這一切，要從一個“神奇的公式”說起。

 

一個神奇的公式就是這個公式:

 

 

就是這個超簡單的公式，蘊含了我們無線通信技術的博大精深。

 

無論是往事隨風的1G、2G
、3G，還是意氣風發的4G、5G
，說來說去，都是在這個數學公式上做文章,且聽我慢慢道來。

 

 

通信技術

，無論什麼黑科技白科技，隻分兩種——有線通信和無線通信

 

我和你打電話，信息數據要麼在空中傳播（看不見、摸不著），要麼在實物上傳播（看得見、摸得著）。

 

 

在有線介質上傳播數據
，想要高速很容易。實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps,是傳統網線的兩萬六千倍。

 

 

而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在！

 

 

所以
，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。

 

 

大家都知道
，電波和光波都屬於電磁波。電磁波的頻率資源有限
，根據不同的頻率特性，有不同的用途。

 

 

我們目前主要使用電波進行通信。當然，光波通信也在崛起，例如可見光通信LiFi（LightFidelity）

 

 

不偏題
，回到電波先。

 

電dian波bo屬shu於yu電dian磁ci波bo的de一yi種zhong，它ta的de頻pin率lv資zi源yuan也ye是shi有you限xian的de。為wei了le避bi免mian幹gan擾rao和he衝chong突tu，我wo們men在zai電dian波bo這zhe條tiao公gong路lu上shang進jin一yi步bu劃hua分fen車che道dao，分fen配pei給gei不bu同tong的de對dui象xiang和he用yong途tu。

 

不同頻率電波的用途

 

大家注意上麵圖中的紅色字體。一直以來，我們主要是用中頻~超高頻進行手機通信的。

 

例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。目前主流的4G LTE
，屬於超高頻和特高頻。

 

我們國家主要使用超高頻：

 

 

隨著1G、2G、3G

、4G的發展，使用的頻率是越來越高的。。。

 

為什麼呢
？

 

因為頻率越高
，速度越快。

 

這又是為什麼呢？

 

因為頻率越高
，車道（頻段）越寬。

 

 

看懂了吧？車道按指數級擴大。

 

 

更高的頻率→更大的帶寬→更快的速度

 

 

5G的頻段具體是多少呢
？

 

上個月，我們國家工信部下發通知，明確了我國的5G初始中頻頻段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段。

 

同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見。

 

目前
，國際上主要使用28GHz進行試驗（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。

 

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

 

 

好啦

，這個就是5G的第一個技術特點——

 

 

既然
，頻率高這麼好，你一定會問：“為什麼以前我們不用高頻率呢？”

 

原因很簡單——不是不想用，是用不起！

 

電磁波的一個顯著特點：頻率越高（波長越短）
，就越趨近於直線傳播（繞射能力越差）。而且，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大。

 

你看激光筆（波長635nm左右），射出的光是直的吧，擋住了就過不去了。

 

再看衛星通信和GPS導航（波長1cm左右）
，如果有遮擋物，就沒信號了吧。

 

而且
，衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向。稍微歪一點，都會有影響。

 

 

如果5G用高頻段，那麼它最大的問題，就是覆蓋能力會大幅減弱。覆蓋同一個區域
，需要的基站數量將大大超過4G。

 

 

這就是為什麼這些年，電信、移動
、聯通為了低頻段而爭得頭破血流。

 

基站就是要花錢買的啊，能不玩命爭取麼？有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。

 

 

這也是為什麼5G時代，運營商拚命懟設備商，甚至威脅要自己研發通信設備。

 

所以，基於以上原因。

 

在高頻率的前提下，為了減輕覆蓋方麵的成本壓力，5G必須尋找新的出路。

 

首先，是微基站。

 

 

基站有兩種，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，建一個覆蓋一大片：

 

 

以後更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。

 

微基站　看上去是不是很酷炫？

 

微基站的造型有很多種，靈活地與周圍的環境相融合（偽裝），不會讓用戶在心理上產生不適。

 

提醒基站對人體健康不會造成影響。——小棗君宣

 

而且，恰好相反
，其實基站數量越多，輻射反而越小！你想一下，冬天，一群人的房子裏，一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好？

 

大功率方案

 

小功率方案

 

基站越小巧，數量越多，覆蓋就越好，速度就越快。

 

 

大家有沒有發現，以前大哥大都有很長的天線
，早期的手機也有突出來的小天線，為什麼後來我們就看不到帶天線的手機了？

 

 

有人說
，是因為信號好了，不需要天線了。

 

其實不對。信號再好，也不能沒有天線。更主要的原因是——天線變小了。

 

