5G除了快,多出的“1G”還有這4點(diǎn)優(yōu)勢

相關(guān)專題: 5G 物聯(lián)網(wǎng) 毫米波

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這個(gè)自去年一直被熱炒的通訊技術(shù)總是會(huì)時(shí)不時(shí)的進(jìn)入我們的視線。而且在剛剛結(jié)束的CES上,高通也圍繞5G為我們描繪了一個(gè)觸手可及充滿科技感的未來。


現(xiàn)在讓我們想象一下5G也許就像3G時(shí)期我們想象4G一樣,除了速度快似乎也想象不出4G對比3G在其他方面能有什么提升。

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按照理論數(shù)據(jù),5G的傳輸速率將可以實(shí)現(xiàn)1Gb/s,比目前4G的速度快十倍以上。這意味著使用5G技術(shù)下載一部1GB大小的高清電影僅僅需要10秒就可以下載完成!


那么5G從技術(shù)上到底有哪些改變才能使其相較4G的速度有“質(zhì)”的飛躍呢?除了速度更快,5G對比4G還有哪些方面的提升呢?


接下來我就給各位揭示一下5G比4G多出來“1G”到底藏著哪些秘密。


  • 毫米波是速度提升的關(guān)鍵

眾所周知,現(xiàn)如今我們使用的手機(jī)所發(fā)射和接受的信號(hào)就是電磁波。不過由于電磁波的頻率是有限的,不同的工作所用到的電磁波又不能相互干擾,所以,全球統(tǒng)一協(xié)商將有限的電磁波頻率統(tǒng)一劃分出不同的用處,比如,極低頻率被應(yīng)用于超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航、至高頻率被應(yīng)用于波導(dǎo)通信。


而我們手機(jī)通訊用的電磁波頻率,則是被分配到了中頻—超高頻段。簡單來說,從2G到3G一直到5G,其實(shí)就是頻率的遞增。


而隨著頻率的提高,頻段也在逐步加寬。


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比如,4G時(shí)期,我國運(yùn)營商采用的頻段大致是2555-2575MHz。而5G目前國際上主要采用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)。


很直觀的可以看出5G相較于4G的頻段不止高了一個(gè)數(shù)量級。


如果我們將頻率代入到光速以及波長的公式就會(huì)得出很有意思的結(jié)果。以5G的28GHz為例子:


以28GHz為例計(jì)算波長


然后我們就能得出5G下的波長約為10.7mm(毫米),這也就是我們常說的5G毫米波。


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不過需要注意的是,雖然毫米波可以帶來更大的傳輸速度,但是毫米波也有致命的缺點(diǎn)——毫米波在空氣中衰減較大,且繞射能力較弱。簡單來說,用毫米波實(shí)現(xiàn)信號(hào)穿墻是非常困難的。


為了解決這個(gè)問題,就要用到微基站技術(shù)了。


  • 微基站使用戶均衡獲取信號(hào)

前面說到,由于5G毫米波穿透力較差并且在空氣中衰減很大的弱點(diǎn),如果5G仍然采用以往在3G、4G時(shí)期使用的“宏基站”,就不能為稍遠(yuǎn)的用戶提供足夠的信號(hào)保障。


為了應(yīng)對這個(gè)困難,5G開始才用全新的基站——微基站。顧名思義,微基站做的足夠小的基站。


為了更容易理解宏基站和微基站的區(qū)別,我們用一個(gè)取暖的例子來形象的比喻宏基站和微基站。


宏基站:在一個(gè)寒冷的冬天,一個(gè)班級里面只有一個(gè)熾熱的火爐,老師為了讓班級暖和起來,將這個(gè)熾熱的火爐放在班級的正中間。


結(jié)果事與愿違,班級整體并沒有都熱起來,僅僅是距離火爐比較近的幾個(gè)學(xué)生暖和(事實(shí)上,由于溫度太高,可能已經(jīng)有灼熱的感覺)而距離這個(gè)火爐很遠(yuǎn)的在班級邊緣的學(xué)生可能絲毫感覺不到火爐的溫度,凍的瑟瑟發(fā)抖。



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微基站:如果我們將上述班級中心熾熱的火爐“拆分開”,分成四五個(gè)火爐,雖然每個(gè)小火爐的功率不及原先的大火爐,但是我們將這幾個(gè)小火爐平均分到班級的各個(gè)區(qū)域,這樣每個(gè)人都能感受到暖意了。

 

所以,微基站不僅在體積上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宏基站,在功耗上也會(huì)有所降低。


你也許想問,為什么宏基站的天線都那么大,而微基站的天線這么。炕蛘咭暌幌,為什么以前我們的手機(jī)都要長長的天線,而現(xiàn)在我們的手機(jī)都“沒有”天線了?


