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第一次有人把5G講的這么簡(jiǎn)單明了
時(shí)間:2019-02-14

關(guān)于5G通信,常見(jiàn)的文章都講的晦澀難懂,不忍往下看,特轉載一篇,用大白話(huà)實(shí)現5G入門(mén)。

簡(jiǎn)單說(shuō),5G就是第五代通信技術(shù),主要特點(diǎn)是波長(cháng)為毫米級,超寬帶,超高速度,超低延時(shí)。1G實(shí)現了模擬語(yǔ)音通信,大哥大沒(méi)有屏幕只能打電話(huà);2G實(shí)現了語(yǔ)音通信數字化,功能機有了小屏幕可以發(fā)短信了;3G實(shí)現了語(yǔ)音以外圖片等的多媒體通信,屏幕變大可以看圖片了;4G實(shí)現了局域高速上網(wǎng),大屏智能機可以看短視頻了,但在城市信號好,老家信號差。1G~4G都是著(zhù)眼于人與人之間更方便快捷的通信,而5G將實(shí)現隨時(shí)、隨地、萬(wàn)物互聯(lián),讓人類(lèi)敢于期待與地球上的萬(wàn)物通過(guò)直播的方式無(wú)時(shí)差同步參與其中。

通信技術(shù),歸根到底,就分為兩種——有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信。

信息數據要么在空中傳播(看不見(jiàn)、摸不著(zhù)),要么在實(shí)物上傳播(看得見(jiàn)、摸得著(zhù))。

在有線(xiàn)介質(zhì)上傳播數據,速率可以達到很高的數值。 空中傳播這部分,才是移動(dòng)通信的瓶頸所在。

目前主流的4G LTE,理論速率只有150Mbps。這個(gè)和有線(xiàn)是完全沒(méi)辦法相比的。

所以,5G如果要實(shí)現端到端的高速率,重點(diǎn)是突破無(wú)線(xiàn)這部分的瓶頸。

無(wú)線(xiàn)通信就是利用電磁波進(jìn)行通信。電波和光波,都屬于電磁波。

電磁波的功能特性,是由它的頻率決定的。不同頻率的電磁波,有不同的屬性特點(diǎn),從而有不同的用途。

例如,高頻的γ射線(xiàn),具有很大的殺傷力,可以用來(lái)治療腫瘤。

我們目前主要使用電波進(jìn)行通信。當然,光波通信也在崛起,例如LiFi。

無(wú)線(xiàn)電波屬于電磁波的一種,它的頻率資源是有限的。

為了避免干擾和沖突,我們在電波這條公路上進(jìn)一步劃分車(chē)道,分配給不同的對象和用途。

一直以來(lái),我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機通信的。

例如經(jīng)常說(shuō)的“GSM900”、“CDMA800”,其實(shí)意思就是指,工作頻段在900MHz的GSM,和工作頻段在800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技術(shù)標準,屬于特高頻和超高頻。

我們國家主要使用超高頻:

大家能看出來(lái),隨著(zhù)1G、2G、3G、4G的發(fā)展,使用的電波頻率是越來(lái)越高的。

這主要是因為,頻率越高,能使用的頻率資源越豐富。頻率資源越豐富,能實(shí)現的傳輸速率就越高。

更高的頻率→更多的資源→更快的速度

頻率資源就像車(chē)廂,越高的頻率,車(chē)廂越多,相同時(shí)間內能裝載的信息就越多。

那么,5G使用的頻率具體是多少呢?如下圖所示:

5G的頻率范圍,分為兩種:一種是6GHz以下,這個(gè)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(jìn)行試驗。

如果按28GHz來(lái)算,根據前文我們提到的公式:

這個(gè)就是5G的第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)——

最下面一行,就是“毫米波”

既然,頻率高這么好,你一定會(huì )問(wèn):“為什么以前我們不用高頻率呢?”

不是不想用,是用不起。

電磁波的顯著(zhù)特點(diǎn):頻率越高,波長(cháng)越短,越趨近于直線(xiàn)傳播(繞射和穿墻能力越差)。頻率越高,在傳播介質(zhì)中的衰減也越大。

你看激光筆(波長(cháng)635nm左右),射出的光是直的吧,擋住了就過(guò)不去了。

再看衛星通信和GPS導航(波長(cháng)1cm左右),如果有遮擋物,就沒(méi)信號了吧。

衛星那口大鍋,必須校準瞄著(zhù)衛星的方向,否則哪怕稍微歪一點(diǎn),都會(huì )影響信號質(zhì)量。

移動(dòng)通信如果用了高頻段,那么它最大的問(wèn)題,就是傳輸距離大幅縮短,覆蓋能力大幅減弱。

覆蓋同一個(gè)區域,需要的5G基站數量,將大大超過(guò)4G。

基站數量意味著(zhù)什么?成本??!

