一文讀懂5G無(wú)線通信與4G的典型區(qū)別
發(fā)布時(shí)間:2017-08-02 來(lái)源:小棗君 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】通信技術(shù)并不神秘,5G作為通信技術(shù)皇冠上最耀眼的寶石,也不是什么遙不可及的創(chuàng)新革命技術(shù),它更多是對(duì)現(xiàn)有通信技術(shù)的演進(jìn)。正如一位高人所說(shuō)——“通信技術(shù)的極限,并不是技術(shù)工藝方面的限制,而是建立在嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的推論,在可以遇見(jiàn)的未來(lái)是基本不可能突破的。”如何在科學(xué)原理的范疇內(nèi),進(jìn)一步發(fā)掘通信的潛力,是通信行業(yè)眾多奮斗者們孜孜不倦的追求。
這一切,要從一個(gè)“神奇的公式”說(shuō)起。
一個(gè)神奇的公式就是這個(gè)公式:
就是這個(gè)超簡(jiǎn)單的公式,蘊(yùn)含了我們無(wú)線通信技術(shù)的博大精深。
無(wú)論是往事隨風(fēng)的1G、2G、3G,還是意氣風(fēng)發(fā)的4G、5G,說(shuō)來(lái)說(shuō)去,都是在這個(gè)數(shù)學(xué)公式上做文章,且聽(tīng)我慢慢道來(lái)。
有線?無(wú)線?
通信技術(shù),無(wú)論什么黑科技白科技,只分兩種——有線通信和無(wú)線通信
我和你打電話,信息數(shù)據(jù)要么在空中傳播(看不見(jiàn)、摸不著),要么在實(shí)物上傳播(看得見(jiàn)、摸得著)。
在有線介質(zhì)上傳播數(shù)據(jù),想要高速很容易。實(shí)驗(yàn)室中,單條光纖最大速度已達(dá)到了26Tbps,是傳統(tǒng)網(wǎng)線的兩萬(wàn)六千倍。
而空中傳播這部分,才是移動(dòng)通信的瓶頸所在!
所以,5G重點(diǎn)是研究無(wú)線這部分的瓶頸突破。
好大一個(gè)波
大家都知道,電波和光波都屬于電磁波。電磁波的頻率資源有限,根據(jù)不同的頻率特性,有不同的用途。
我們目前主要使用電波進(jìn)行通信。當(dāng)然,光波通信也在崛起,例如可見(jiàn)光通信LiFi(LightFidelity)
不偏題,回到電波先。
電波屬于電磁波的一種,它的頻率資源也是有限的。為了避免干擾和沖突,我們?cè)陔姴ㄟ@條公路上進(jìn)一步劃分車道,分配給不同的對(duì)象和用途。
不同頻率電波的用途
大家注意上面圖中的紅色字體。一直以來(lái),我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機(jī)通信的。
例如經(jīng)常說(shuō)的“GSM900”、“CDMA800”,其實(shí)就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。目前主流的4G LTE,屬于超高頻和特高頻。
我們國(guó)家主要使用超高頻:
隨著1G、2G、3G、4G的發(fā)展,使用的頻率是越來(lái)越高的。。。
為什么呢?
因?yàn)轭l率越高,速度越快。
這又是為什么呢?
因?yàn)轭l率越高,車道(頻段)越寬。
看懂了吧?車道按指數(shù)級(jí)擴(kuò)大。
更高的頻率→更大的帶寬→更快的速度
5G的頻段具體是多少呢?
上個(gè)月,我們國(guó)家工信部下發(fā)通知,明確了我國(guó)的5G初始中頻頻段:3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個(gè)頻段。
同時(shí),24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見(jiàn)。
目前,國(guó)際上主要使用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)(這個(gè)頻段也有可能成為5G最先商用的頻段)。
如果按28GHz來(lái)算,根據(jù)前文我們提到的公式:
好啦,這個(gè)就是5G的第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)——
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?”
原因很簡(jiǎn)單——不是不想用,是用不起!
