秒懂5G！通俗易懂外行也能看明白

　　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，小棗君解釋一下。。。

　　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)

　　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(jīng)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?？疵志椭?，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。

　　——小棗君宣

　　而且，恰好相反，其實基站數(shù)量越多，輻射反而越小!

　　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(jīng)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”。。。“天線陣列”。。。

　　▼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?，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。