頻率越低,網(wǎng)絡(luò )建設就越省錢(qián),競爭起來(lái)就越有利。這就是為什么,這些年,電信、移動(dòng)、聯(lián)通為了低頻段而爭得頭破血流。

有的頻段甚至被稱(chēng)為——黃金頻段。

這也是為什么,5G時(shí)代,運營(yíng)商拼命懟設備商,希望基站降價(jià)。(如果真的上5G,按以往的模式,設備商就發(fā)大財了。)

所以,基于以上原因,在高頻率的前提下,為了減輕網(wǎng)絡(luò )建設方面的成本壓力,5G必須尋找新的出路。

首先,就是微基站。

基站有兩種,微基站和宏基站??疵志椭?,微基站很小,宏基站很大!

宏基站:

其實(shí),微基站現在就有不少,尤其是城區和室內,經(jīng)常能看到。

以后,到了5G時(shí)代,微基站會(huì )更多,到處都會(huì )裝上,幾乎隨處可見(jiàn)。

那么多基站在身邊,會(huì )不會(huì )對人體造成影響?不會(huì )。

其實(shí),和傳統認知恰好相反,事實(shí)上,基站數量越多,輻射反而越??!

你想一下,冬天,一群人的房子里,一個(gè)大功率取暖器好,還是幾個(gè)小功率取暖器好?

大功率方案▼

小功率方案▼

基站小,功率低,對大家都好。如果只采用一個(gè)大基站,離得近,輻射大,離得遠,沒(méi)信號,反而不好。

以前大哥大都有很長(cháng)的天線(xiàn),早期的手機也有突出來(lái)的小天線(xiàn),為什么現在我們的手機都沒(méi)有天線(xiàn)了?

其實(shí),我們并不是不需要天線(xiàn),而是我們的天線(xiàn)變小了。

根據天線(xiàn)特性,天線(xiàn)長(cháng)度應與波長(cháng)成正比,大約在1/10~1/4之間。

隨著(zhù)時(shí)間變化,我們手機的通信頻率越來(lái)越高,波長(cháng)越來(lái)越短,天線(xiàn)也就跟著(zhù)變短啦!

毫米波通信,天線(xiàn)也變成毫米級。。。

這就意味著(zhù),天線(xiàn)完全可以塞進(jìn)手機的里面,甚至可以塞很多根。。。

這就是5G的第三大殺手锏——

MIMO就是“多進(jìn)多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天線(xiàn)發(fā)送,多根天線(xiàn)接收。

在LTE時(shí)代,我們就已經(jīng)有MIMO了,但是天線(xiàn)數量并不算多,只能說(shuō)是初級版的MIMO。

到了5G時(shí)代,繼續把MIMO技術(shù)發(fā)揚光大,現在變成了加強版的Massive MIMO(Massive:大規模的,大量的)。

手機里面都能塞好多根天線(xiàn),基站就更不用說(shuō)了。

以前的基站,天線(xiàn)就那么幾根:

5G時(shí)代,天線(xiàn)數量不是按根來(lái)算了,是按“陣”。。。“天線(xiàn)陣列”。。。一眼看去,要得密集恐懼癥的節奏。。。

不過(guò),天線(xiàn)之間的距離也不能太近。因為天線(xiàn)特性要求,多天線(xiàn)陣列要求天線(xiàn)之間的距離保持在半個(gè)波長(cháng)以上。如果距離近了,就會(huì )互相干擾,影響信號的收發(fā)。

大家都見(jiàn)過(guò)燈泡發(fā)光吧? 其實(shí),基站發(fā)射信號的時(shí)候,就有點(diǎn)像燈泡發(fā)光。信號是向四周發(fā)射的,對于光,當然是照亮整個(gè)房間,如果只是想照亮某個(gè)區域或物體,那么,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。 我們能不能找到一只無(wú)形的手,把散開(kāi)的光束縛起來(lái)呢? 這樣既節約了能量,也保證了要照亮的區域有足夠的光。答案是:可以。這就是——

在目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中,即使是兩個(gè)人面對面撥打對方的手機(或手機對傳照片),信號都是通過(guò)基站進(jìn)行中轉的,包括控制信令和數據包。。?!?/span>

而在5G時(shí)代,這種情況就不一定了。

5G的第五大特點(diǎn)——D2D,也就是Device to Device(設備到設備)。

D2D

5G時(shí)代,同一基站下的兩個(gè)用戶(hù),如果互相進(jìn)行通信,他們的數據將不再通過(guò)基站轉發(fā),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。

