5G是什么?一篇文章搞定!

时间:

2019-11-20

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5G是什么?一篇文章搞定!


前言

前两天在得到 APP 中看到了《前沿科技之吴军讲5G》,抱着「付费之后就能毫不费力、完全搞懂5G」的心情报名了。在上下班期间听完了这个专栏,怎么说呢……听完了我还是不知道5G究竟是什么……所以想研究下5G的底层原理。


文章都是自己的理解,欢迎指正和交流。


移动通信技术发展史


5G是什么?一篇文章搞定!


移动通信原理

电磁波

最基本也是最重要的问题:手机为什么能够上网呢?这就涉及到学生时代的物理知识:电磁波。


维基百科中对「电磁波」的定义:


电磁波是指同相振荡且互相垂直的电场与磁场,在空间中以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场的振荡方向。


电磁波在真空中速度为光速,传输不需要介质。从高频到低频依次为:


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1、伽马射线:原子衰变裂解时放出的射线之一,穿透力极强,可使生物体内的DNA断裂,应用如伽马射线立体定向放射治疗,又称为伽马刀,可用于对特定肿瘤患者的治疗。

2、X射线:X-ray,0.01纳米到10纳米之间(对应频率范围30 PHz到30EHz),可应用于医学成像。

3、紫外线:Ultraviolet,简称为UV。波长在10nm至400nm之间的电磁波,波长比可见光短,但比X射线长。太阳光中含有部分的紫外线,电弧、水银灯、黑光灯也会发出紫外线。紫外线会损害胶原蛋白,伤害DNA,有致癌风险。

4、可见光:Visible light,电磁波谱中人眼可以看见(感受得到)的部分,波长为390到700nm。

5、红外线:Infrared,简称IR。波长为760nm至1mm之间,是波长比红光长的非可见光,对应频率约是在430 THz到300 GHz的范围内。室温下物体所发出的热辐射多都在此波段。

6、微波:Microwave,波长为1mm至1米之间,具有穿透、反射、吸收三个特性。应用就是微波炉(具体原理下面会分析)。

7、无线电波:Radio waves,频率在300 GHz到3 kHz之间。诸如WiFi、蓝牙、NFC等都工作在这个频段。


那手机是如何连接网络的呢?

当你给某人打电话时,你的语音会被手机转换为电子信号,通过无线电波传输到最近的手机信号塔。呼叫到达另一个人的电话之前,它需要通过蜂窝塔网络。其他数据如照片和视频的传输也是一样的道理。


5G 是什么?

5G 本质上是什么?

4G也就是在2G Hz频率范围更新,5G采用了超高频,甚至到毫米波,类似上面的微波。


我个人的理解,5G其实就是采用了超高频段通信而已。


5G 的频段有哪些?

国际上有2个标准:


1、FR1:450MHz-6000MHz

2、FR2(毫米波频段):24250MHz-52600MHz


采用高频段有什么好处?

1、单位时间振动次数多,所以能表示更多信息,传输效率高。

2、无线通信最大信号带宽约在载波频率的5%左右,也就是说,载波频率越高,其可实现的信号带宽也就越大。即:能承载更多设备。


采用高频段有什么坏处?

1、频率越高,波长越短,衍射(绕过物体的能力)越弱,穿透能力越强。但是毫米波这个频段,穿透不是很强,衍射也不是很强……(想想极端情况,X射线能穿透物体成像,无线电波能穿透墙壁传递信号)

2、需要更多的基站,而且现有的基站几乎无法复用。

3、对人体有害(未有结论支撑)。


4G 有什么不足?

1、上网设备数量太多后,带宽不够。4G每平方公里只能支持10万个设备,这个数字看似很大,但是实际上是不够的。比如稍微在一个人群密集的演唱会会聚会场所,想拍照发个朋友圈都难。

2、IoT设备联网方式,现在都是通过通过蓝牙和手机后上网,或通过家里WiFi联网,并不能直接联网。


5G 的特点?

1、高速

2、低时延

3、海量设备


对 5G 的一些看法

有些需求是被「创造」出来的,是现有的技术,然后才有的需求。就像苹果手机出现前,没有人认为大屏触控手机是必要的,诺基亚的按键手机才是主流。当时的苹果手机被认为是「伪需求」。


乔布斯曾说过:消费者并不知道自己需要什么,直到我们拿出自己的产品,他们就发现,这是我要的东西。4G 出来之前,也很少有人会想着用手机流量看视频直播,现在也都已经习惯。


个人感觉 5G 也没有网上传说的那么玄乎,从根本上来讲就是采用了极高频的频段进行通信。好处是高速、低时延、能同时容纳海量设备,但是带来的代价也是显而易见的,这就需要更多更密集的基站。不同国家间针对 5G 问题又不能达成共识,所以 5G 还需要一定的时间发展。


作者:被称为L的男人

来源:简书