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带你秒懂5G黑科技原理

围观人数:12106 日期:2017-7-19 13:54:31

这全部,要从一个“神奇的公式”说起。。。

一个神奇的公式。。。

即是这个公式。。。

还记得这个公式的童鞋,请骄傲地为自己鼓个掌。。。

假如不记得,或是看不懂,也不要紧,小枣君解释一下。。。

即是这个超简略的公式,蕴含了咱们无线通讯技能的博大精深。。。

无论是往事随风的1G、2G、3G,仍是意气风发的4G、5G,说来说去,都是在这个数学公式上做文章。。。

且听我慢慢道来。。。

有线?无线?……

通讯技能,无论啥黑科技白科技,只分两种——有线通讯和无线通讯

我和你打电话,信息数据要么在空中传达(看不见、摸不着),要么在实物上传达(看得见、摸得着)。。。

在有线介质上传达数据,想要高速很容易。。。

实验室中,单条光纤最大速度已达到了26Tbps。。。是传统网线的两万六千倍。。。

空中传达这部分,才是移动通讯的瓶颈所在。。。

所以,5G重点是研究无线这部分的瓶颈打破。

好大一个波。。。

大家都知道,电波和光波都属于电磁波。。。

电磁波的频率资本有限,依据不一样的频率特性,有不一样的用处。。。

咱们现在首要运用电波进行通讯。。。

当然,光波通讯也在崛起,例如可见光通讯LiFi(LightFidelity)

▼图片来自网络

不偏题,回到电波先。。。

电波属于电磁波的一种,它的频率资本也是有限的。。。

为了避免干扰和抵触,咱们在电波这条公路上进一步划分车道,分配给不一样的对象和用处。。。

▼不一样频率电波的用处

大家注意上面图中的赤色字体。一直以来,咱们首要是用中频~超高频进行手机通讯的。。。

例如常常说的“GSM900”、“CDMA800”,其实即是工作频段900MHz和800MHz的意思。。。

现在主流的4G LTE,属于超高频和特高频。。。

咱们国家首要运用超高频:

随着1G、2G、3G、4G的开展,运用的频率是越来越高的。。。

为何呢?

由于频率越高,速度越快。。。

又为何呢?

由于频率越高,车道(频段)越宽。。。

看懂了吧。。。车道按指数级扩大。。。

更高的频率→更大的带宽→更快的速度

5G的频段具体是多少呢?

上个月,咱们国家工信部下发通知,清晰了我国的5G初始中频频段

3.3-3.6GHz、4.8-5GHz两个频段

一起,24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集定见。

现在,国际上首要运用28GHz进行试验(这个频段也有也许变成5G最早商用的频段)。

假如按28GHz来算,依据前文咱们提到的公式:

好啦,这个即是5G的第一个技能特色——

毫米波

持续,持续。。。

既然,频率高这么好,你一定会问:“为何曾经咱们不必高频率呢?”

原因很简略——不是不想用。。。是用不起。。。

电磁波的一个显著特色:频率越高(波长越短),就越趋近于直线传达(绕射才能越差)。。。

并且,频率越高,传达过程中的衰减也越大。。。

你看激光笔(波长635nm左右),射出的光是直的吧,挡住了就过不去了。。。

再看卫星通讯和GPS导航(波长1cm左右),假如有遮挡物,就没信号了吧。。。

并且,卫星那口大锅,必须校准瞄着卫星的方向。。。略微歪一点,都会有影响。。。

假如5G用高频段,那么它最大的问题,即是掩盖才能会大幅削弱。

掩盖同一个区域,需要的基站数量将大大超过4G。

这即是为何这些年,电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。。。

基站即是要花钱买的啊。。。能不玩命争夺么。。。

有的频段甚至被称为——黄金频段。。。

这也是为何5G年代,运营商拼命怼设备商。。。

甚至威胁要自己研制通讯设备。。。

所以,根据以上原因。。。

在高频率的前提下,为了减轻掩盖方面的成本压力,5G必须寻找新的出路。。。

首先,是微基站。

微基站

基站有两种,微基站和宏基站。看名字就知道,微基站很小,宏基站很大!

曾经都是大的基站,建一个掩盖一大片 ▼

今后更多的将是微基站,到处都装,随处可见。

▼微基站 看上去是不是很酷炫?

