5G简介

参考文献

别给我整那么多热词,5G早这么解释不就都明白了

先来看一个公式 {\color{Blue} c=\lambda v},即光速=波长*频率

对于这个公式,可以这么说:无论是1G、2G、3G,还是4G、5G,万变不离其宗,全部都是在它身上做文章

通信技术,归根到底,就——有线通信和无线通信

在有线介质上传播数据,速率可以达到很高的数值。以光纤为例,在实验室中,单条光纤最大速度可达26Tbps

而空中传播这部分,才是移动通信的瓶颈

目前主流的移动通信标准是4G LTE,理论速率只150Mbps(不包括载波聚合)

所以,5G如果要实现端到端的高速率,重点是突破无线瓶颈

众所周知,无线通信就是利用电磁波进行通信。电波和光波,都属电磁波

电磁波的功能特性,是由它的频率决定的。不同频率的电磁波,有不同的属性特点,从而有不同的用途

5G简介_第1张图片

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我们目前主要使用电波通信。当然,光波通信也在崛起,例如LiFi(Light Fidelity,可见光通信)

电波的频率资源是有限的,为避免干扰和冲突,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

 

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请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”,其实意思就是指,工作频段在900MHz的GSM,和工作频段在800MHz的CDMA

目前全球主流的4G LTE技术标准,属于特高频和超高频

我们国家主要使用超高频:随着1G、2G、3G、4G的发展,使用的电波频率是越来越高的

因为频率越高,能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富,能实现的传输速率就越高

那么,5G使用的频率具体是多少呢? 5G的频率范围分两种:一种是6GHz以下,这个和目前我们的2/3/4G差别不算太大。还有一种,就很高了,在24GHz以上目前,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:

{\color{Blue} \lambda =c/v=\frac{3\times 10^{8}m/s}{2.8\times 10^{10}{\color{Blue} }}=0.0107m=10.7mm},这不就是“毫米波”麽

好了,既然,频率高这么好,你一定会问:“为什么以前我们不用高频率呢?”

原因很简单——不是不想用,而是用不起

电磁波的显著特点:频率越高,波长越短,越趋近于直线传播(绕射能力越差)。频率越高,在传播介质中的衰减也越大

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

再看卫星通信和GPS导航(波长1cm左右),如果有遮挡物,就没信号了

卫星那口大锅,必须校准瞄着卫星的方向,否则哪怕稍微歪一点,都会影响信号质量

移动通信如果用了高频段,那么它最大的问题,就是传输距离大幅缩短,覆盖能力大幅减弱

覆盖同一个区域,需要的5G基站数量,将大大超过4G

基站数量意味着什么?钱啊!投资啊!成本啊!

频率越低,网络建设就越省钱,竞争起来就越有利。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

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,希望基站降价

所以,基于以上原因,在高频前提下,为减轻网络建设方面的成本压力,5G必须寻找新的出路

出路有哪些呢?

首先,就是微基站。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

其实,微基站现在就有不少,尤其是城区和室内,经常能看到。以后,到了5G时代,微基站会更多,到处都会装上,几乎随处可见

那么多基站在身边,会不会对人体造成影响? 不会。与传统认知恰好相反,事实上,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?

还有就是,天线去哪了? 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,为什么现在我们的手机都没有天线了?  其实,我们并不是不需要天线,而是我们的天线变小了。根据天线特性,天线长度应与波长成正比:

 

这就意味着,天线完全可以塞进手机,甚至可以塞很多根

Massive MIMO(多天线技术)

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,但天线数量并不多,只能说是初级版

到了5G时代,继续把MIMO技术发扬光大,现在变成了加强版的Massive MIMO

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5G时代,天线数量不是按根来算了,是按“阵”“天线阵列”

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间的距离保持在半个波长以上。如果距离近了,就会互相干扰,影响信号收发

 

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