秒懂5G！通俗易懂外行也能看明白

　　這一切，要從一個(gè)“神奇的公式”說(shuō)起。。。

　　一個(gè)神奇的公式。。。

　　就是這個(gè)公式。。。

　　還記得這個(gè)公式的童鞋，請(qǐng)驕傲地為自己鼓個(gè)掌。。。

　　如果不記得，或是看不懂，也沒(méi)關(guān)系，小棗君解釋一下。。。

　　就是這個(gè)超簡(jiǎn)單的公式，蘊(yùn)含了我們無(wú)線通信技術(shù)的博大精深。。。

　　無(wú)論是往事隨風(fēng)的1G、2G、3G，還是意氣風(fēng)發(fā)的4G、5G，說(shuō)來(lái)說(shuō)去，都是在這個(gè)數(shù)學(xué)公式上做文章。。。

　　且聽(tīng)我慢慢道來(lái)。。。

　　有線?無(wú)線?……

　　通信技術(shù)，無(wú)論什么黑科技白科技，只分兩種——有線通信和無(wú)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(jiàn)、摸不著)，要么在實(shí)物上傳播(看得見(jiàn)、摸得著)。。。

　　在有線介質(zhì)上傳播數(shù)據(jù)，想要高速很容易。。。

　　實(shí)驗(yàn)室中，單條光纖最大速度已達(dá)到了26Tbps。。。是傳統(tǒng)網(wǎng)線的兩萬(wàn)六千倍。。。

　　而空中傳播這部分，才是移動(dòng)通信的瓶頸所在。。。

　　所以，5G重點(diǎn)是研究無(wú)線這部分的瓶頸突破。

　　好大一個(gè)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(jìn)行通信。。。

　　當(dāng)然，光波通信也在崛起，例如可見(jiàn)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?cè)陔姴ㄟ@條公路上進(jìn)一步劃分車道，分配給不同的對(duì)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(lái)，我們主要是用中頻~超高頻進(jìn)行手機(jī)通信的。。。

　　例如經(jīng)常說(shuō)的“GSM900”、“CDMA800”，其實(shí)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(guó)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(lái)越高的。。。

　　為什么呢?

　　因?yàn)轭l率越高，速度越快。。。

　　又為什么呢?

　　因?yàn)轭l率越高，車道(頻段)越寬。。。

　　看懂了吧。。。車道按指數(shù)級(jí)擴(kuò)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(gè)月，我們國(guó)家工信部下發(fā)通知，明確了我國(guó)的5G初始中頻頻段：

　　3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個(gè)頻段

　　同時(shí)，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見(jiàn)。

　　目前，國(guó)際上主要使用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)(這個(gè)頻段也有可能成為5G最先商用的頻段)。

　　如果按28GHz來(lái)算，根據(jù)前文我們提到的公式：

　　好啦，這個(gè)就是5G的第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)——

　　毫米波

　　繼續(xù)，繼續(xù)。。。

　　既然，頻率高這么好，你一定會(huì)問(wèn)：“為什么以前我們不用高頻率呢?”

　　原因很簡(jiǎn)單——不是不想用。。。是用不起。。。

　　電磁波的一個(gè)顯著特點(diǎn)：頻率越高(波長(zhǎng)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(guò)程中的衰減也越大。。。

　　你看激光筆(波長(zhǎng)635nm左右)，射出的光是直的吧，擋住了就過(guò)不去了。。。

　　再看衛(wèi)星通信和GPS導(dǎo)航(波長(zhǎng)1cm左右)，如果有遮擋物，就沒(méi)信號(hào)了吧。。。

　　而且，衛(wèi)星那口大鍋，必須校準(zhǔn)瞄著衛(wèi)星的方向。。。稍微歪一點(diǎn)，都會(huì)有影響。。。

　　如果5G用高頻段，那么它最大的問(wèn)題，就是覆蓋能力會(huì)大幅減弱。

　　覆蓋同一個(gè)區(qū)域，需要的基站數(shù)量將大大超過(guò)4G。

　　這就是為什么這些年，電信、移動(dòng)、聯(lián)通為了低頻段而爭(zhēng)得頭破血流。。。

　　基站就是要花錢買的啊。。。能不玩命爭(zhēng)取么。。。

　　有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。。。

　　這也是為什么5G時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商拼命懟設(shè)備商。。。

　　甚至威脅要自己研發(fā)通信設(shè)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。看名字就知道，微基站很小，宏基站很大!