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第一次有人把5G講的這么簡(jiǎn)單明了

時(shí)間:2019-02-14

關(guān)于5G通信,常見(jiàn)的文章都講的晦澀難懂,不忍往下看,特轉載一篇,用大白話(huà)實(shí)現5G入門(mén)。

簡(jiǎn)單說(shuō),5G就是第五代通信技術(shù),主要特點(diǎn)是波長(cháng)為毫米級,超寬帶,超高速度,超低延時(shí)。1G實(shí)現了模擬語(yǔ)音通信,大哥大沒(méi)有屏幕只能打電話(huà);2G實(shí)現了語(yǔ)音通信數字化,功能機有了小屏幕可以發(fā)短信了;3G實(shí)現了語(yǔ)音以外圖片等的多媒體通信,屏幕變大可以看圖片了;4G實(shí)現了局域高速上網(wǎng),大屏智能機可以看短視頻了,但在城市信號好,老家信號差。1G~4G都是著(zhù)眼于人與人之間更方便快捷的通信,而5G將實(shí)現隨時(shí)、隨地、萬(wàn)物互聯(lián),讓人類(lèi)敢于期待與地球上的萬(wàn)物通過(guò)直播的方式無(wú)時(shí)差同步參與其中。

通信技術(shù),歸根到底,就分為兩種——有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信。

信息數據要么在空中傳播(看不見(jiàn)、摸不著(zhù)),要么在實(shí)物上傳播(看得見(jiàn)、摸得著(zhù))。

在有線(xiàn)介質(zhì)上傳播數據,速率可以達到很高的數值。 空中傳播這部分,才是移動(dòng)通信的瓶頸所在。

目前主流的4G LTE,理論速率只有150Mbps。這個(gè)和有線(xiàn)是完全沒(méi)辦法相比的。

所以,5G如果要實(shí)現端到端的高速率,重點(diǎn)是突破無(wú)線(xiàn)這部分的瓶頸。

無(wú)線(xiàn)通信就是利用電磁波進(jìn)行通信。電波和光波,都屬于電磁波。

電磁波的功能特性,是由它的頻率決定的。不同頻率的電磁波,有不同的屬性特點(diǎn),從而有不同的用途。

例如,高頻的γ射線(xiàn),具有很大的殺傷力,可以用來(lái)治療腫瘤。

我們目前主要使用電波進(jìn)行通信。當然,光波通信也在崛起,例如LiFi。

無(wú)線(xiàn)電波屬于電磁波的一種,它的頻率資源是有限的。

為了避免干擾和沖突,我們在電波這條公路上進(jìn)一步劃分車(chē)道,分配給不同的對象和用途。

一直以來(lái),我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機通信的。

例如經(jīng)常說(shuō)的“GSM900”、“CDMA800”,其實(shí)意思就是指,工作頻段在900MHz的GSM,和工作頻段在800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技術(shù)標準,屬于特高頻和超高頻。

我們國家主要使用超高頻:

大家能看出來(lái),隨著(zhù)1G、2G、3G、4G的發(fā)展,使用的電波頻率是越來(lái)越高的。

這主要是因為,頻率越高,能使用的頻率資源越豐富。頻率資源越豐富,能實(shí)現的傳輸速率就越高。

更高的頻率→更多的資源→更快的速度

頻率資源就像車(chē)廂,越高的頻率,車(chē)廂越多,相同時(shí)間內能裝載的信息就越多。

那么,5G使用的頻率具體是多少呢?如下圖所示:

5G的頻率范圍,分為兩種:一種是6GHz以下,這個(gè)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(jìn)行試驗。

如果按28GHz來(lái)算,根據前文我們提到的公式:

這個(gè)就是5G的第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)——

最下面一行,就是“毫米波”

既然,頻率高這么好,你一定會(huì )問(wèn):“為什么以前我們不用高頻率呢?”

不是不想用,是用不起。

電磁波的顯著(zhù)特點(diǎn):頻率越高,波長(cháng)越短,越趨近于直線(xiàn)傳播(繞射和穿墻能力越差)。頻率越高,在傳播介質(zhì)中的衰減也越大。

你看激光筆(波長(cháng)635nm左右),射出的光是直的吧,擋住了就過(guò)不去了。

再看衛星通信和GPS導航(波長(cháng)1cm左右),如果有遮擋物,就沒(méi)信號了吧。

衛星那口大鍋,必須校準瞄著(zhù)衛星的方向,否則哪怕稍微歪一點(diǎn),都會(huì )影響信號質(zhì)量。

移動(dòng)通信如果用了高頻段,那么它最大的問(wèn)題,就是傳輸距離大幅縮短,覆蓋能力大幅減弱。

覆蓋同一個(gè)區域,需要的5G基站數量,將大大超過(guò)4G。

基站數量意味著(zhù)什么?成本??!

