5G是第五代移动蜂窝网络技术的简称,是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,是实现人机物互联的网络基础设施。
5G的核心技术
5G的核心技术主要包括毫米波(波长短,频段高,无法绕过障碍物),小基站(由于波长的限制,小基站避免信号穿墙),大规模MIMO(多个天线提供多种内容服务,保证高速率),波束成形(定向输出,避免干扰),全双工(可行同时进行上行下载服务)。
流量费用
5G使用的是授权频段,移动运营商需要购买使用这些频谱,并且需要布署足够多的基站来覆盖更多的用户,因此5G技术如果要取代Wi-Fi,那么运营商需要推出无限流量的套餐,价格也会更加昂贵。
相比之下Wi-Fi 使用免授权的无线频谱,任何人都可以免费使用。而且因为Wi-Fi使用输出功率非常低的设备可以让无线电信号保留在室内,从而使同一地点使用相同频段而不受干扰。就性价比来说,人们更倾向选择在室内场所使用Wi-Fi。
网络覆盖
5G网络技术采用的是超高频频谱,频段为24GHz-52GHz,频率越高衍射现象越弱,穿越障碍的能力也就越弱,所以5G信号很容易衰弱。
如果保持5G信号的覆盖需要比4G建设更多的基站。而且由于信号的衰减,如果在大楼的内部,物理阻隔较多的情况下,信号衰减就更加严重了,如果遇到地下室等极端场景,5G信号更无法覆盖。
另外,现在几乎所有智能设备都有Wi-Fi模块,大多数物联网设备也配备了Wi-Fi模块,出口只用一个公网IP地址,局域网内部占用大量地址也没关系,用户在自己的Wi-Fi网络下管理这些设备都很方便,因此Wi-Fi 6就室内覆盖方面来看,依旧无法被完全替代。
网络容量(带宽x 频谱效率x 终端数量= 总容量)
5G的优点在于它的载波聚合技术,提升了频谱利用率,大大提升了网络容量。在3G/4G时代,当用户在人群密集的场所如地铁、车站等地方使用手机上网时,可以明显感觉到上网延迟变大,网速变慢。而在5G时代,随着网络容量大幅提升上述现象带来的影响明显降低。也正因如此,让人们觉得5G网络下可以无限量接入。
然而,随着物联网时代的到来,入网设备的数量也在大幅提升,过多的上网设备直连区域内的基站后势必会造成拥堵现象,而要想降低基站塔的负担,就必须依靠Wi-Fi进行分流。
速率
5G技术宣传的最重要的3个特征是高速度、大容量、低时延,其实最新一代的802.11ax(Wi-Fi 6)速率比5G还要快,单流峰值速率1.2Gbps,而5G网络峰值速率1Gbps。
平均来看,Wi-Fi每升级一代所用的时间大约只是移动网络的一半左右,所以从最新的Wi-Fi 6开始,速率会持续领先于移动网络。
移动端电池耗电
终端的各种移动信号接入质量好与差也与电池耗电量有关。当信号变差时,移动终端会自动增加发射功率来提升信号质量,导致电池耗电量增加。
由于Wi-Fi的信号源基本是在室内范围,而5G信号在室外几十公里外的基站,这样就导致移动终端上传数据时,Wi-Fi的传送距离远远小于5G信号。
通常情况下5G的通信距离是Wi-Fi的几千倍以上,这样就需要手机的信号发射强度大大增加,因此增加了耗电量。
以4G为例,使用网络数据半小时,Wi-Fi会比移动网络节省5%的电量。Wi-Fi 6支持TWT功能,可以在业务需要时自动唤醒,在业务不适用时自动休眠,进一步节省了电量。
Wi-Fi 6是新一代 802.11ax 标准的简称,是Wi-Fi 5(802.11ac)的进阶版,在继承了Wi-Fi 5的所有先进MIMO特性的同时,为了完成三项技术指标,即高带宽、低时延和泛连接,Wi-Fi 6还新增了许多针对高密部署场景的新特性。
Wi-Fi6 的核心技术
OFDMA频分多址技术、MU-MIMO技术、更高阶的调制技术 (1024-QAM) 、空分复用技术(SR)、BSS Coloring着色技术、扩展覆盖范围(ER)、目标唤醒时间(TWT)和WPA3加密技术。
OFDMA正交频分多址技术
在Wi-Fi 6之前,数据传输采用的是OFDM模式,在每一个时间片段上,单个用户占据所有子载波,并发送一个完整的数据包。而Wi-Fi 6中引入的OFDMA正交频分多址技术,通过将子载波分配给不同用户,并在OFDM系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源,即支持从路由器侧向终端同时发送数据包,大大提升了传输效率,降低了传输时延,比较适合低带宽应用和小包报文传输场景。目前,根据设备厂商的不同,有的仅支持下行OFDMA,有的并发用户数并不高,像高通Wi-Fi 6方案这种既支持上下行OFDMA,并发处理能力又能达到37个的,实属少数。
MU-MIMO技术
