先从一个“神奇的公式”说起。。。
就是这个公式!
还记得这个公式的童鞋,
请骄傲地为自己鼓个掌。。。
如果不记得,或是看不懂,
也没关系,无忌解释一下。。。
就是这个超简单的公式,
蕴含了我们无线通信技术的博大精深。。。
无论是往事随风的1G、2G、3G,
还是意气风发的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。。。
通信技术,无论什么黑科技白科技,
只分两种——有线通信和无线通信
我和你打电话,
信息数据要么在空中传播(看不见、摸不着)
要么在实物上传播(看得见、摸得着)。。。
在有线介质上传播数据,
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。。。
而 空中传播 这部分,
才是移动通信的瓶颈所在。。。
所以,5G重点是研究
无线这部分的瓶颈突破
大家都知道,
电波和光波都属于电磁波。。。
电磁波的频率资源有限,
根据不同的频率特性,
有不同的用途。。。
我们目前主要使用 电波 进行通信。。。
当然,光波通信也在崛起,
例如可见光通信LiFi(LightFidelity)
不偏题,回到电波先。。。
电波属于电磁波的一种,
它的频率资源也是有限的。。。
为了避免干扰和冲突,
我们在电波这条 公路 上
进一步划分 车道 ,
分配给不同的对象和用途。。。
▼不同频率电波的用途
大家注意上面图中的红色字体。
一直以来,我们主要是用
中频 ~超 高频 进行手机通信的。。。
例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”,
其实就是工作频段900MHz和800MHz的意思。。。
目前主流的4G LTE,
属于超高频和特高频。。。
我们国家主要使用超高频:
随着1G、2G、3G、4G的发展,
使用的频率是越来越高的。。。
为什么呢?
因为频率越高,速度越快。。。
又为什么呢?
因为频率越高,
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?
工信部明确我国的5G初始 中频频段 :
3.3-3.6GHz
4.8-5GHz两个频段
同时
24.75-27.5GHz、37-42.5GHz
高频频段 正在征集意见。
目前,
国际上主要使用28GHz进行试验
(这个频段也有可能成为5G最先商用的频段)。
如果按28GHz来算,
根据前文我们提到的公式:
好啦,这个就是5G的第一个技术特点——
毫米波
再看卫星通信和GPS导航
(波长1cm左右),
如果有遮挡物,
就没信号了吧。。。
而且,卫星那口大锅,
必须校准瞄着卫星的方向。。。
稍微歪一点,都会有影响。。。
如果5G用高频段,
那么它最大的问题,
就是覆盖能力会大幅减弱。
覆盖同一个区域,
需要的基站数量将大大超过4G。
这就是为什么这些年,
电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。。。
基站就是要花钱买的啊。。。
能不玩命争取么。。。
有的频段甚至被称为——
黄金频段 。。。
这也是为什么5G时代,
运营商拼命怼设备商。。。
甚至威胁要自己研发通信设备。。。
以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?
微基站的造型有很多种,
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。。。
基站对人体健康不会造成影响。
而且,恰好相反,
其实基站数量越多,
辐射反而越小!
你想一下,
冬天,一群人的房子里,
一个大功率取暖器好,
还是几个小功率取暖器好?
大功率方案▼
小功率方案▼
基站越小巧,数量越多,
覆盖就越好,速度就越快。。。
大家有没有发现,
以前大哥大都有很长的天线,
早期的手机也有突出来的小天线,
为什么后来我们就看不到带天线的手机了?
毫米波,
天线也变成毫米级。。。
这就意味着,
天线完全可以塞进手机的里面,
甚至可以塞很多根。。。
这就是5G的第三大杀手锏——
Massive MIMO
MIMO就是“多进多出”
(Multiple-Input Multiple-Output),
多根天线发送,多根天线接收。
在LTE时代就已经有MIMO了,
5G继续发扬光大,
变成了加强版的Massive MIMO
(Massive:大规模的,大量的)。
手机都能塞好多根,
基站就更不用说了。。。
▼以前的基站,天线就那么几根。。。
5G时代,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,天线之间的距离也不能太近。
因为天线特性要求,
多天线阵列要求天线之间的距离
保持在半个波长以上。
不要问我为什么,去问科学家。。。
大家都见过灯泡发光吧?
其实,基站发射信号的时候,
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,
如果只是想照亮某个区域或物体,
那么,大部分的光都浪费了。。。
基站也是一样,
大量的能量和资源都浪费了。
我们能不能找到一只无形的手,
把散开的光束缚起来呢?
这样既节约了能量,
也保证了要照亮的区域有足够的光。
答案是:可以。
这就是——
波束赋形
直的都能掰成弯的。。。
还有什么是通信砖家干不出来的?
在目前的通信网络中,
即使是两个人面对面拨打对方的手机
(或手机对传照片),
信号都是通过基站进行中转的,
包括控制信令和数据包。。。
而在5G时代,
这种情况就不一定了。。。
5G的第五大特点——D2D,
也就是Device to Device。
D2D
5G时代,
同一基站下的两个用户,
如果互相进行通信,
他们的数据将不再通过基站转发,
而是直接手机到手机。。。
这样,
就节约了大量的空中资源,
也减轻了基站的压力。
不过,如果你觉得这样就不用付钱,
那你就图样图森破了。。。
控制消息还是要从基站走的,
而且用着频谱资源,
运营商爸爸怎么可能放过你。。。
能看到这的,都是真爱。。。