通信技术,
根据信号传输的介质,可以分两类:有线通信和无线通信。
即信号要么在空中传播(无线的看不见、摸不着),要么在实物上传播(有线的,看得见、摸得着)。
无线通讯技术,也称为移动通讯,它使我们的信息通讯摆脱了位置的束缚。想想以前的座机️电话️,再想想现在的手机,通信技术是不是很神奇!
我们日常使用的手机,属于移动通讯技术的范畴:是利用无线电磁波在空中完成信号的接收/传送,最终实现通信的。
举个例子,
假设你用手机发了1条微信语音给你妈妈,那么这个讯息是怎样完成传输的呢?
1-输入的语音,首先会在你自己手机里被转化为弱电信号,再经过你手机的天线转化成电磁波信号发送到就近的基站;
2-就近的基站,首先会把接收到的这段电磁波信号转化为光电信号,再经过光纤电缆传输到你妈妈就近的基站;
3-你妈妈就近的基站,首先会把接收到的这段光电信号转化成电磁波信号,再经过基站的天线发送到你妈妈手机的天线;
4-你妈妈手机的天线,首先会把这段接收到的电磁波信号转化为弱电信号,最后再转化为语音让你妈妈听到。
上面的通讯,几乎是瞬时完成的!通讯技术,是不是很神奇!对于上述举例,这里补充几点说明:
1-基站与基站之间是如何通信呢?
1)可以是有线,我国一般采用有线传输。 2)也可以是无线电磁波传输,比如人烟稀少的欧美。当下4G通讯技术,中国的有线与欧美的无线,没有技术的高低之分,是各自根据自身条件的选择不同而已。
2-为了实现手机的无线通讯,通讯运营商需要修建一个合理/经济的基站网络,在经济可行的情况下尽可能的扩大4G网络覆盖范围。只要你在某个基站的覆盖范围内,那么你的手机会自动与这个基站建立联系,此时你的手机是有信号的状态,可以正常使用。换个角度讲,只要你使用手机,基站系统就可以实时掌握你的位置,也可以知道你所有的通讯内容。
3-目前采用的移动通信4G技术,即使是两个人面对面的拨打对方手机(或手机互传照片),所有信号都要经过基站进行中转。
4-我们现在的手机仍是有天线的,只不过天线都被内置在手机内部了,不像90年代的大哥大那样支出来1根长长的天线。关于手机天线是怎么一步一步“消失”的,这个在后面会详细讲一讲。
好了!前面铺垫了这么多,是想告诉大家:手机利用的是无线通讯技术,而无线通讯技术是通过利用空中的电磁波实现的信号传输。接下来,我们来讲一讲电磁波!
我们都知道光具有波粒二象性,即是粒子也是波。而电磁波,我们可以通俗的理解为光波,它符合光波在空气中传播的速度,30万千米每秒:
C=r·v
-C是电磁波在空中的传播速度(等于光速,30万KM/s)
-r是电磁波的波长
-v是电磁波的频率
-电磁波,具有波的特征:
波长越长 - 信号传输时绕开障碍物的能力越强,传输信号的距离更远。但是信号传输的频次会很低,即手机网速会很慢。
波长越短 - 电磁波的频率会很高,信号传输的速度极快,几乎瞬时完成。但受限于波长很短,几乎无法绕开障碍物,只能完成近距离的传输。
真可谓,鱼和熊掌不可兼得!
手机通讯技术,从1G到5G,传输信号的电磁波的波长是在逐渐减短的,频率则是在逐渐增高的。
那么即将普及的5G无线通讯技术,会有些什么主要特征呢?
第一、5G的毫米波
5G电磁波的频率范围,分两种:一种是6GHz以下,这个与目前4G差别不算大。还有一种在24GHz以上,这个就很高了,目前国际上主要使用28GHz进行试验。
如果按28GHz来算,根据前文的公式:
这就是毫米波!
你一定会问:“为什么以前我们不用高频率的毫米波呢?” 不是以前不想用,是用不起!频率越高,波长越短,越趋近于直线传播(绕射和穿墙能力越差),只能完成短距离信号的无线传输。这需要我们修建密集的基站网络,成本太高了,经济不适用。
现在即将的5G,更是需要比以前密集的基站网络。那我们是如何实现的呢?答案在微基站!
第二、5G的微基站
前面讲了,移动通信如果采用了5G技术的超高频段,它最大问题是需要修建更加密集的基站网络。
那么问题来了:如果从4G通讯切入到5G通讯,覆盖同一个区域,需要的基站数量将大幅超过4G。
这也是为什么5G时代,通讯运营商拼命怂怼设备商,希望基站降价。如果真的上5G,按以往模式,设备商就发大财了。
所以在5G时代,为了减轻基站网络建设的成本压力,5G必须寻找新的出路- - - - 这就是微基站!
基站有两种,微基站和宏基站!看名字就知道,宏基站很大,微基站很小。
到了5G时代,微基站会更多,几乎随处可见。随着技术发展,微基站的成本会越来越低,不会再对5G技术的商用化造成阻碍。
不过也有人在担心:在5G时代,那么多基站在身边,会不会对人体造成影响?