根據天線特性
，天線長度應與波長成正比
，大約在1/10~1/4之間。

 

 

頻率越高，波長越短，天線也就跟著變短啦！毫米波
，天線也變成毫米級。這就意味著，天線完全可以塞進手機的裏麵

，甚至可以塞很多根。

 

這就是5G的第三大殺手鐧—— Ｍassive MIMOMIMO 就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，多根天線接收。在LTE時代就已經有MIMO了，5G繼續發揚光大，變成了加強版的Massive　MIMO（Massive：大規模的
，大量的）。

 

 

手機都能塞好多根，基站就更不用說了。

 

以前的基站，天線就那麼幾根

 

5G時代，就不是按根來算了，是按“陣”。。。“天線陣列”

 

天線多得排成陣了，一眼看去一大片的節奏

 

不(bu)過(guo)，天(tian)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)也(ye)不(bu)能(neng)太(tai)近(jin)。因(yin)為(wei)天(tian)線(xian)特(te)性(xing)要(yao)求(qiu)，多(duo)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)要(yao)求(qiu)天(tian)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)保(bao)持(chi)在(zai)半(ban)個(ge)波(bo)長(chang)以(yi)上(shang)。不(bu)要(yao)問(wen)我(wo)為(wei)什(shen)麼(me)，去(qu)問(wen)科(ke)學(xue)家(jia)。

 

 

大家都見過燈泡發光吧？

 

其qi實shi
，基ji站zhan發fa射she信xin號hao的de時shi候hou

，就jiu有you點dian像xiang燈deng泡pao發fa光guang。信xin號hao是shi向xiang四si周zhou發fa射she的de，對dui於yu光guang
，當dang然ran是shi照zhao亮liang整zheng個ge房fang間jian

，如ru果guo隻zhi是shi想xiang照zhao亮liang某mou個ge區qu域yu或huo物wu體ti，那na麼me，大da部bu分fen的de光guang都dou浪lang費fei了le。

 

 

jizhanyeshiyiyang，daliangdenengliangheziyuandoulangfeile。womennengbunengzhaodaoyizhiwuxingdeshou，basankaideguangshufuqilaine？zheyangjijieyuelenengliang
，yebaozhengleyaozhaoliangdequyuyouzugoudeguang。daanshi：可以。

 

這就是——

 

 

波束賦形：在(zai)基(ji)站(zhan)上(shang)布(bu)設(she)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)，通(tong)過(guo)對(dui)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)相(xiang)位(wei)的(de)控(kong)製(zhi)，使(shi)得(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)後(hou)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)波(bo)瓣(ban)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)狹(xia)窄(zhai)
，並(bing)指(zhi)向(xiang)它(ta)所(suo)提(ti)供(gong)服(fu)務(wu)的(de)手(shou)機(ji)，而(er)且(qie)能(neng)跟(gen)據(ju)手(shou)機(ji)的(de)移(yi)動(dong)而(er)轉(zhuan)變(bian)方(fang)向(xiang)。

 

zhezhongkongjianfuyongjishu，youquanxiangdexinhaofugaibianweilejingzhunzhixiangxingfuwu，boshuzhijianbuhuiganrao，zaixiangtongdekongjianzhongtigonggengduodetongxinlianlu，jidaditigaojizhandefuwurongliang。

 

 

直的都能掰成彎的。。。還有什麼是通信磚家幹不出來的
？

 

 

在目前的通信網絡中，即使是兩個人麵對麵撥打對方的手機（或手機對傳照片），信號都是通過基站進行中轉的
，包括控製信令和數據包。

 

而在5G時代，這種情況就不一定了。

 

5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device。

 

 

5G時代
，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據將不再通過基站轉發，而是直接手機到手機。

 

 

這樣，就節約了大量的空中資源，也減輕了基站的壓力。不過，如果你覺得這樣就不用付錢，那你就圖樣圖森破了。

 

控製消息還是要從基站走的，而且用著頻譜資源，運營商爸爸怎麼可能放過你。

 

 

能看到這的，都是真愛

 

相信大家通過本文對5G和她背後的通信知識已經有了深刻理解，而這一切，都隻是源於一個如今小學生都能看懂的數學公式。。。通信技術並不神秘
，5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石，也不是什麼遙不可及的創新革命技術，它更多是對現有通信技術的演進。正如一位高人所說——“通信技術的極限
，並不是技術工藝方麵的限製，而是建立在嚴謹數學基礎上的推論，在可以遇見的未來是基本不可能突破的。”如何在科學原理的範疇內，進一步發掘通信的潛力，是通信行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求。

 

（來源：鮮棗課堂公眾號）