5G通讯原理

chaoge790

这一切，要从一个“神奇的公式”说起，就是这个公式！





还记得这个公式的，请骄傲地为自己鼓个掌，

如果不记得，或是看不懂，也没关系，“一个科普”解释一下。





就是这个超简单的公式，蕴含了我们无线通信技术的博大精深，无论是往事随风的1G、2G、3G，还是意气风发的4G、5G，说来说去，都是在这个数学公式上做文章。

有线？无线？

通信技术，无论什么黑科技白科技，只分两种——有线通信和无线通信，我和你打电话，信息数据要么在空中传播（看不见、摸不着），要么在实物上传播（看得见、摸得着）。





在有线介质上传播数据，想要高速很容易，在实验室中，单条光纤最大速度已达到26Tbps，是传统网线的两万六千倍。





而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在，所以，5G重点是研究无线这部分的瓶颈突破。





好大一个波

大家都知道，电波和光波都属于电磁波，电磁波的频率资源有限，根据不同的频率特性，有不同的用途。





我们目前主要使用电波进行通信。当然，光波通信也在崛起，例如可见光通信LiFi（LightFidelity）





回到电波，电波属于电磁波的一种，它的频率资源也是有限的，为了避免干扰和冲突，我们在电波这条“公路”上进一步划分“车道”，分配给不同的对象和用途。

不同频率电波的用途



注意上图中的红色字体。一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信，例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”，其实就是工作频段900MHz和800MHz的意思。

目前主流的4G LTE，属于超高频和特高频，我们国家主要使用超高频：





随着1G、2G、3G、4G的发展，使用的频率是越来越高，为什么呢？因为频率越高，速度越快（这里速度并非电磁波速度，而是流量传输速度），又为什么呢？因为频率越高，车道（频段）越宽。





看懂了吧，车道按指数级扩大。





更高的频率→更大的带宽→更快的速度





5G的频段具体是多少呢？

我们国家工信部下发通知，明确了我国的5G初始中频频段：

3.3-3.6GHz、4.8-5GHz两个频段

同时，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见。

目前，国际上主要使用28GHz进行试验（这个频段也有可能成为5G最先商用的频段），如果按28GHz来算，根据之前的公式：





好啦，这个就是5G的第一个技术特点。

毫米波

既然，频率高这么好，你一定会问：“为什么以前我们不用高频率呢？”

原因很简单——不是不想用，是用不起。

电磁波的一个显著特点：频率越高（波长越短），就越趋近于直线传播（绕射能力越差）。而且，频率越高，传播过程中的衰减也越大。

你看激光笔（波长635nm左右），射出的光是直的吧，挡住了就过不去了。

再看卫星通信和GPS导航（波长1cm左右），如果有遮挡物，就没信号了吧。

而且，卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向，稍微歪一点，都会有影响。





如果5G用高频段，那么它最大的问题，就是覆盖能力会大幅减弱。

覆盖同一个区域，需要的基站数量将超过4G。





这就是为什么这些年，电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流，基站就是要花钱买的啊，能不玩命争取么？

有的频段甚至被称为——黄金频段。





这也是为什么5G时代，运营商拼命怼设备商，甚至威胁要自己研发通信设备。

所以，基于以上原因，在高频率的前提下，为了减轻覆盖方面的成本压力，5G必须寻找新的出路，首先就是微基站。

微基站

基站有两种，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，建一个覆盖一大片 。