　　以前都是大的基站，建一個(gè)覆蓋一大片 ▼

　　以后更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見(jiàn)。

　　▼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(huì)讓用戶在心理上產(chǎn)生不適。。。

　　提醒

　　基站對(duì)人體健康不會(huì)造成影響。

　　——小棗君宣

　　而且，恰好相反，其實(shí)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(gè)大功率取暖器好，還是幾個(gè)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(méi)有發(fā)現(xiàn)，以前大哥大都有很長(zhǎng)的天線，早期的手機(jī)也有突出來(lái)的小天線，為什么后來(lái)我們就看不到帶天線的手機(jī)了?

　　有人說(shuō)，是因?yàn)樾盘?hào)好了，不需要天線了。。。

　　其實(shí)不對(duì)。。。信號(hào)再好，也不能沒(méi)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(zhǎng)度應(yīng)與波長(zhǎng)成正比，大約在1/10~1/4之間。

　　頻率越高，波長(zhǎng)越短，天線也就跟著變短啦!

　　毫米波，天線也變成毫米級(jí)。。。

　　這就意味著，天線完全可以塞進(jìn)手機(jī)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(jìn)多出”(Multiple-Input Multiple-Output)，多根天線發(fā)送，多根天線接收。

　　在LTE時(shí)代就已經(jīng)有MIMO了，5G繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，變成了加強(qiáng)版的Massive　MIMO(Massive：大規(guī)模的，大量的)。

　　手機(jī)都能塞好多根，基站就更不用說(shuō)了。。。

　　▼以前的基站，天線就那么幾根。。。

　　5G時(shí)代，就不是按根來(lái)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(guò)，天線之間的距離也不能太近。

　　因?yàn)樘炀€特性要求，多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個(gè)波長(zhǎng)以上。

　　不要問(wèn)我為什么，去問(wèn)科學(xué)家。。。

　　你是直的?還是彎的?

　　大家都見(jiàn)過(guò)燈泡發(fā)光吧?

　　其實(shí)，基站發(fā)射信號(hào)的時(shí)候，就有點(diǎn)像燈泡發(fā)光。

　　信號(hào)是向四周發(fā)射的，對(duì)于光，當(dāng)然是照亮整個(gè)房間，如果只是想照亮某個(gè)區(qū)域或物體，那么，大部分的光都浪費(fèi)了。。。

　　基站也是一樣，大量的能量和資源都浪費(fèi)了。

　　我們能不能找到一只無(wú)形的手，把散開(kāi)的光束縛起來(lái)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(shè)天線陣列，通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)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(wù)的手機(jī)，而且能跟據(jù)手機(jī)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)變方向。

　　這種空間復(fù)用技術(shù)，由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，波束之間不會(huì)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(wù)容量。

　　直的都能掰成彎的。。。還有什么是通信磚家干不出來(lái)的?

　　別收我錢，行不行?

　　在目前的通信網(wǎng)絡(luò)中，即使是兩個(gè)人面對(duì)面撥打?qū)Ψ降氖謾C(jī)(或手機(jī)對(duì)傳照片)，信號(hào)都是通過(guò)基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)的，包括控制信令和數(shù)據(jù)包。。。

　　而在5G時(shí)代，這種情況就不一定了。。。

　　5G的第五大特點(diǎn)——D2D，也就是Device to Device。