微基站的外型有许多种,灵活地与周围的环境相融合(伪装),不会让用户在心理上产生不适。。。

提醒

基站对人体健康不会形成影响。

——小枣君宣

并且,恰好相反,其实基站数量越多,辐射反而越小!

你想一下,冬季,一群人的房子里,一个大功率取暖器好,仍是几个小功率取暖器好?

大功率计划▼

小功率计划▼

基站越小巧,数量越多,掩盖就越好,速度就越快。。。

天线去哪了?

大家有没有发现,曾经大哥大都有很长的天线,前期的手机也有突出来的小天线,为何后来咱们就看不到带天线的手机了?

有人说,是由于信号好了,不需要天线了。。。

其实不对。。。信号再好,也不能没有天线。。。

更首要的原因是——天线变小了。。。

依据天线特性,天线长度应与波长成正比,大约在1/10~1/4之间。

频率越高,波长越短,天线也就跟着变短啦!

毫米波,天线也变成毫米级。。。

这就意味着,天线完全能够塞进手机的里面,甚至能够塞许多根。。。

这即是5G的第三大杀手锏——

Massive MIMO

MIMO即是“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天线发送,多根天线接收。

在LTE年代就已经有MIMO了,5G持续发扬光大,变成了加强版的Massive MIMO(Massive:大规模的,大量的)。

手机都能塞很多根,基站就更不必说了。。。

▼曾经的基站,天线就那么几根。。。

5G年代,就不是按根来算了,是按“阵”。。。“天线阵列”。。。

▼天线多得排成阵了。。。一眼看去一大片的节奏。。。

不过,天线之间的间隔也不能太近。

由于天线特性要求,多天线阵列要求天线之间的间隔保持在半个波长以上。

不要问我为何,去问科学家。。。

你是直的?仍是弯的?

大家都见过灯泡发光吧?

其实,基站发射信号的时分,就有点像灯泡发光。

信号是向四周发射的,对于光,当然是照亮整个房间,假如仅仅想照亮某个区域或物体,那么,大多数的光都浪费了。。。

基站也是一样,大量的能量和资本都浪费了。

咱们能不能找到一只无形的手,把散开的光束缚起来呢?

这样既节省了能量,也保证了要照亮的区域有足够的光。

答案是:能够。

这即是——

波束赋形

波束赋形

在基站上布设天线阵列,经过对射频信号相位的操控,使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄,并指向它所供给效劳的手机,并且能跟据手机的移动而改变方向。

这种空间复用技能,由全向的信号掩盖变为了精准指向性效劳,波束之间不会干扰,在一样的空间中供给更多的通讯链路,极大地提高基站的效劳容量。

直的都能掰成弯的。。。还有啥是通讯砖家干不出来的?

别收我钱,行不行?

在现在的通讯网络中,即使是两个人面对面拨打对方的手机(或手机对传相片),信号都是经过基站进行中转的,包含操控信令和数据包。。。

而在5G年代,这种情况就不一定了。。。

5G的第五大特色——D2D,也即是Device to Device。

D2D

5G年代,同一基站下的两个用户,假如相互进行通讯,他们的数据将不再经过基站转发,而是直接手机到手机。。。

这样,就节省了大量的空中资本,也减轻了基站的压力。

不过,假如你觉得这样就不必付钱,那你就图样图森破了。。。

操控消息仍是要从基站走的,并且用着频谱资本,运营商父亲怎么也许放过你。。。

跋文。。。

写着写着,小枣君发现洋洋洒洒写的有点多。。。

能看到这的,都是真爱。。。

信任大家经过本文对5G和她背后的通讯知识已经有了深刻理解,而这全部,都仅仅源于一个如今小学生都能看懂的数学公式。。。

通讯技能并不神秘,5G作为通讯技能皇冠上最耀眼的宝石,也不是啥遥不可及的立异革命技能,它更多是对现有通讯技能的演进。

正如一位高人所说——

通讯技能的极限,并不是技能工艺方面的约束,而是建立在谨慎数学基础上的推论,在能够遇见的未来是基本不也许打破的。

如何在科学原理的范畴内,进一步开掘通讯的潜力,是通讯行业众多奋斗者们孜孜不倦的追求。。。

就到这里吧,谢谢大家的支持,再见!

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