Quina diferència hi ha entre 5G i 4G?
La història d'avui comença amb una fórmula.
És una fórmula senzilla però màgica.És senzill perquè només té tres lletres.I és sorprenent perquè és una fórmula que conté el misteri de la tecnologia de la comunicació.
La fórmula és:
Permeteu-me explicar la fórmula, que és la fórmula bàsica de la física, la velocitat de la llum = longitud d'ona * freqüència.
Sobre la fórmula, podeu dir: si és 1G, 2G, 3G o 4G, 5G, tot sol.
Amb cable?Sense fils?
Només hi ha dos tipus de tecnologies de comunicació: la comunicació per cable i la comunicació sense fil.
Si et truco, les dades d'informació són a l'aire (invisible i intangible) o bé en el material físic (visible i tangible).
Si es transmet sobre els materials físics, és comunicació per cable.S'utilitza filferro de coure, fibra òptica, etc., tots anomenats mitjans de cable.
Quan les dades es transmeten per mitjà de cable, la velocitat pot arribar a valors molt alts.
Per exemple, al laboratori, la velocitat màxima d'una sola fibra ha arribat als 26 Tbps;és vint-i-sis mil vegades de cable tradicional.
Fibra òptica
La comunicació aèria és el coll d'ampolla de la comunicació mòbil.
L'estàndard mòbil actual és 4G LTE, una velocitat teòrica de només 150 Mbps (excloent l'agregació d'operadors).Això no és res en comparació amb el cable.
Per tant,si el 5G vol aconseguir una alta velocitat d'extrem a extrem, el punt crític és trencar el coll d'ampolla sense fil.
Com tots sabem, la comunicació sense fil és l'ús d'ones electromagnètiques per a la comunicació.Les ones electròniques i les ones de llum són ambdues ones electromagnètiques.
La seva freqüència determina la funció d'una ona electromagnètica.Les ones electromagnètiques de diferents freqüències tenen característiques diferents i, per tant, tenen altres usos.
Per exemple, els raigs gamma d'alta freqüència tenen una letalitat important i es poden utilitzar per tractar tumors.
Actualment utilitzem principalment ones elèctriques per a la comunicació.per descomptat, hi ha l'augment de les comunicacions òptiques, com LIFI.
LiFi (fidelitat a la llum), comunicació de llum visible.
Tornem primer a les ones de ràdio.
L'electrònica pertany a una mena d'ona electromagnètica.Els seus recursos de freqüència són limitats.
Vam dividir la freqüència en diferents parts i les vam assignar a diversos objectes i usos per evitar interferències i conflictes.
| Nom de la banda | Abreviatura | Número de banda ITU | Freqüència i longitud d'ona | Exemples d'usos |
| Freqüència extremadament baixa | ELF | 1 | 3-30 Hz100.000-10.000 km | Comunicació amb submarins |
| Superbaixa freqüència | SLF | 2 | 30-300 Hz10.000-1.000 km | Comunicació amb submarins |
| Freqüència ultra baixa | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicació submarina, comunicació dins de les mines |
| Freqüència molt baixa | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 km | Navegació, senyals horàries, comunicació submarina, pulsòmetres sense fil, geofísica |
| Baixa Freqüència | LF | 5 | 30-300KHz10-1 km | Navegació, senyals horàries, radiodifusió AM Longwave (Europa i parts d'Àsia), RFID, ràdio amateur |
| Freqüència Mitjana | MF | 6 | 300-3.000KHz1.000-100m | Emissions AM (ona mitjana), radioaficionats, balises d'allaus |
| Alta freqüència | HF | 7 | 3-30 MHz100-10M | Emissions d'ona curta, ràdio de banda de ciutadans, ràdio amateur i comunicacions d'aviació per sobre de l'horitzó, RFID, radar per sobre de l'horitzó, establiment d'enllaç automàtic (ALE) / comunicacions de ràdio d'ona cel d'incidència gairebé vertical (NVIS), radiotelefonia marítima i mòbil |
| Freqüència molt alta | VHF | 8 | 30-300MHz10-1 m | FM, emissions de televisió, comunicacions en línia de visió terra-aeronau i avió-aeronau, comunicacions mòbils terrestres i marítimes, ràdio amateur, ràdio meteorològica |
| Ultra alta freqüència | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Emissions de televisió, forn de microones, dispositius de microones/comunicacions, ràdioastronomia, telèfons mòbils, LAN sense fil, Bluetooth, ZigBee, GPS i ràdios bidireccionals com ara mòbils terrestres, ràdios FRS i GMRS, ràdio amateur, ràdio per satèl·lit, sistemes de control remot, ADSB |
| Super alta freqüència | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10 mm | Ràdioastronomia, dispositius de microones/comunicacions, LAN sense fil, DSRC, radars més moderns, satèl·lits de comunicacions, emissió de televisió per cable i satèl·lit, DBS, ràdio amateur, ràdio per satèl·lit |
| Freqüència extremadament alta | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Ràdioastronomia, relé de ràdio de microones d'alta freqüència, teledetecció per microones, ràdio amateur, arma d'energia dirigida, escàner d'ones mil·límetres, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o Freqüència tremendament alta | THz de THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imatges mèdiques experimentals per substituir els raigs X, dinàmica molecular ultraràpida, física de la matèria condensada, espectroscòpia de domini temporal de terahertz, informàtica/comunicacions de terahertz, teledetecció |
L'ús d'ones de ràdio de diferents freqüències
Utilitzem principalmentMF-SHFper a la comunicació per telèfon mòbil.
