免漫遊費很爽?不!5G是下一個韭菜收割季,一個公式教會你啥是5G!
你以為這次講的是5G?
不是!
而是性感
小姐姐~
開個玩笑…
是這個既簡單又神奇的公式
如果你是一個理科生卻沒認出這個公式,請記得有空多給你的中學物理老師打打電話!
露露來給你解釋一下——這是物理學的基本公式,光速=波長×頻率。
對於這個公式,4G、5G萬變不離其宗,都是在它身上做文章,沒有跳出它的「五指山」。
關於其中的奧妙嘛……且聽露露慢慢道來~
你有錢嗎?還是有線?
雖說露露是黑科技dalao(別打我),但是通訊領域什麼黑科技白科技,說白了就兩種——有線或無線通信。
你煲電話粥的時候,信息要麼看不見、摸不著,要麼就是看得見、摸得著的。
在實體物質上傳播,就是有線通信,基本上就是用的銅線、光纖這些線纜,
速率可以達到很高的數值。
以光纖為例,在實驗室中,單條光纖最大速度已達到 26T bps ——是傳統網線的 26000 倍!
光纖
而空中傳播這部分,才是移動通信的瓶頸所在。
目前主流的移動通信標準 4G LTE,理論速率只有 150M bps,這個和有線是完全沒辦法相比的。
歸根結底,5G如果要實現端到端的高速率,重點是突破無線這部分的瓶頸。
喲呵,大波~
露露老師告訴你:無線通信就是利用電磁波通信,電波和光波,都屬於電磁波。
電磁波的特性是由頻率決定的,不同頻率的電磁波有不同的用途。
像高頻的γ射線,殺傷力很大,可以用於治療腫瘤。
電磁波的不斷頻率
我們目前主要使用電波進行通信,雖然,光波通信也在崛起(LiFi)。
LiFi(Light Fidelity),可見光通信
不偏題,回到電波先。
電波屬於電磁波的一種,它的頻率資源是有限的。
為了避免干擾和衝突,我們在電波這條公路上進一步劃分車道,分配給不同的對象和用途。
不同頻率電波的用途
上圖中的紅色字體,暴露出你主要都是:中頻→超高頻,進行手機通信。
經常聽到諸如「GSM900」、「CDMA800」等等,其實意思就是:工作頻段在900MHz的GSM……
目前全球主流的 4G LTE 技術標準,屬於特高頻和超高頻。
大家能看出來,隨著2G、3G、4G的發展,使用的電波頻率是越來越高的。
頻率越高,能使用的頻率資源越豐富,能實現的傳輸速率就越高。
更高的頻率→更多的資源→更快的速度
應該不難理解吧?頻率資源就像車廂,越高的頻率,車廂越多,相同時間內能裝載的信息就越多。
那麼,5G使用的頻率具體是多少呢?
5G的頻率範圍分為兩種:一種是6GHz以下,這個和目前我們的2/3/4G差別不算太大。還有一種,就很高了,在24GHz以上。
目前,國際上主要使用28GHz進行試驗。
如果按28GHz來算,根據前文我們提到的公式:
好啦,這個就是5G的第一個技術特點——
毫米波
不充錢,怎麼變強?
電磁波的顯著特點:頻率越高,波長越短,越趨近於直線傳播(繞射能力越差)。頻率越高,在傳播介質中的衰減也越大。
你看激光筆(波長635nm左右),射出的光是直的吧,擋住了就過不去了。
再看衛星通信和GPS導航(波長1cm左右),如果有遮擋物,就沒信號了吧。
衛星那口大鍋,必須校準瞄著衛星的方向
否則哪怕稍微歪一點,都會影響信號質量
移動通信如果用了高頻段,那麼它最大的問題,就是傳輸距離大幅縮短,覆蓋能力大幅減弱。
好了,既然,頻率高這麼好,你一定會問:「為什麼以前我們不用高頻率呢?」
原因很簡單——用不起。
覆蓋同一個區域,5G基站數將遠超4G
基站數量意味著什麼?錢啊!投資啊!成本啊!