MU-MIMO技术是使用信道的空间分集在相同带宽上发送独立数据流的一种技术,与OFDMA不同,所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。比如在AP中引入MU-MIMO技术,可以实现 AP 在同一时刻与多个终端之间同时传输数据,大大提升了吞吐量和每用户速率,比较适合高带宽应用和大包报文传输场景。作为Wi-Fi 6标准的可选特性之一,目前主流的路由器都是4x4 MU-MIMO配置,只有少数厂商的产品可支持8x8 MU-MIMO。
1024-QAM调制技术
为了进一步提高系统容量、降低时延,提高多用户高密场景下的效率。Wi-Fi 6中引入了1024-QAM正交幅度调制,相比Wi-Fi 5采用的256-QAM正交幅度调制,每个符号位传输数据从8bit提升至10bit,单条空间流数据吞吐量提升了25%,不过该调制方式对信道质量的要求较高。
空分复用技术(SR)
与Wi-Fi 5只能运行在能在5GHz频段不同,Wi-Fi 6可运行在2.4GHz和5GHz两个频段。根据Wi-Fi传输原理,在任意指定时间内,一个信道上只允许一个用户传输数据,因此信道资源非常宝贵,双频段在一定程度上可以缓解可用信道太少的问题,提升系统整体吞吐容量。进一步来说,我们在选型时,如果选择那些支持双频并发的器件,还可以收获更低的时延效果。
BSS Coloring着色技术
BSS着色技术是一种同频传输识别机制,可以通俗地解释为“我的地盘我做主”。主要通过在PHY报文头中添加BSS color字段对来自不同BSS的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信 号并停止接收,从而降低设备之间的相互干扰,增加每个设备自身的网络通信能力,避免收发机时间浪费。
扩展覆盖范围(ER)
Wi-Fi 6采用了Long OFDM symbol 发送机制,用来降低丢包率,每次数据发送持续时间从原来的3.2us增加到了12.8us。同时为了降低频段噪声干扰、增加终端接收灵敏度和系统覆盖距离,Wi-Fi 6还引入了窄带传输技术,最小可低至2MHz频宽。
目标唤醒时间(TWT)
目标唤醒时间(TWT)是一种资源调度功能,通过协调唤醒,可以使等待的终端进入休眠状态,进而节省移动终端的功耗,提高终端的可使用时间,这也是Wi-Fi 6可选特性之一,一向非常注重功耗的高通便在其Wi-Fi解决方案中支持目标唤醒时间功能。
WPA3加密技术
WPA3加密技术并非Wi-Fi 6标准本身指定的新的安全增强功能或要求,是一部分龙头企业在推出其产品时新增的功能,比如高通。WPA3将简化无显示接口设备的安全设置流程,在接入开放性网络时,通过个性化数据加密增强用户隐私的安全性,从算法层面来讲,相比WPA2的128位加密算法,WPA3的192位CNSA等级算法破解难度更高。
宏观来说5G技术更先进,优于Wi-Fi 6。
通常WLAN技术迭代周期为4-5年,而移动无线标准技术在8-10年左右。
Wi-Fi 6 理论速度可达10Gbps,5G 无线网络速度在10Gbps 至20Gbps之间。
Wi-Fi 6 与5G 性能峰值接近,对高带宽低延迟需求的应用场景有极强的互补性。
互补共存:Wi-Fi 6 适用于室内覆盖,5G适用于室外覆盖。由于5G前期投入费用高,难以短时间内实现广而全的覆盖率。Wi-Fi 6 作为性价比更高的解决方案,可以补上5G通信室内穿透性差、覆盖率低、功耗高的问题。
互为驱动:Wi-Fi 6提供了一个类5G的室内平台,这将刺激智慧城市、物联网、VR/AR等多方面应用开发。最终,5G时代的广泛应用将反过来推动Wi-Fi 6 的全面铺展。
在Wi-Fi问世的20年间,不断声音与疑问提出Wi-Fi是否可被蜂窝移动技术网络取代,对于使用者来说,似乎两者体验感并没有很大的差别,因此总有2g、3g、4g与Wi-Fi的比较和两者关系的讨论。
如今,5G与Wi-Fi 6成为最新一代网络技术,比较的话题呼之欲出。5G网络的主要优势在于,数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络,最高可达10Gbit/s,比当前的有线互联网要快,比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。
另一个优点是较低的网络延迟,拥有更快的响应时间,低于1毫秒。然而,两者的应用场景模式是不相同的。Wi-Fi主要用于室内环境,而5G则是一种广域网技术,它在室外的应用场景更多,因此可以成为室内室外互补的网络技术。
此外,两者从技术角度来看也有一定互补性,例如使用速度、网络容量、网络覆盖等方面看,Wi-Fi能解决、分担5G网络的不足之处。
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