Per exemple, "GSM900" i "CDMA800" sovint es refereixen a GSM que funciona a 900 MHz i CDMA que funciona a 800 MHz.
Actualment, l'estàndard de tecnologia 4G LTE principal del món pertany a UHF i SHF.
La Xina utilitza principalment SHF
Com podeu veure, amb el desenvolupament de l'1G, 2G, 3G, 4G, la freqüència de ràdio utilitzada és cada cop més alta.
Per què?
Això és principalment perquè com més gran sigui la freqüència, més recursos de freqüència disponibles.Com més recursos de freqüència estiguin disponibles, més gran es pot aconseguir la velocitat de transmissió.
Una freqüència més alta significa més recursos, el que significa una velocitat més ràpida.
Aleshores, què utilitza 5 G les freqüències específiques?
Com es mostra a continuació:
El rang de freqüències de 5G es divideix en dos tipus: un per sota dels 6GHz, que no és massa diferent dels nostres actuals 2G, 3G, 4G, i l'altre, que és alt, per sobre dels 24GHz.
Actualment, 28 GHz és la banda de prova líder internacional (la banda de freqüència també pot convertir-se en la primera banda de freqüència comercial per a 5G)
Si es calcula per 28GHz, segons la fórmula que hem esmentat anteriorment:
Bé, aquesta és la primera característica tècnica del 5G
Ona mil·limètrica
Permeteu-me que torni a mostrar la taula de freqüències:
| Nom de la banda | Abreviatura | Número de banda ITU | Freqüència i longitud d'ona | Exemples d'usos |
| Freqüència extremadament baixa | ELF | 1 | 3-30 Hz100.000-10.000 km | Comunicació amb submarins |
| Superbaixa freqüència | SLF | 2 | 30-300 Hz10.000-1.000 km | Comunicació amb submarins |
| Freqüència ultra baixa | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicació submarina, comunicació dins de les mines |
| Freqüència molt baixa | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 km | Navegació, senyals horàries, comunicació submarina, pulsòmetres sense fil, geofísica |
| Baixa Freqüència | LF | 5 | 30-300KHz10-1 km | Navegació, senyals horàries, radiodifusió AM Longwave (Europa i parts d'Àsia), RFID, ràdio amateur |
| Freqüència Mitjana | MF | 6 | 300-3.000KHz1.000-100m | Emissions AM (ona mitjana), radioaficionats, balises d'allaus |
| Alta freqüència | HF | 7 | 3-30 MHz100-10M | Emissions d'ona curta, ràdio de banda de ciutadans, ràdio amateur i comunicacions d'aviació per sobre de l'horitzó, RFID, radar per sobre de l'horitzó, establiment d'enllaç automàtic (ALE) / comunicacions de ràdio d'ona cel d'incidència gairebé vertical (NVIS), radiotelefonia marítima i mòbil |
| Freqüència molt alta | VHF | 8 | 30-300MHz10-1 m | FM, emissions de televisió, comunicacions en línia de visió terra-aeronau i avió-aeronau, comunicacions mòbils terrestres i marítimes, ràdio amateur, ràdio meteorològica |
| Ultra alta freqüència | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Emissions de televisió, forn de microones, dispositius de microones/comunicacions, ràdioastronomia, telèfons mòbils, LAN sense fil, Bluetooth, ZigBee, GPS i ràdios bidireccionals com ara mòbils terrestres, ràdios FRS i GMRS, ràdio amateur, ràdio per satèl·lit, sistemes de control remot, ADSB |
| Super alta freqüència | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10 mm | Ràdioastronomia, dispositius de microones/comunicacions, LAN sense fil, DSRC, radars més moderns, satèl·lits de comunicacions, emissió de televisió per cable i satèl·lit, DBS, ràdio amateur, ràdio per satèl·lit |