頻率越低,網路建設就越省錢,競爭起來就越有利。這就是為什麼,這些年,電信、移動、聯通為了低頻段而爭得頭破血流。
有的頻段甚至被稱為——
黃金頻段
這也是為什麼,5G時代,運營商拚命懟設備商,希望基站降價。如果真的上5G,按以往的模式,設備商就發大財了。
所以,基於以上原因,在高頻率的前提下,為了減輕網路建設方面的成本壓力,5G必須尋找新的出路。
微基站
先打個預防針:基站有兩種,微基站和宏基站。
宏基站:
室外常見,建一個覆蓋一大片
微基站:看上去是不是很酷炫?
還有更小的,巴掌那麼大
其實,微基站現在就有不少,尤其是城區和室內,經常能看到。等
到了5G時代,微基站會更多,到處都會裝上,幾乎隨處可見。
你肯定會問,那麼多基站在身邊,會不會對人體造成影響?
露露的回答是——不會。
事實上,基站數量越多,輻射反而越小!
你想:冬天,一群人的房子里,一個大功率取暖器好,還是幾個小功率取暖器好?
大功率方案▼
小功率方案▼
上圖一目了然——基站小,功率低,對大家都好;如果只採用一個大基站,離得近,輻射大,離得遠,沒信號,反而不好。
天線寶寶去哪了?
就算你是90後,也看過電影里大哥大的天線有多長吧?為什麼現在我們的手機都沒有天線了?
其實,我們並不是不需要天線,而是我們的天線變小了。
天線特性
隨著時間變化,我們手機的通信頻率越來越高,波長越來越短,天線也就跟著變短啦!
毫米波通信,天線也變成毫米級。
這就意味著,天線完全可以塞進手機的裡面,甚至可以塞很多根。
多天線技術
Massive MIMO
MIMO就是「多進多出」(Multiple-Input Multiple-Output),多根天線發送,多根天線接收。
在LTE時代,我們就已經有MIMO了,但是天線數量並不算多,只能說是初級版的MIMO。
到了5G時代,繼續把MIMO技術發揚光大,現在變成了加強版的Massive MIMO(Massive:大規模的,大量的)。
手機裡面都能塞好多根天線,基站就更不用說了。
以前的基站,天線就那麼幾根
5G時代,天線數量不是按根來算了,是按「陣」!一眼看去,要得密恐患者先躺好嘍……
不過,天線之間的距離也不能太近。
因為天線特性要求,多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上。
如果距離近了,就會互相干擾,影響信號的收發。
你是直的,還是彎的?
其實,基站發射信號的時候,就有點像燈泡發光。
信號是向四周發射的,對於光,當然是照亮整個房間,如果只是想照亮某個區域或物體,那麼,大部分的光都浪費了……
基站也是一樣,大量的能量和資源都浪費了。
我們能不能找到一隻無形的手,把散開的光束縛起來呢?
這樣既節約了能量,也保證了要照亮的區域有足夠的光。
波束賦形
在基站上布設天線陣列,通過對射頻信號相位的控制,使得相互作用後的電磁波的波瓣變得非常狹窄,並指向它所提供服務的手機,而且能跟據手機的移動而轉變方向。
這種空間復用技術,由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務,波束之間不會干擾,在相同的空間中提供更多的通信鏈路,極大地提高基站的服務容量。
直的都能掰成彎的。。。還有什麼是通信磚家干不出來的?
在目前的移動通信網路中,即使是兩個人面對面撥打對方的手機(或手機對傳照片),信號都是通過基站進行中轉的,包括控制信令和數據包……
而在5G時代,這種情況就不一定了。
D2D
Device to Device(設備到設備),5G的第五大特點。
5G時代,同一基站下的兩個用戶,如果互相進行通信,他們的數據將不再通過基站轉發,而是直接手機到手機……
這樣,就節約了大量的空中資源,也減輕了基站的壓力。
如果你覺得這樣就不用付錢,那你就too young too naive了。
控制消息還是要從基站走的,你用著頻譜資源,運營商爸爸怎麼可能放過你……
又多一個G點,這次定教你欲罷不能!
通信技術並不神秘,5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石,也不是什麼妖魔鬼怪,它只不過是對現有通信技術的演進。
通信技術的極限並不是技術工藝方面的限制,而是建立在嚴謹數學基礎上的推論,在可以遇見的未來是難以突破的。
如何在科學原理的範疇內,進一步發掘通信的潛力,是通信行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求……
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