Care este diferența dintre 5G și 4G?
Povestea de astăzi începe cu o formulă.
Este o formulă simplă, dar magică.Este simplu pentru că are doar trei litere.Și este uimitor pentru că este o formulă care conține misterul tehnologiei comunicațiilor.
Formula este:
Permiteți-mi să explic formula, care este formula fizică de bază, viteza luminii = lungimea de undă * frecvența.
Despre formulă, puteți spune: dacă este 1G, 2G, 3G sau 4G, 5G, totul pe cont propriu.
Cablat?Fără fir?
Există doar două tipuri de tehnologii de comunicare – comunicarea prin fir și comunicarea fără fir.
Dacă vă sun, datele informaționale sunt fie în aer (invizibile și intangibile), fie în materialul fizic (vizibile și tangibile).
Dacă se transmite pe materialele fizice, este comunicare prin cablu.Se folosește sârmă de cupru, fibră optică etc., toate denumite medii cu fir.
Când datele sunt transmise prin cablu, rata poate atinge valori foarte mari.
De exemplu, în laborator, viteza maximă a unei singure fibre a ajuns la 26 Tbps;este de douăzeci și șase de mii de ori cablul tradițional.
Fibra optica
Comunicarea prin aer este blocajul comunicațiilor mobile.
Actualul standard mobil principal este 4G LTE, o viteză teoretică de numai 150 Mbps (excluzând agregarea operatorului).Acest lucru nu este absolut nimic în comparație cu cablul.
Prin urmare,dacă 5G dorește să atingă o viteză mare de la capăt la capăt, punctul critic este să treci peste blocajul wireless.
După cum știm cu toții, comunicarea fără fir este utilizarea undelor electromagnetice pentru comunicare.Undele electronice și undele luminoase sunt ambele unde electromagnetice.
Frecvența sa determină funcția unei unde electromagnetice.Undele electromagnetice de diferite frecvențe au caracteristici diferite și astfel au alte utilizări.
De exemplu, razele gamma de înaltă frecvență au o letalitate semnificativă și pot fi utilizate pentru tratarea tumorilor.
În prezent, folosim în principal unde electrice pentru comunicare.desigur, există o creștere a comunicațiilor optice, cum ar fi LIFI.
LiFi (fidelitate la lumină), comunicare cu lumină vizibilă.
Să revenim mai întâi la undele radio.
Electronica aparține unui fel de undă electromagnetică.Resursele sale de frecvență sunt limitate.
Am împărțit frecvența în diferite părți și le-am atribuit diferitelor obiecte și utilizări pentru a evita interferențele și conflictele.
| Numele trupei | Abreviere | Numărul benzii ITU | Frecvență și lungime de undă | Exemple de utilizări |
| Frecvență extrem de scăzută | ELF | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Comunicarea cu submarinele |
| Frecvență super joasă | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000 km | Comunicarea cu submarinele |
| Frecvență ultra joasă | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicare submarină, Comunicare în mine |
| Frecvență foarte joasă | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 km | Navigație, semnale de timp, comunicații submarine, monitoare wireless de ritm cardiac, geofizică |
| Frecventa joasa | LF | 5 | 30-300KHz10-1 km | Navigație, semnale de timp, radiodifuziune AM cu undă lungă (Europa și părți ale Asiei), RFID, radio amator |
| Frecvență medie | MF | 6 | 300-3.000KHz1.000-100m | Emisiuni AM (undă medie), radio amator, balize de avalanșă |
| Frecventa inalta | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Emisiuni cu undă scurtă, radio în bandă pentru cetățeni, radio amator și comunicații aviatice peste orizont, RFID, radar peste orizont, stabilire automată a legăturii (ALE) / comunicații radio cu incidență aproape verticală skywave (NVIS), radiotelefonie marină și mobilă |
| Frecvență foarte mare | VHF | 8 | 30-300MHz10-1m | FM, emisiuni de televiziune, comunicații sol-aeron și avion-aeron cu linie de vedere, comunicații mobile terestre și maritime, radio amatori, radio meteo |
| Frecvență ultra înaltă | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Emisiuni de televiziune, cuptor cu microunde, dispozitive/comunicații cu microunde, radioastronomie, telefoane mobile, LAN fără fir, Bluetooth, ZigBee, GPS și radio-uri bidirecționale, cum ar fi radio-uri mobile terestre, radiouri FRS și GMRS, radio amator, radio prin satelit, sisteme de control la distanță, ADSB |
| Frecvență super înaltă | SHF | 10 | 3-30GHz100-10mm | Radioastronomie, dispozitive/comunicații cu microunde, LAN fără fir, DSRC, cele mai moderne radare, sateliți de comunicații, televiziune prin cablu și prin satelit, DBS, radio amator, radio prin satelit |
| Frecvență extrem de ridicată | EHF | 11 | 30-300GHz10-1mm | Radioastronomie, releu radio cu microunde de înaltă frecvență, teledetecție cu microunde, radio amator, armă cu energie direcționată, scaner cu unde milimetrice, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz sau Frecvență extrem de ridicată | THz de THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imagistica medicală experimentală pentru a înlocui razele X, dinamică moleculară ultrarapidă, fizica materiei condensate, spectroscopie în domeniul timpului terahertzi, calcul/comunicații în teraherți, teledetecție |
Utilizarea undelor radio de diferite frecvențe
Noi folosim în principalMF-SHFpentru comunicarea prin telefon mobil.