| Freqüència extremadament alta | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Ràdioastronomia, relé de ràdio de microones d'alta freqüència, teledetecció per microones, ràdio amateur, arma d'energia dirigida, escàner d'ones mil·límetres, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o Freqüència tremendament alta | THz de THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imatges mèdiques experimentals per substituir els raigs X, dinàmica molecular ultraràpida, física de la matèria condensada, espectroscòpia de domini temporal de terahertz, informàtica/comunicacions de terahertz, teledetecció |
Si us plau, presteu atenció a la línia de fons.És això aona mil·limètrica!
Bé, com que les freqüències altes són tan bones, per què no hem utilitzat abans?
El motiu és senzill:
–no és que no el vulguis utilitzar.És que no t'ho pots permetre.
Les característiques notables de les ones electromagnètiques: com més gran sigui la freqüència, més curta és la longitud d'ona, més propera a la propagació lineal (pitjor és la capacitat de difracció).Com més gran sigui la freqüència, més gran serà l'atenuació del medi.
Mireu el vostre llapis làser (la longitud d'ona és d'uns 635 nm).La llum emesa és recta.Si el bloqueges, no podràs passar.
A continuació, mireu les comunicacions per satèl·lit i la navegació GPS (la longitud d'ona és d'aproximadament 1 cm).Si hi ha una obstrucció, no hi haurà senyal.
El pot gran del satèl·lit s'ha de calibrar per apuntar el satèl·lit en la direcció correcta, o fins i tot una lleugera desalineació afectarà la qualitat del senyal.
Si la comunicació mòbil utilitza la banda d'alta freqüència, el seu problema més important és la distància de transmissió significativament escurçada i la capacitat de cobertura es redueix molt.
Per cobrir la mateixa àrea, el nombre d'estacions base 5G requerides superarà significativament el 4G.
Què significa el nombre d'estacions base?Els diners, la inversió i el cost.
Com més baixa sigui la freqüència, més barata serà la xarxa i més competitiva serà.És per això que tots els operadors han lluitat per les bandes de baixa freqüència.
Algunes bandes fins i tot s'anomenen bandes de freqüència d'or.
Per tant, segons els motius anteriors, sota la premissa de l'alta freqüència, per reduir la pressió de costos de la construcció de la xarxa, el 5G ha de trobar una nova sortida.
I quina és la sortida?
Primer, hi ha l'estació base micro.
Micro estació base
Hi ha dos tipus d'estacions base, estacions base micro i estacions base macro.Mireu el nom i la microestació base és petita;l'estació base macro és enorme.
Estació base macro:
Per cobrir una gran superfície.
Estació base micro:
Molt petita.
Sovint es poden veure moltes micro estacions base, especialment en zones urbanes i interiors.
En el futur, pel que fa al 5G, n'hi haurà molts més, i s'instal·laran a tot arreu, gairebé a tot arreu.
Podeu preguntar-vos, hi haurà algun impacte en el cos humà si hi ha tantes estacions base al voltant?
La meva resposta és -no.
Com més estacions base hi ha, menys radiació hi ha.
Penseu-hi, a l'hivern, en una casa amb un grup de persones, és millor tenir un escalfador d'alta potència o diversos escalfadors de baixa potència?
La petita estació base, de baixa potència i apta per a tothom.
Si només és una gran estació base, la radiació és important i massa lluny, no hi ha senyal.
On és l'antena?
Us heu adonat que els telèfons mòbils tenien una antena llarga en el passat i que els primers telèfons mòbils tenien antenes petites?Per què ara no tenim antenes?
