5G——five generation communication standard

所谓的“nG”是第n代通信标准的意思。

LTE是一种技术,严格意义上是3.9G,其进化版本LET—A的技术指标才符合4G的标准

站实际上就是数据交换中心,任何人的通信设备都需要通过基站才能和其他人的通信设备之间进行数据交换(数据包括但不局限于:语音、视频、图片、文字)

    讨论通信技术,绕不开的一个公式就是:光速公式V=λf(λ波长,f频率)。无论是1G、2G、3G、4G还是未来的5G都逃不过这个公式的五指山。

    通讯技术分为两类:有线通信/无线通信。信息数据要么在空气中传播(无线通信),要么在实物介质中传播(光纤、铜线,有线通信)。有线通信在实战的条件下,已经能达到很快的传输速率。在空气中的无线通信才是移动通信的瓶颈所在。

实验室条件下,单条光纤最高能达到26Tbps/s

    有线通信暂且不说,今天我们来聊聊无线通信。目前主流的移动通信技术4G LET实际速率只能达到150Mpbs,5G最核心也是最困难的技术是无线通信速率。如下图:

无线通信和有线通信能力天壤之别

        无线通信是利用电磁波进行数据包的传输。电波或者光波。电磁波的功能特性是由它的频率所决定的。不同频率的电磁波有不同的属性。

γ射线主要用于治疗肿瘤

    当前电信服务商主要提供电波通信业务,当然光波通信(Li-Fi)正在崛起。

电波Li-Fi

    电波属于电磁波的一种,因此其频率资源有限。频率,顾名思义就是单位时间周期性变化的次数。而数据包是以二进制代码存在的,反映在波形图上就是高电压代表1,低电压代表0。因此,频率越高的频段,单位波长所能承载的信息就越多;而光速在地球上又是不变的,所以我们乐意简单的得出一个结论——频率越高,传输速度越快。

频率与波长的关系为负相关

    下图展示了不同频率的用途和我国运营商主要使用的频率:

运营商使用的频率分布
全球主流4G LTE技术标准主要使用特高频和超高频

    敲重点——今天的重点来了。5G主要使用的频段有6Gbps以下和24Gbps以上,6G以下的频段和前几代标准类似,但24G以上就比较厉害了。我国实验主要集中在28G,利用光速公式V=λf(λ波长,f频率)我们能得出5G的第一个技术特点:速率快

毫米波

    毫米波传输速率快,携载数据量大,但有一个致命的缺点:绕射能力差。因为频率极高/波长极短,这就使得毫米波接近于直线(比如激光(635nm),射出为直线,遇见障碍物就没法绕过;再比如卫星那口大锅必须正好对准卫星,否则其传输效率会大大下降)。因此,为了使5G信号能够正常传输,必须建更多的基站。

5G在相同面积所需基站数远大于4G

    看到这里各位观众可能会从板凳上跳起来大喊一声:卧槽。没错,如果5G基站的单个造价和4G基站差距不大,那“提速降费”可能就真的只能是一个梦想。但只要有需求,就一定会有人做出供应,那么“微基站”就应运而生。微基站虽然覆盖范围小,但是优点是以量取胜。

宏基站常建于野外,微基站常建于室内

    1/2G时代的手机都有外凸的天线,用以接受电波信号。但现在生产的手机都取消了外凸天线,转而采用内置天线接收信号。这就引出了5G的第二大技术特点:多天线技术(Massive MIMO)

波长越短,天线越短

    前几代技术无论是基站还是手机,都只能安装有限的天线。而5G时代,只要工艺水平能够达到,一部手机中能装无数的天线,基站的天线也将建造为“天线阵列”。

MIMO:multiple input multiple output

    如果使用天线阵列,首先要保证天线之间的距离在半个波长以上,才能正常工作。其次还要考虑信号不浪费。如下图:

基站信号的发射是球形的,在天线阵列中会造成巨大的浪费

    怎么办呢?波束赋形了解一下——波束赋形;在基站上布设天线阵列,通过射频信号相位的控制 ,使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄,并指向它所提供服务的手机,而且能跟据手机的移动而转变方向。这种空间复用技术,由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务,波束之间不会干扰,在相同的空间中提供更多的通信链路,极大地提高基站的服务容量。

直的强行掰弯!!

    5G最牛逼的在于它的第三大技术特点:D2D——device to device。这个技术最大特点是相同基站下的两台设备可以免费传输数据包。但控制信息还是要通过基站传输。

毕竟用的通信公司的设备
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