De exemplu, „GSM900” și „CDMA800” se referă adesea la GSM care funcționează la 900MHz și la CDMA care funcționează la 800MHz.
În prezent, standardul mondial de tehnologie 4G LTE aparține UHF și SHF.
China folosește în principal SHF
După cum puteți vedea, odată cu dezvoltarea 1G, 2G, 3G, 4G, frecvența radio utilizată este din ce în ce mai mare.
De ce?
Acest lucru se datorează în principal pentru că cu cât frecvența este mai mare, cu atât sunt mai multe resurse de frecvență disponibile.Cu cât sunt disponibile mai multe resurse de frecvență, cu atât rata de transmisie poate fi atinsă mai mare.
O frecvență mai mare înseamnă mai multe resurse, ceea ce înseamnă o viteză mai mare.
Deci, ce folosește 5 G frecvențele specifice?
Așa cum se arată mai jos:
Gama de frecvență a 5G este împărțită în două tipuri: unul este sub 6GHz, care nu este prea diferit de 2G, 3G, 4G actual, iar celălalt, care este ridicat, peste 24GHz.
În prezent, 28GHz este banda de testare internațională lider (banda de frecvență poate deveni și prima bandă de frecvență comercială pentru 5G)
Dacă se calculează cu 28GHz, conform formulei menționate mai sus:
Ei bine, aceasta este prima caracteristică tehnică a 5G
Undă milimetrică
Permiteți-mi să arăt din nou tabelul de frecvență:
| Numele trupei | Abreviere | Numărul benzii ITU | Frecvență și lungime de undă | Exemple de utilizări |
| Frecvență extrem de scăzută | ELF | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Comunicarea cu submarinele |
| Frecvență super joasă | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000 km | Comunicarea cu submarinele |
| Frecvență ultra joasă | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicare submarină, Comunicare în mine |
| Frecvență foarte joasă | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 km | Navigație, semnale de timp, comunicații submarine, monitoare wireless de ritm cardiac, geofizică |
| Frecventa joasa | LF | 5 | 30-300KHz10-1 km | Navigație, semnale de timp, radiodifuziune AM cu undă lungă (Europa și părți ale Asiei), RFID, radio amator |
| Frecvență medie | MF | 6 | 300-3.000KHz1.000-100m | Emisiuni AM (undă medie), radio amator, balize de avalanșă |
| Frecventa inalta | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Emisiuni cu undă scurtă, radio în bandă pentru cetățeni, radio amator și comunicații aviatice peste orizont, RFID, radar peste orizont, stabilire automată a legăturii (ALE) / comunicații radio cu incidență aproape verticală skywave (NVIS), radiotelefonie marină și mobilă |
| Frecvență foarte mare | VHF | 8 | 30-300MHz10-1m | FM, emisiuni de televiziune, comunicații sol-aeron și avion-aeron cu linie de vedere, comunicații mobile terestre și maritime, radio amatori, radio meteo |
| Frecvență ultra înaltă | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Emisiuni de televiziune, cuptor cu microunde, dispozitive/comunicații cu microunde, radioastronomie, telefoane mobile, LAN fără fir, Bluetooth, ZigBee, GPS și radio-uri bidirecționale, cum ar fi radio-uri mobile terestre, radiouri FRS și GMRS, radio amator, radio prin satelit, sisteme de control la distanță, ADSB |
| Frecvență super înaltă | SHF | 10 | 3-30GHz100-10mm | Radioastronomie, dispozitive/comunicații cu microunde, LAN fără fir, DSRC, cele mai moderne radare, sateliți de comunicații, televiziune prin cablu și prin satelit, DBS, radio amator, radio prin satelit |
| Frecvență extrem de ridicată | EHF | 11 | 30-300GHz10-1mm | Radioastronomie, releu radio cu microunde de înaltă frecvență, teledetecție cu microunde, radio amator, armă cu energie direcționată, scaner cu unde milimetrice, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz sau Frecvență extrem de ridicată | THz de THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imagistica medicală experimentală pentru a înlocui razele X, dinamică moleculară ultrarapidă, fizica materiei condensate, spectroscopie în domeniul timpului terahertzi, calcul/comunicații în teraherți, teledetecție |
Vă rugăm să fiți atenți la linia de jos.Este unundă milimetrică!
