DOI:10.19551/jki.issn1672-9129.2021.11.043
5G小的大时代
李彩麒㊀陈晓龙(国家无线电监测中心检测中心㊀北京㊀100041)
摘要：本文从5G类型的定义出发，介绍5G小的功率以及覆盖范围，并详细对比了其与WIFI设备在频率，带宽，速率，用户体验，使用成本以及安全问题等方面的优势劣势㊂从而分析5G小在未来取代WIFI的可行性㊂ 关键词:5G小;WIFI
中图分类号:TN929.5㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-9129(2021)11-0043-02
㊀㊀引言：由于5G使用的频段大部分较高，而频率越
高㊁波长越短，在遇到有障碍物的地方，其辐射范围会变得很
小㊂如果只靠单纯的提高功率来扩大辐射范围，则不符合国
家法规的限制，也就是说穿透能力有限㊂
5G时代的到来，应用场景不断扩大，预计有80%以上需
求来自室内，这对运营商的室内覆盖能力提出新的需求㊂传
统宏难以实现广泛而深入的覆盖，而小无论是产品
形态㊁发射功率还是覆盖范围都要小很多，成为实现室内覆
盖的最佳选择，与宏形成互补㊂而随着5G小的覆盖，势必会动摇原有WIFI设备的地位1㊂
1㊀5G小简介
在3GPP TS38.141-12中对宏覆盖㊁中等覆盖㊁本地覆盖的功率和覆盖范围分别进行了以下定义：宏覆盖由宏蜂窝场景要求定义，其中到终端的最小距离为35m;
中等覆盖由微蜂窝场景要求定义，其中到终端的最小距离为5m;
本地覆盖由微微蜂窝场景要求定义，其中到终端的最小距离为2m㊂
表15G等级及相应的输出功率定义
等级额定输出功率Prated,c,AC
风淋房
宏覆盖无上限
中等覆盖ɤ38dBm
本地覆盖ɤ24dBm
㊀㊀由表1可知,5G小一般属于本地覆盖范畴，是一种从产品形态㊁发射功率㊁覆盖范围等方面，都相比传统宏站小得多的设备㊂5G所拥有的高速率㊁大连接㊁低时延的三大特性，将会使得5G赋能万千行业㊂随着2020年运营商室内外建设的加速，预测5G将有超过80%的流量会发生在室内，通过小的室分得以实现㊂未来丰富的室内应用将主要分为两类场景：一个是传统公网覆盖业务，如4K/8K超高清视频㊁虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等，这些技术将广泛应用于大型赛事直播㊁游戏㊁远程教育㊁远程医疗等领域㊂一个是 公网专用 的室内覆盖业务，如绝大多数的5G+工业互联网应用场景，智慧轨道交通，智能制造等㊂同时,5G还将广泛的应用于智能园区，智慧城市和智慧能源等室内外覆盖兼顾的应用场景㊂可以说,5G是一个室内覆盖为王的时代3㊂
开放平台小数字室分结构如图1所示，由5G 接入单元(AU)㊁5G扩展单元(SW)和5G远端覆盖单元(DP)3部分组成，功能上5G接入单元完成基带部分信号处理㊁上下行信令交互与业务处理,5G扩展单元完成射频域上下行信号和数据的汇聚与分发，并同时为5G覆盖单元供电,5G 远端覆盖单元具备微功率射频收发功能，以实现室内5G信号的分布式覆盖4㊂
2㊀5G小与WIFI的频段带宽对比
WIFI设备使用的频率主要为2.4-2.4835GHz㊁5150-5350GHz㊁5725-5850GHz三个频段㊂在我国目前Wi-Fi在2.4GHz的频谱只有60-70MHz，在5GHz的频谱只有300多MHz㊂对于可使用的最大带宽160MHz，很多数情况下是有名无实的,5.1G和5.8GHz频段仅仅为5150-5350MHz,5725 -5850MHz，也就是说在5.1G仅够提供一个160MHz带宽，而5.8G根本无法提供一个完整的160MHz带宽㊂正是因为如此，美国FCC最近推出WIFI6E，为WIFI增加了1200 MHz(5925MHz-7125MHz)频谱用于服务爆炸式的数据业务5㊂
除此之外，由图2可知还会受到DFS6(动态频率选择)和Adaptivity(自适应)67的限制㊂ITU的建议以及ETSI等标准中，规定当雷达信号强度超过某一dBm值时(对应工作在某某功率dBm范围的WIFI输出功率)，就应执行相应的
DFS避让算法㊂当一个雷达信号被检测到,WIFI路由器必须在很短的时间内(ms)指示客户端设备停止发射，并在几秒钟内腾出信道㊂而对于自适应，是对同类设备的干扰避让原则，由于WIFI所使用频段已经异常拥挤，所以在这种频谱共享的原则下，每个用户的接入率和使用率都会大大下降㊂综上,WIFI真正可以使用的频谱，又进一步受到限制㊂