電磁波的一個(gè)顯著特點(diǎn):頻率越高(波長(zhǎng)越短),就越趨近于直線傳播(繞射能力越差)。而且,頻率越高,傳播過(guò)程中的衰減也越大。
你看激光筆(波長(zhǎng)635nm左右),射出的光是直的吧,擋住了就過(guò)不去了。
再看衛(wèi)星通信和GPS導(dǎo)航(波長(zhǎng)1cm左右),如果有遮擋物,就沒(méi)信號(hào)了吧。
而且,衛(wèi)星那口大鍋,必須校準(zhǔn)瞄著衛(wèi)星的方向。稍微歪一點(diǎn),都會(huì)有影響。
如果5G用高頻段,那么它最大的問(wèn)題,就是覆蓋能力會(huì)大幅減弱。覆蓋同一個(gè)區(qū)域,需要的基站數(shù)量將大大超過(guò)4G。
這就是為什么這些年,電信、移動(dòng)、聯(lián)通為了低頻段而爭(zhēng)得頭破血流。
基站就是要花錢(qián)買的啊,能不玩命爭(zhēng)取么?有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。
這也是為什么5G時(shí)代,運(yùn)營(yíng)商拼命懟設(shè)備商,甚至威脅要自己研發(fā)通信設(shè)備。
所以,基于以上原因。
在高頻率的前提下,為了減輕覆蓋方面的成本壓力,5G必須尋找新的出路。
首先,是微基站。
微基站
基站有兩種,微基站和宏基站。看名字就知道,微基站很小,宏基站很大!以前都是大的基站,建一個(gè)覆蓋一大片:
以后更多的將是微基站,到處都裝,隨處可見(jiàn)。
微基站 看上去是不是很酷炫?
微基站的造型有很多種,靈活地與周圍的環(huán)境相融合(偽裝),不會(huì)讓用戶在心理上產(chǎn)生不適。
提醒基站對(duì)人體健康不會(huì)造成影響。——小棗君宣
而且,恰好相反,其實(shí)基站數(shù)量越多,輻射反而越小!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
基站越小巧,數(shù)量越多,覆蓋就越好,速度就越快。
天線去哪了?
大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn),以前大哥大都有很長(zhǎng)的天線,早期的手機(jī)也有突出來(lái)的小天線,為什么后來(lái)我們就看不到帶天線的手機(jī)了?
有人說(shuō),是因?yàn)樾盘?hào)好了,不需要天線了。
其實(shí)不對(duì)。信號(hào)再好,也不能沒(méi)有天線。更主要的原因是——天線變小了。
根據(jù)天線特性,天線長(zhǎng)度應(yīng)與波長(zhǎng)成正比,大約在1/10~1/4之間。
頻率越高,波長(zhǎng)越短,天線也就跟著變短啦!毫米波,天線也變成毫米級(jí)。這就意味著,天線完全可以塞進(jìn)手機(jī)的里面,甚至可以塞很多根。
這就是5G的第三大殺手锏—— Massive MIMOMIMO 就是“多進(jìn)多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天線發(fā)送,多根天線接收。在LTE時(shí)代就已經(jīng)有MIMO了,5G繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大,變成了加強(qiáng)版的Massive MIMO(Massive:大規(guī)模的,大量的)。
手機(jī)都能塞好多根,基站就更不用說(shuō)了。
以前的基站,天線就那么幾根
5G時(shí)代,就不是按根來(lái)算了,是按“陣”。。。“天線陣列”
天線多得排成陣了,一眼看去一大片的節(jié)奏
不過(guò),天線之間的距離也不能太近。因?yàn)樘炀€特性要求,多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個(gè)波長(zhǎng)以上。不要問(wèn)我為什么,去問(wèn)科學(xué)家。
你是直的?還是彎的?
大家都見(jiàn)過(guò)燈泡發(fā)光吧?
其實(shí),基站發(fā)射信號(hào)的時(shí)候,就有點(diǎn)像燈泡發(fā)光。信號(hào)是向四周發(fā)射的,對(duì)于光,當(dāng)然是照亮整個(gè)房間,如果只是想照亮某個(gè)區(qū)域或物體,那么,大部分的光都浪費(fèi)了。
基站也是一樣,大量的能量和資源都浪費(fèi)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(jié)約了能量,也保證了要照亮的區(qū)域有足夠的光。答案是:可以。
這就是——
波束賦形
波束賦形:在基站上布設(shè)天線陣列,通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)相位的控制,使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄,并指向它所提供服務(wù)的手機(jī),而且能跟據(jù)手機(jī)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)變方向。
這種空間復(fù)用技術(shù),由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù),波束之間不會(huì)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(wù)容量。
直的都能掰成彎的。。。還有什么是通信磚家干不出來(lái)的?
