论峰值速率可以达到多少?

具体计算如下:

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N MIMO = 4

N MIMO 为MIMO层数,设定下行为4层(单用户MIMO)。

N MOD = 8

N MOD 为每个调制符号的bit数,设定调制方式为256QAM,即每个符号的bit数为8位。

R MAX = 948/1024

R MAX 为最大编码率,5G NR数据信道编码采用LDPC码,LDPC的最大编码率为948/1024。

N RB = 273

N RB 为单载波的RB(资源块)数,当5G NR单载波带宽为100MHz(FR1,比如3.5GHz频段),对应的RB数为 273。

T symbol = 35.7μs

T symbol 为每个OFDM符号的时长。如上图,当子载波为30KHz时,每个OFDM符号时长为35.7μs。

R OH = 0.14

R OH 为每个无线帧的开销率。在实际中,需要考虑典型的无线信道开销,如控制信道、参考信号、毫米波相位降噪信号等。通常,小于6GHz频段开销率为0.14,毫米波频段为0.2。

计算结果:

4 × 8 ×(948/1024)×(273 × 12 /35.7μs) ×( 1 - 0.14)

=2337Mbps=2.34Gbps

也就是说,在100MHz 5G NR带宽下,5G手机支持4天线接收时,5G网络的理论峰值速率可以达到2.34Gbps。

当然,这只是理论峰值速率哈,在实际部署和测试中,还需考虑TDD上下行分配比率、信号质量、小区同时服务用户数等因素,实测速率会更小。

这就是5G速率随手一测就可以达到几百兆,甚至过千兆的原因!

此外,5G还支持双连接和载波聚合(CA),未来可聚合多达16个载波,从而可实现更高的传输速率。

比如,若支持4个100MHz载波聚合,峰值速率相当于提升4倍,可达到9.35Gbps;若支持8个100MHz载波聚合,峰值速率可达到18.7Gbps,这就是我们说5G峰值速率可达10-20Gbps的原因。

值得期待的中国5G速度!不只是网速,还有中国建网速度!

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