依据相关部委文件，对5G使用频率的划分,5G小目前可使用的频率为758-788MHz㊁2515-2675GHz㊁3300-3600GHz㊁4800-4960GHz以及刚刚发布的2110-2155MHz频段㊂不算FDD上行，总共695MHz，将近WIFI可用带宽的两倍㊂
由此可以看出5G小可使用的频段比WIFI使用的频段更多，可使用的带宽更宽㊂可以为用户提供超大带宽㊂3㊀支持的速率对比
WIFI设备由于支持的WIFI协议各不相同，所支持的通道带宽也各不相同，从而导致支持的最大速率亦不相同㊂目前支持最大速率的WIFI设备为支持802.11ax协议通道带宽为160MHz，并使用4ˑ4MIMO技术的WIFI设备，而这类设备市面上少之又少，价格也比较昂贵，而我们的大部分终端设备无法使用如此高的速率进行数据传输，从而形成资源浪费，所以我们采用对比802.11ac的80MHz带宽并使用4ˑ4MIMO技术的速率，其所能达到的理论最大速率为
㊃34㊃
1733.2Mbps㊂而5G 小的最大速率可以根据下下面给出的3GPP 中理论流量算法5G 速率公式算出㊂电动抽气机
datarate inMbps ()=10-6㊃ðJ
j =1
({v j ()Layers ㊃Q j ()m ㊃f j ()
㊃
R max ㊃
N
BW j (),μPRB
㊃12
T
μs
㊃1-OH j ()())
J：聚合的载波数量;
Qm：调制阶数,QPSK 为2,16QAM 为4,32QAM 为6,256QAM 为8;
Vlayer：最大MIMO 层数;
F：归一化系数，取值范围1/0.8/0.75/0.4任意数;Rmax:948/1024;
μ:5G NR 的参数集，取值范围0-5任意数;N:㊀物理资源块PRBs 的数量;
Tsμ：在一个子帧对应μ值的平均OFDM 符号持续时间,Tsμ=10-3/(14∗2μ);
OH:Overhead，取值范围[0.14]ңFR1下行;[0.18]ңFR2下行;[0.08]ңFR1上行;[0.10]ңFR2上行
同样选取当前比较普遍应用的5G 小参数进行对比:FR1频段,30kHz 子载波间隔(对应μ=1),100MHz 载波带宽，调制方式256QAM(对应Qm =8)，单用户4层MIMO，扩展系数为1，下行开销为0.14，则依照上述公式，可以算出峰值速率为2337Mbps㊂
综上所述，在使用带宽相近的情况下,5G 小的峰值速率高于WIFI 峰值速率㊂
渣土车管理系统
4㊀用户体验的局限性对比
首先,WIFI 技术无法支持长距离移动使用，这是因为WIFI 的AP 无法如移动通信技术那样实现自动切换，用户一旦离开原来的WIFI AP 覆盖范围，进入新的WIFI AP 覆盖范围，用户的终端就需要手动重新连接，导致WIFI 的用户体验太差㊂
WIFI 难以支持大量用户进行连接㊂现在家庭里的移动终端越来越多，如果一个AP 有多个用户连接，平均每个用户的无线数据速率就大幅下降，其显然难以如移动通信那样可以智能地对每个用户进行有效管理确保用户体验㊂并且由于WIFI 使用频段为免授权频段，即除了WIFI 设备以外，还有很多其他制式的同频设备也可以使用，造成2.4G,5.1G 和5.8G 频段的异常拥挤，所以WIFI 设备本身需要遵守自适应(Adaptivity)规则，做到先听后说(LBT)或者碰撞检测(DAA)的机制67，一旦发现有同频设备在一定功率下发射，就无法接入，并且在传输过程中的空闲态期间，也要不断侦听信道占用情况，一旦发现信道被占用，就只能暂停发射，或者在满足一定MU(媒体使用率)的情况下进行发射，如减小占空比，或降低发射功率6㊂无形中,WIFI 用户的使用限制大大增加，也无法得到频段的使用保障等㊂
结合以上两点可以看出WIFI 在用户体验方面还有不足之处，而5G 小则可以弥补这些不足，给用户更便捷的体验㊂
5㊀使用成本对比
WIFI 最大的优点就是被认为是免费使用的无线数据㊂其实WIFI 的免费是一种误解,WIFI 的运营也需要成本,WIFI 需要光纤传输网络支持，当前的光纤传输网络主要为三大运营商所有，连接互联网也主要通过这三大运营商，使用方需要支付数据使用费，也就是我们常说的宽带包月和包年的费用，通常一年在宽带需要支付的费用约1000元，那么个月就需要支出83元左右的费用，这仅仅是使用WIFI 的支出，如果加上手机上额外的套餐流量支出，这其实也是一笔不小的支出㊂