答案是:不会。与传统认知恰好相反,基站数量越多,辐射反而越小!设想一下:冬天1群人在房子里,是1个大功率取暖器好,还是几个小功率好?
基站小,功率低,对大家都好。如果只采用一个大基站,离得近,辐射大,离得远,没信号,反而不好。
第三、天线去哪儿(5G大规模多天线技术)
移动终端(手机是一种移动终端),需要利用基站网络实现远距离的通讯,当然也需要1根天线用来连接就近的基站,用来与就近基站进行信号的接收/发送。
以前的大哥大有1根很长的天线,早期的2G手机也有1根突出来的小天线。那为什么在3G/4G/5G时代,手机天线就没了呢?
其实并不是手机不需要天线了,而是天线越来越小了。根据天线特性,天线长度应与波长成正比,大约在1/10~1/4之间。
随着技术发展,手机的通信频率越来越高,波长越来越短,天线当然也就跟着越变变短啦! 这就意味着,天线可以塞进手机的里面。
5G时代的毫米波通信,天线也变成毫米级啦!这就是5G的第三大杀手锏- - - - Massive MIMO(大规模多天线技术)!
在4G时代,我们就已经有了多天线技术,但是天线数量并不算多,只能说是小规模的。
到了5G的毫米波时代,多天线技术变成了加强版的大规模。手机里面能塞好多好多根天线;基站就更不用说了,这也是为什么微基站可以那么小巧但功能更加强大的原因之一!我们可以到处建设微基站了!成本也降下来了!
以前的基站,天线就那么几根:
现在的基站,天线数量不是按根来算了,是按“阵”!“天线阵列”!一眼看上去,密集恐惧症的节奏。
不过,天线之间的距离也不能太近。因为天线特性要求,要求天线之间的距离在半个波长以上。如果距离近了,就会互相干扰,影响信号的收发。这对于5G都不是问题,因为我们是毫米级的波长呀!
但是我们看电影会发现,在无人区边境地带的士兵们使用的移动通讯设备,仍然有一根支出来的天线。原因很简单,因为离基站很远,为了保障通信,电磁波的波长很长,在厘米级及以上,所以需要一根支出来的天线。
第四、5G的D2D技术
前面我们有讲,目前的移动4G技术,即使是面对面的拨打对方手机(或手机互传照片),信号仍都要通过基站进行中转的。
而在5G时代,同一基站覆盖范围内的两部手机如果互相进行通信,他们的数据不再经过基站,而是直接手机到手机。
这样可以节约大量的空中资源,也减轻了基站的压力。
2019.8.11
关于5G技术,还有另外2个问题:(1)5G可以给社会带来哪些巨大的变革?(2)我们又该如何把握5G的发展时间机遇?
最近有新闻在讲,广州等城市已经开始建设5G微基站,并准备在19年底试点手机的商用5G技术。而与我们息息相关的1个问题就是:要不要马上使用5G手机?不少人表示:“4G现在够用了,5G技术还不成熟,准备过1、2年再看看要不要用”!
我们再来听一听另一种观点:现在的科技前沿技术,大数据、无人驾驶、AI技术,智慧城市、物联网....这些都需要更高阶的通讯技术作为支撑。这不都需要5G技术作为基础支撑吗?总而言之,5G是一种赋能,一种可以带来社会巨大变革的赋能!
5G的支持者认为,它是一次前所未有的技术革命,应该尽快启动大规模建设,抢占先机。美国为什么要制裁打压华为,这是最好的论据!
而反对者认为,5G目前根本没有找到合适的应用场景,人们对5G的需求并没有想象中强烈,不适合立刻投入大量资金。
两种声音,本质上都是认同5G技术的,但在是不是现在就应该大力发展5G建设的这个问题上,存在不同的观点。
俗话说:“不见兔子不撒鹰”。目前我们确实还没有立刻可以引爆5G需求的场景,这是事实。如果盲目启动大规模的网络建设,就有可能面对“有网没人用”、“叫好不叫座”的尴尬局面,还可能会背上沉重的运营负担,甚至是巨额债务。
华为任总也说了——“5G实际上被夸大了它的作用”,“实际上现在人类社会对5G还没有这么迫切的需要”。
不过,是否大规模建设和是否建设,是两回事。在广泛范围内进行试点,还是很有必要的。否则,没有土壤,就更难孵化出我们所期待的“需求”场景。
我们再来简单看看5G的进程情况。
作为第5代移动通信技术,美国、欧盟、日本、韩国等国家已开始布局5G试验计划和商用时间表。
2019年是我国5G商用技术的元年。
2019年6月6日,工信部正式向电信、移动、联通、中国广电发放5G商用牌照 ,批准4家企业经营。
近期工信部发布“全国范围5G中低频段试验频率”的使用许可。根据5G频谱规划方案,中国电信获得3.4-3.5GHz的100MHz频谱资源,中国移动获得2515-2675Mhz的160MHz带宽及4.8-4.9Ghz的100MHz频谱资源,中国联通获得3.5-3.6Ghz的100MHz频谱资源。