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這是因?yàn),隨著頻率逐漸升高,該頻率相對應(yīng)的波長在逐漸的縮短,而天線也就跟著變短了!根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)顯示,天線的長度大約為波長的1/10~1/4。


所以,5G的毫米波,也就使得天線達(dá)到了“毫米”的級別。



  • Massive MIMO使帶寬容量提升數(shù)十倍

5G時(shí)代的“毫米”天線能帶來一個(gè)巨大的好處,那就是可以在微小的基站中放入更多的天線。


這就用到了MIMO技術(shù),英文全稱是Multiple-Input Multiple-Output,意為“多進(jìn)多出”,說白了就是基站的天線變多了,并且手機(jī)的接受能力也變強(qiáng)了,源頭上多根天線發(fā)送,接收對象多根天線接受。


而5G由于可以放入更多的天線,也就成為了加強(qiáng)版的Massive(海量的) MIMO技術(shù)。


雖然4G時(shí)期已經(jīng)開始使用MIMO技術(shù),但是4G時(shí)期由于天線比較大,一般都是使用4天線、8天線居多,并沒有做到“大規(guī)模、海量”的Massive MIMO天線。


到了5G時(shí)期,當(dāng)頻率處于30Ghz時(shí),基站最多可使用256個(gè)天線同時(shí)收發(fā)信號(hào),5G可以將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量提升數(shù)十倍乃至更大。



  • 信號(hào)像手電筒“精準(zhǔn)打擊”用戶

雖然現(xiàn)在信號(hào)和天線的問題都解決了,但是5G還有一個(gè)問題困擾著我們,就是我們放射信號(hào)的時(shí)候能不能不像4G那樣漫無目的的放射,雖然有一個(gè)很大的覆蓋面,但是利用率卻有高有低。能不能“精準(zhǔn)打擊”只給有需要的人用,從而節(jié)省資源。


通俗的說,4G就像電燈一樣,打開電燈后,不管某一個(gè)地方需不需要光,這束“4G”之光都會(huì)覆蓋到,一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。


到了5G,為了解決這種資源浪費(fèi)的行為,開始使用波束賦形技術(shù)。


波束賦形是什么?來看下維基百科的解釋:


“波束賦形(Beamforming)又叫波束成型、空域?yàn)V波,是一種使用傳感器陣列定向發(fā)送和接收信號(hào)的信號(hào)處理技術(shù)。 波束賦形技術(shù)通過調(diào)整相位陣列的基本單元的參數(shù),使得某些角度的信號(hào)獲得相長干涉,而另一些角度的信號(hào)獲得相消干涉。波束賦形既可以用于信號(hào)發(fā)射端,又可以用于信號(hào)接收端。”


簡單來說,5G將4G的電燈變成了“手電筒”,如果在一間黑屋子里電量這盞5G“手電筒”,他不會(huì)使整個(gè)屋子都亮,而是尋求特定的有需求的方向打擊。



  • D2D技術(shù)使終端點(diǎn)對點(diǎn)溝通

5G另一項(xiàng)領(lǐng)先的地方就是可以實(shí)現(xiàn)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信,也被稱為鄰近服務(wù),通過此技術(shù),用戶的數(shù)據(jù)可以不經(jīng)基站中轉(zhuǎn)就可以直接在兩個(gè)終端之間進(jìn)行傳輸。

使用D2D技術(shù),一舉兩得——即可以節(jié)約大量空中資源,同時(shí)也減輕了基站的壓力。


不過,你不要認(rèn)為這樣就可以逃過運(yùn)營商的“魔爪”,不用交通信費(fèi)了,因?yàn)榭偟男盘?hào)控制和資源分配還是通過基站來進(jìn)行調(diào)控的,所以,我們還是要乖乖給運(yùn)營商交錢。


總的來說,5G雖然只比4G多了“1G”,但是這“1G”蘊(yùn)含的內(nèi)容和進(jìn)步可是太多了,無論是帶寬還是基站,5G相較于4G都有了“質(zhì)”的飛躍。


雖然現(xiàn)在階段我們5G離我們的日常生活還有些遙遠(yuǎn),但是現(xiàn)在就像像暴風(fēng)雨來臨前夜沉寂的安靜,一旦等到5G這場風(fēng)暴來襲,無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)這些與我們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)的科技產(chǎn)品將隨著5G共同顛覆我們的日常生活。


當(dāng)然,最重要的,還是網(wǎng)速的提升。





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