使用5G 小提供服务的时候是要花费流量的，正如现在被大量覆盖使用的4G 网络，现在4G 流量1G 价格大约为5元左右，而到了5G 大规模覆盖后预计流量价格将进一步降低㊂结合以上两点，目前而言WIFI 在使用成本方面明显更低，但是到了5G 大规模覆盖流量资费飞速降低后，相比起移动通信技术带来的便利优势，未来5G 小显然更具有竞争力㊂
6㊀安全问题对比
WIFI 存在安全问题㊂这是因为WIFI 的单向认证技术体制，这是一个难以更改的致命缺陷㊂什么是单向认证?例如我们传统的GSM 手机和之间的关系就是单向认证，会认证手机的真实性，而手机却不认证的真实性，从而造成了的猖獗，我们手机经常收到的垃圾短信大部分就是发的㊂
5G 网络全方位地增强了安全特性,360发布的‘5G 网络安全研究报告“8，对5G 的特性做出了总结:
(1)增强了对用户唯一标志符的隐私保护
(2)增强了归属地网络控制力，极大降低了漫游区欺骗风险
(3)按需提供数据加密，扩大了对用户数据的保护面(4)增强了运营商之间连接的安全性
(5)选择性拒绝终端接入，提升物联网抵御DDoS 攻击的能力钼精粉
(6)冗余传输安全的新方案能够有效兼顾低时延业务的可靠性和安全性
5G 将要面对的，是更开放的网络链接㊁更深度的计算设备，以及更复杂的应用环境㊂核心网技术㊁低时延业务㊁大连接业务㊁网络切片技术㊁问题㊁用户位置隐私保护等六个方面的安全挑战㊂
综上所述，相比起移动通信技术，对用户进行鉴权，保证用户的信息安全,WIFI 几乎将用户的信息完全暴露，在现实中我们已经看到太多用户连接WIFI 导致信息泄露，甚至导致财产损失的案例，相比之下显然移动通信技术要比WIFI 安全得多㊂
7㊀结束语
本文基于对5G 小和WIFI 的比较和分析，得出5G 小具有更多的使用频段，更宽的带宽，更
高的速率，更大的网络容量，更低的时延，更安全的网络环境，所以具有取代WIFI 的可行性，但由于5G 流量资费问题暂时没有得到解决，成为了暂时阻碍5G 小取代WIFI 的障碍㊂
新事物要想取代旧事物，往往具有旧事物不可比拟的优越性，且能给我们的生活带来便捷和改变，从而得到拥护和支持㊂这往往需要经历一个曲折发展的过程，相信5G 小的未来会更好!
参考文献:
石墨冷铁
[1]Stacey Higginbotham,The Long Goodbye of Wi -Fi Has Begun -Local 5G networks could replace the familiar wireless standard, /telecom /wireless /,22Jan 2020
[2]3GPP TS 38.141-1,3rd Generation Partnership Pro-ject;Technical Specification Group RAN;NR;Base Station(BS)conformance testing Part 1:Conducted conformance testing
[3]5G 小赋能万千行业，通信世界网,2020(10):13.
[4]方绍湖；李馨；卜斌龙；基于开放平台小的5G 数字室分解决方案[J].电信科学,2019年7月
[5]宫剑，索仕杰.Wi -Fi 6E 技术分析[J].数字通信世界,2020(11).
[6]ETSI EN 301893V2.1.1(2017-05)5GHz RLAN;Harmonised Standard covering the essential requirements of arti-cle 3.2of Directive 2014/53/EU
[7]ETSI EN 300328V2.2.2(2019-07)Wideband trans-mission systems;Data transmission equipment operating in the 2,4GHz band;Harmonised Standard for access to radio spectrum
[8]zt.360 /1101061855.php?dtid =1101062370&did =210884514‘5G 网络安全研究报告“,2019(05).
作者简介：李彩麒(1987-)，男，满族，辽宁大连，工程师，学士，研究方向为无线通信系统测试㊂
陈晓龙(1988-)，男，汉族，北京人，工程师，硕士，研究方向为计算机软件㊂算牌器
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