Bé, no és que no necessitem antenes;és que les nostres antenes són cada cop més petites.
Segons les característiques de l'antena, la longitud de l'antena hauria de ser proporcional a la longitud d'ona, aproximadament entre 1/10 ~ 1/4
A mesura que canvia el temps, la freqüència de comunicació dels nostres telèfons mòbils augmenta, la longitud d'ona és cada cop més curta i l'antena també serà més ràpida.
Comunicació d'ones mil·limètriques, l'antena també esdevé a nivell mil·limètric
Això vol dir que l'antena es pot inserir completament al telèfon mòbil i fins i tot diverses antenes.
Aquesta és la tercera clau del 5G
MIMO massiu (tecnologia multi-antena)
MIMO, que significa múltiples entrades, múltiples sortides.
A l'era LTE, ja tenim MIMO, però el nombre d'antenes no és massa, i només es pot dir que és la versió anterior de MIMO.
A l'era 5G, la tecnologia MIMO es converteix en una versió millorada de Massive MIMO.
Un telèfon mòbil es pot farcir amb múltiples antenes, sense oblidar les torres mòbils.
A l'estació base anterior, només hi havia unes poques antenes.
A l'era 5G, el nombre d'antenes no es mesura per peces sinó per la matriu d'antenes "Array".
Tanmateix, les antenes no haurien d'estar massa juntes.
A causa de les característiques de les antenes, una matriu de diverses antenes requereix que la distància entre les antenes es mantingui per sobre de la meitat de la longitud d'ona.Si s'acosten massa, interferiran entre si i afectaran la transmissió i recepció de senyals.
Quan l'estació base transmet un senyal, és com una bombeta.
El senyal s'emet a l'entorn.Perquè la llum, és clar, és il·luminar tota l'habitació.Si fos només per il·lustrar una àrea o objecte en particular, la major part de la llum es malgasta.
L'estació base és la mateixa;es malgasten molta energia i recursos.
Aleshores, si podem trobar una mà invisible per lligar la llum dispersa?
Això no només estalvia energia sinó que també garanteix que la zona a il·luminar tingui prou llum.
La resposta és sí.
Això ésFormació de feixos
La formació de feix o el filtratge espacial és una tècnica de processament de senyal utilitzada en matrius de sensors per a la transmissió o recepció de senyals direccionals.Això s'aconsegueix combinant elements en una matriu d'antenes de manera que els senyals en angles particulars experimentin interferències constructives mentre que altres experimentin interferències destructives.La formació de feix es pot utilitzar tant als extrems de transmissió com de recepció per aconseguir la selectivitat espacial.
Aquesta tecnologia de multiplexació espacial ha canviat de la cobertura del senyal omnidireccional a serveis direccionals precisos, no interferirà entre els feixos del mateix espai per proporcionar més enllaços de comunicació, millorant significativament la capacitat del servei de l'estació base.
A la xarxa mòbil actual, encara que dues persones es truquin cara a cara, els senyals es transmeten a través de les estacions base, inclosos els senyals de control i els paquets de dades.
Però a l'era 5G, aquesta situació no és necessàriament així.
La cinquena característica significativa del 5G:D2Dés dispositiu a dispositiu.
A l'era 5G, si dos usuaris sota la mateixa estació base es comuniquen entre ells, les seves dades ja no es reenviaran a través de l'estació base sinó directament al telèfon mòbil.
D'aquesta manera, estalvia molts recursos d'aire i redueix la pressió sobre l'estació base.
Però, si creus que no has de pagar d'aquesta manera, t'equivoques.
El missatge de control també ha d'anar des de l'estació base;feu servir els recursos de l'espectre.Com podien els operadors deixar-te anar?
La tecnologia de la comunicació no és misteriosa;com a joia de la corona de la tecnologia de la comunicació, 5 G no és una tecnologia de revolució d'innovació inabastable;és més l'evolució de la tecnologia de comunicació existent.
Com va dir un expert:
Els límits de les tecnologies de la comunicació no es limiten a limitacions tècniques sinó a inferències basades en matemàtiques rigoroses, que és impossible de trencar en breu.
I com explorar encara més el potencial de la comunicació dins de l'àmbit dels principis científics és la recerca incansable de moltes persones de la indústria de la comunicació.
Hora de publicació: Jun-02-2021