別收我錢(qián),行不行?
在目前的通信網(wǎng)絡(luò)中,即使是兩個(gè)人面對(duì)面撥打?qū)Ψ降氖謾C(jī)(或手機(jī)對(duì)傳照片),信號(hào)都是通過(guò)基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)的,包括控制信令和數(shù)據(jù)包。
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。
D2D
5G時(shí)代,同一基站下的兩個(gè)用戶,如果互相進(jìn)行通信,他們的數(shù)據(jù)將不再通過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā),而是直接手機(jī)到手機(jī)。
這樣,就節(jié)約了大量的空中資源,也減輕了基站的壓力。不過(guò),如果你覺(jué)得這樣就不用付錢(qián),那你就圖樣圖森破了。
控制消息還是要從基站走的,而且用著頻譜資源,運(yùn)營(yíng)商爸爸怎么可能放過(guò)你。
后記
能看到這的,都是真愛(ài)
相信大家通過(guò)本文對(duì)5G和她背后的通信知識(shí)已經(jīng)有了深刻理解,而這一切,都只是源于一個(gè)如今小學(xué)生都能看懂的數(shù)學(xué)公式。。。通信技術(shù)并不神秘,5G作為通信技術(shù)皇冠上最耀眼的寶石,也不是什么遙不可及的創(chuàng)新革命技術(shù),它更多是對(duì)現(xiàn)有通信技術(shù)的演進(jìn)。正如一位高人所說(shuō)——“通信技術(shù)的極限,并不是技術(shù)工藝方面的限制,而是建立在嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的推論,在可以遇見(jiàn)的未來(lái)是基本不可能突破的。”如何在科學(xué)原理的范疇內(nèi),進(jìn)一步發(fā)掘通信的潛力,是通信行業(yè)眾多奮斗者們孜孜不倦的追求。
(來(lái)源:鮮棗課堂公眾號(hào))
推薦閱讀:
特別推薦
- 儲(chǔ)能系統(tǒng):如何輕松安全地管理電池包
- 貿(mào)澤與Qorvo攜手推出全新電子書(shū)探索智能家居的聯(lián)網(wǎng)需求和所需的技術(shù)
- 貿(mào)澤電子、Silicon Labs和Arduino聯(lián)手贊助2024 Matter挑戰(zhàn)賽比賽現(xiàn)已開(kāi)放報(bào)名
- Nexperia優(yōu)化齊納二極管產(chǎn)品組合,以解決過(guò)沖和噪聲現(xiàn)象
- 大聯(lián)大友尚集團(tuán)推出基于炬芯科技產(chǎn)品的藍(lán)牙音箱方案
- 德承強(qiáng)固型嵌入式工控機(jī) 搶攻Edge AI應(yīng)用市場(chǎng)
- Qorvo? 率先推出面向 DOCSIS 4.0 的 24V 功率倍增器
技術(shù)文章更多>>
- 從幾大典型場(chǎng)景,看安森美賦能邊緣智能應(yīng)用的高性能“產(chǎn)品力”
- 【測(cè)試案例分享】 如何評(píng)估熱載流子引導(dǎo)的MOSFET衰退
- 深入探討適用于低功耗工業(yè)電機(jī)控制的CANopen協(xié)議
- 是德科技掀起新革命:通用示波器正式邁入14bit ADC時(shí)代
- DigiKey與 Lippincott 合作品牌煥新項(xiàng)目榮獲2025年度 Graphis 設(shè)計(jì)大賽金獎(jiǎng)
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
保護(hù)器件
保險(xiǎn)絲管
北斗定位
北高智
貝能科技
背板連接器
背光器件
編碼器型號(hào)
便攜產(chǎn)品
便攜醫(yī)療
變?nèi)荻O管
變壓器
檳城電子
并網(wǎng)
撥動(dòng)開(kāi)關(guān)
玻璃釉電容
剝線機(jī)
薄膜電容
薄膜電阻
薄膜開(kāi)關(guān)
捕魚(yú)器
步進(jìn)電機(jī)
測(cè)力傳感器
測(cè)試測(cè)量
測(cè)試設(shè)備
拆解
場(chǎng)效應(yīng)管
超霸科技
超級(jí)本
超級(jí)電容