Ei bine, din moment ce frecvențele înalte sunt atât de bune, de ce nu am folosit frecvența înaltă înainte?
Motivul este simplu:
– nu este că nu vrei să-l folosești.Este că nu îți poți permite.
Caracteristicile remarcabile ale undelor electromagnetice: cu cât frecvența este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică, cu atât este mai aproape de propagarea liniară (cu atât capacitatea de difracție este mai slabă).Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare atenuarea în mediu.
Uită-te la stiloul tău laser (lungimea de undă este de aproximativ 635 nm).Lumina emisă este dreaptă.Dacă îl blochezi, nu poți trece.
Apoi uitați-vă la comunicațiile prin satelit și navigația GPS (lungimea de undă este de aproximativ 1 cm).Dacă există o obstrucție, nu va exista niciun semnal.
Potul mare al satelitului trebuie calibrat pentru a îndrepta satelitul în direcția corectă, sau chiar și o ușoară nealiniere va afecta calitatea semnalului.
Dacă comunicația mobilă folosește banda de înaltă frecvență, cea mai importantă problemă a acesteia este distanța de transmisie redusă semnificativ, iar capacitatea de acoperire este mult redusă.
Pentru a acoperi aceeași zonă, numărul de stații de bază 5G necesare va depăși semnificativ 4G.
Ce înseamnă numărul de stații de bază?Banii, investițiile și costurile.
Cu cât frecvența este mai mică, cu atât rețeaua va fi mai ieftină și va fi mai competitivă.De aceea, toți purtătorii s-au luptat pentru benzi de frecvență joasă.
Unele benzi sunt chiar numite – benzile de frecvență de aur.
Prin urmare, pe baza motivelor de mai sus, sub premisa frecvenței înalte, pentru a reduce presiunea costurilor de construcție a rețelei, 5G trebuie să găsească o nouă cale de ieșire.
Și care sunt calea de ieșire?
În primul rând, este micro stația de bază.
Micro stație de bază
Există două tipuri de stații de bază, stații de bază micro și stații de bază macro.Uită-te la nume și stația de bază micro este mică;stația de bază macro este enormă.
Macro stație de bază:
Pentru a acoperi o suprafață mare.
Micro statie de baza:
Foarte mic.
Multe stații de bază micro acum, în special în zonele urbane și în interior, pot fi adesea văzute.
În viitor, când vine vorba de 5G, vor fi multe altele și vor fi instalate peste tot, aproape peste tot.
Vă puteți întreba, va exista vreun impact asupra corpului uman dacă există atâtea stații de bază în jur?
Răspunsul meu este – nu.
Cu cât sunt mai multe stații de bază, cu atât există mai puține radiații.
Gândește-te, iarna, într-o casă cu un grup de oameni, este mai bine să ai un încălzitor de mare putere sau mai multe încălzitoare de putere redusă?
Stația de bază mică, de putere redusă și potrivită pentru toată lumea.
Dacă doar o stație de bază mare, radiația este semnificativă și prea departe, nu există semnal.
Unde este antena?
Ați observat că telefoanele mobile aveau o antenă lungă în trecut, iar telefoanele mobile timpurii aveau antene mici?De ce nu avem antene acum?
Ei bine, nu este că nu avem nevoie de antene;este că antenele noastre devin mai mici.