頻率越低,網(wǎng)絡(luò )建設就越省錢(qián),競爭起來(lái)就越有利。這就是為什么,這些年,電信、移動(dòng)、聯(lián)通為了低頻段而爭得頭破血流。

有的頻段甚至被稱(chēng)為——黃金頻段。

這也是為什么,5G時(shí)代,運營(yíng)商拼命懟設備商,希望基站降價(jià)。(如果真的上5G,按以往的模式,設備商就發(fā)大財了。)

所以,基于以上原因,在高頻率的前提下,為了減輕網(wǎng)絡(luò )建設方面的成本壓力,5G必須尋找新的出路。

首先,就是微基站。

基站有兩種,微基站和宏基站??疵志椭?,微基站很小,宏基站很大!

宏基站:

其實(shí),微基站現在就有不少,尤其是城區和室內,經(jīng)常能看到。

以后,到了5G時(shí)代,微基站會(huì )更多,到處都會(huì )裝上,幾乎隨處可見(jiàn)。

那么多基站在身邊,會(huì )不會(huì )對人體造成影響?不會(huì )。

其實(shí),和傳統認知恰好相反,事實(shí)上,基站數量越多,輻射反而越??!

你想一下,冬天,一群人的房子里,一個(gè)大功率取暖器好,還是幾個(gè)小功率取暖器好?

大功率方案▼

小功率方案▼

基站小,功率低,對大家都好。如果只采用一個(gè)大基站,離得近,輻射大,離得遠,沒(méi)信號,反而不好。

以前大哥大都有很長(cháng)的天線(xiàn),早期的手機也有突出來(lái)的小天線(xiàn),為什么現在我們的手機都沒(méi)有天線(xiàn)了?

其實(shí),我們并不是不需要天線(xiàn),而是我們的天線(xiàn)變小了。

根據天線(xiàn)特性,天線(xiàn)長(cháng)度應與波長(cháng)成正比,大約在1/10~1/4之間。

隨著(zhù)時(shí)間變化,我們手機的通信頻率越來(lái)越高,波長(cháng)越來(lái)越短,天線(xiàn)也就跟著(zhù)變短啦!

毫米波通信,天線(xiàn)也變成毫米級。。。

這就意味著(zhù),天線(xiàn)完全可以塞進(jìn)手機的里面,甚至可以塞很多根。。。

這就是5G的第三大殺手锏——

MIMO就是“多進(jìn)多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天線(xiàn)發(fā)送,多根天線(xiàn)接收。

在LTE時(shí)代,我們就已經(jīng)有MIMO了,但是天線(xiàn)數量并不算多,只能說(shuō)是初級版的MIMO。

到了5G時(shí)代,繼續把MIMO技術(shù)發(fā)揚光大,現在變成了加強版的Massive MIMO(Massive:大規模的,大量的)。

手機里面都能塞好多根天線(xiàn),基站就更不用說(shuō)了。

以前的基站,天線(xiàn)就那么幾根:

5G時(shí)代,天線(xiàn)數量不是按根來(lái)算了,是按“陣”。。。“天線(xiàn)陣列”。。。一眼看去,要得密集恐懼癥的節奏。。。

不過(guò),天線(xiàn)之間的距離也不能太近。因為天線(xiàn)特性要求,多天線(xiàn)陣列要求天線(xiàn)之間的距離保持在半個(gè)波長(cháng)以上。如果距離近了,就會(huì )互相干擾,影響信號的收發(fā)。

大家都見(jiàn)過(guò)燈泡發(fā)光吧? 其實(shí),基站發(fā)射信號的時(shí)候,就有點(diǎn)像燈泡發(fā)光。信號是向四周發(fā)射的,對于光,當然是照亮整個(gè)房間,如果只是想照亮某個(gè)區域或物體,那么,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。 我們能不能找到一只無(wú)形的手,把散開(kāi)的光束縛起來(lái)呢? 這樣既節約了能量,也保證了要照亮的區域有足夠的光。答案是:可以。這就是——

在目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中,即使是兩個(gè)人面對面撥打對方的手機(或手機對傳照片),信號都是通過(guò)基站進(jìn)行中轉的,包括控制信令和數據包。。?!?/span>

而在5G時(shí)代,這種情況就不一定了。

5G的第五大特點(diǎn)——D2D,也就是Device to Device(設備到設備)。

D2D

5G時(shí)代,同一基站下的兩個(gè)用戶(hù),如果互相進(jìn)行通信,他們的數據將不再通過(guò)基站轉發(fā),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。

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