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),，不少文章中都反復提及一個詞“5G”,，今天就和大家詳細講講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的博大精深,。。,。 無論是往事隨風的1G,、2G、3G,，還是意氣風發(fā)的4G,、5G，說來說去,，都是在這個數(shù)學公式上做文章,。。,。 且聽我慢慢道來,。。,。 有線,？無線？…… 通信技術,，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行通信。,。,。 當然，光波通信也在崛起,，例如可見光通信LiFi（LightFidelity） ▼圖片來自網(wǎng)絡 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~超高頻進行手機通信的,。。,。 例如經常說的“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,，運營商拼命懟設備商。,。,。 甚至威脅要自己研發(fā)通信設備。,。,。 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的手機,，而且能跟據(jù)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?yōu)榱司珳手赶蛐苑⻊�,，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(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,，如果互相進行通信，他們的數(shù)據(jù)將不再通過基站轉發(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有了深刻理解，而這一切,，都只是源于一個如今小學生都能看懂的數(shù)學公式,。。,。 通信技術并不神秘,，5G作為通信技術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，它更多是對現(xiàn)有通信技術的演進,。 正如一位高人所說—— 通信技術的極限,，并不是技術工藝方面的限制，而是建立在嚴謹數(shù)學基礎上的推論,，在可以遇見的未來是基本不可能突破的,。 如何在科學原理的范疇內，進一步發(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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