最近各位社友的朋友圈都被華為孟晚舟事件刷屏了吧，大家有沒有發(fā)現(xiàn)，不少文章中都反復(fù)提及一個詞“5G”，今天就和大家詳細(xì)講講5G到底是什么——
這一切，要從一個“神奇的公式”說起。。。 一個神奇的公式。。。 就是這個公式。。。 還記得這個公式的童鞋，請驕傲地為自己鼓個掌。。。 如果不記得，或是看不懂，也沒關(guān)系，小編解釋一下。。。 就是這個超簡單的公式，蘊含了我們無線通信技術(shù)的博大精深。。。 無論是往事隨風(fēng)的1G、2G、3G，還是意氣風(fēng)發(fā)的4G、5G，說來說去，都是在這個數(shù)學(xué)公式上做文章。。。 且聽我慢慢道來。。。 有線？無線？…… 通信技術(shù)，無論什么黑科技白科技，只分兩種——有線通信和無線通信 我和你打電話，信息數(shù)據(jù)要么在空中傳播（看不見、摸不著），要么在實物上傳播（看得見、摸得著）。。。 在有線介質(zhì)上傳播數(shù)據(jù)，想要高速很容易。。。 實驗室中，單條光纖最大速度已達(dá)到了26Tbps。。。是傳統(tǒng)網(wǎng)線的兩萬六千倍。。。 而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在。。。 所以，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。 好大一個波。。。 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，例如可見光通信LiFi（LightFidelity） ▼圖片來自網(wǎng)絡(luò) 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，我們在電波這條公路上進(jìn)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 大家注意上面圖中的紅色字體。一直以來，我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機通信的。。。 例如經(jīng)常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是工作頻段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，使用的頻率是越來越高的。。。 為什么呢？ 因為頻率越高，速度越快。。。 又為什么呢？ 因為頻率越高，車道（頻段）越寬。。。 看懂了吧。。。車道按指數(shù)級擴大。。。 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？ 上個月，我們國家工信部下發(fā)通知，明確了我國的5G初始中頻頻段： 3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段 同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見。 目前，國際上主要使用28GHz進(jìn)行試驗（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。 如果按28GHz來算，根據(jù)前文我們提到的公式： 好啦，這個就是5G的第一個技術(shù)特點—— 毫米波 繼續(xù)，繼續(xù)。。。 既然，頻率高這么好，你一定會問：“為什么以前我們不用高頻率呢？” 原因很簡單——不是不想用。。。是用不起。。。 電磁波的一個顯著特點：頻率越高（波長越短），就越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。。。 而且，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大。。。 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(wèi)星通信和GPS導(dǎo)航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒信號了吧。。。 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，都會有影響。。。 如果5G用高頻段，那么它最大的問題，就是覆蓋能力會大幅減弱。 覆蓋同一個區(qū)域，需要的基站數(shù)量將大大超過4G。 這就是為什么這些年，電信、移動、聯(lián)通為了低頻段而爭得頭破血流。。。 基站就是要花錢買的啊。。。能不玩命爭取么。。。 有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。。。 這也是為什么5G時代，運營商拼命懟設(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?？疵志椭溃⒒竞苄?，宏基站很大！ 以前都是大的基站，建一個覆蓋一大片 ▼ 以后更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。 ▼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），不會讓用戶在心理上產(chǎn)生不適。。。 提醒 基站對人體健康不會造成影響。
而且，恰好相反，其實基站數(shù)量越多，輻射反而越??！ 你想一下，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▼ 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？ 大家有沒有發(fā)現(xiàn)，以前大哥大都有很長的天線，早期的手機也有突出來的小天線，為什么后來我們就看不到帶天線的手機了？ 有人說，是因為信號好了，不需要天線了。。。 其實不對。。。信號再好，也不能沒有天線。。。 更主要的原因是——天線變小了。。。 根據(jù)天線特性，天線長度應(yīng)與波長成正比，大約在1/10~1/4之間。 頻率越高，波長越短，天線也就跟著變短啦！ 毫米波，天線也變成毫米級。。。 這就意味著，天線完全可以塞進(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—— Ｍassive MIMO MIMO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時代就已經(jīng)有MIMO了，5G繼續(xù)發(fā)揚光大，變成了加強版的Massive MIMO（Massive：大規(guī)模的，大量的）。 手機都能塞好多根，基站就更不用說了。。。 ▼以前的基站，天線就那么幾根。。。 5G時代，就不是按根來算了，是按“陣”。。?！疤炀€陣列”。。。 ▼天線多得排成陣了。。。一眼看去一大片的節(jié)奏。。。 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。 不要問我為什么，去問科學(xué)家。。。 你是直的？還是彎的？ 大家都見過燈泡發(fā)光吧？ 其實，基站發(fā)射信號的時候，就有點像燈泡發(fā)光。 信號是向四周發(fā)射的，對于光，當(dāng)然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區(qū)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形的手，把散開的光束縛起來呢？ 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，通過對射頻信號相位的控制，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，而且能跟據(jù)手機的移動而轉(zhuǎn)變方向。 這種空間復(fù)用技術(shù)，由全向的信號覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，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(wù)容量。
直的都能掰成彎的。。。還有什么是通信磚家干不出來的？ 別收我錢，行不行？ 在目前的通信網(wǎng)絡(luò)中，即使是兩個人面對面撥打?qū)Ψ降氖謾C（或手機對傳照片），信號都是通過基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)的，包括控制信令和數(shù)據(jù)包。。。 而在5G時代，這種情況就不一定了。。。 5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device。 Ｄ２Ｄ 5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進(jìn)行通信，他們的數(shù)據(jù)將不再通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而是直接手機到手機。。。 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，如果你覺得這樣就不用付錢，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，運營商爸爸怎么可能放過你。。。
后記。。。 寫著寫著，發(fā)現(xiàn)洋洋灑灑寫的有點多。。。 能看到這的，都是真愛。。。 相信大家通過本文對5G和她背后的通信知識已經(jīng)有了深刻理解，而這一切，都只是源于一個如今小學(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)，它更多是對現(xiàn)有通信技術(shù)的演進(jìn)。 正如一位高人所說—— 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，在可以遇見的未來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。。。
作者：小棗君 來源：鮮棗課堂（ID： xzclasscom）
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發(fā)表于 2018-12-17 13:42:00
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