În funcție de caracteristicile antenei, lungimea antenei ar trebui să fie proporțională cu lungimea de undă, aproximativ între 1/10 ~ 1/4
Pe măsură ce timpul se schimbă, frecvența de comunicare a telefoanelor noastre mobile devine din ce în ce mai mare, iar lungimea de undă devine din ce în ce mai scurtă, iar antena va deveni, de asemenea, mai rapidă.
Comunicarea cu unde milimetrice, antena devine, de asemenea, la nivel milimetric
Aceasta înseamnă că antena poate fi introdusă integral în telefonul mobil și chiar mai multe antene.
Aceasta este a treia cheie a 5G
MIMO masiv (tehnologie cu mai multe antene)
MIMO, care înseamnă intrări multiple, ieșiri multiple.
În era LTE, avem deja MIMO, dar numărul de antene nu este prea mare și se poate spune doar că este versiunea anterioară a MIMO.
În era 5G, tehnologia MIMO devine o versiune îmbunătățită a Massive MIMO.
Un telefon mobil poate fi umplut cu mai multe antene, ca să nu mai vorbim de turnuri celulare.
În stația de bază anterioară, existau doar câteva antene.
În era 5G, numărul de antene nu este măsurat pe bucăți, ci prin matricea de antene „Array”.
Cu toate acestea, antenele nu trebuie să fie prea apropiate.
Datorită caracteristicilor antenelor, o matrice cu mai multe antene necesită ca distanța dintre antene să fie menținută peste jumătatea lungimii de undă.Dacă se apropie prea mult, vor interfera între ele și vor afecta transmisia și recepția semnalelor.
Când stația de bază transmite un semnal, acesta este ca un bec.
Semnalul este emis în împrejurimi.Căci lumina, desigur, înseamnă a ilumina întreaga cameră.Numai pentru a ilustra o anumită zonă sau obiect, cea mai mare parte a luminii este irosită.
Stația de bază este aceeași;se irosesc multă energie și resurse.
Deci, dacă putem găsi o mână invizibilă pentru a lega lumina împrăștiată?
Acest lucru nu numai că economisește energie, dar se asigură și că zona de iluminat are suficientă lumină.
Raspunsul este da.
Aceasta esteBeamforming
Beamforming sau filtrarea spațială este o tehnică de procesare a semnalului utilizată în rețelele de senzori pentru transmisia sau recepția direcțională a semnalului.Acest lucru se realizează prin combinarea elementelor într-o matrice de antene, astfel încât semnalele la anumite unghiuri suferă interferențe constructive, în timp ce altele suferă interferențe distructive.Beamforming poate fi utilizat atât la capătul de transmisie, cât și la cel de recepție pentru a obține selectivitatea spațială.
Această tehnologie de multiplexare spațială s-a schimbat de la acoperirea semnalului omnidirecțional la servicii direcționale precise, nu va interfera între fasciculele din același spațiu pentru a oferi mai multe legături de comunicație, îmbunătățind semnificativ capacitatea de serviciu a stației de bază.
În rețeaua mobilă actuală, chiar dacă două persoane se sună față în față, semnalele sunt transmise prin stații de bază, inclusiv semnale de control și pachete de date.
Dar în era 5G, această situație nu este neapărat cazul.
A cincea caracteristică semnificativă a 5G -D2Deste de la dispozitiv la dispozitiv.
În era 5G, dacă doi utilizatori de sub aceeași stație de bază comunică între ei, datele lor nu vor mai fi redirecționate prin stația de bază, ci direct către telefonul mobil.
În acest fel, economisește o mulțime de resurse de aer și reduce presiunea asupra stației de bază.
Dar, dacă crezi că nu trebuie să plătești în acest fel, atunci te înșeli.
Mesajul de control trebuie să treacă și de la stația de bază;utilizați resursele spectrului.Cum ar putea operatorii să te lase să pleci?
Tehnologia comunicațiilor nu este misterioasă;ca bijuteria coroanei tehnologiei comunicațiilor, 5 G nu este o tehnologie de revoluție a inovației de neatins;este mai mult evoluția tehnologiei de comunicare existente.
După cum a spus un expert...
Limitele tehnologiei comunicațiilor nu se limitează la limitări tehnice, ci la inferențe bazate pe matematică riguroasă, care este imposibil de depășit în scurt timp.
Și cum să explorezi în continuare potențialul comunicării în domeniul de aplicare al principiilor științifice este urmărirea neobosită a multor oameni din industria comunicațiilor.
Ora postării: 02-jun-2021