Das ist das erste Mal, dass jemand 5G so einfach und klar erklärt hat.

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Eine einfache und magische Formel

Die heutige Geschichte beginnt mit einer Formel.

Es ist eine Formel, die gleichermaßen einfach wie magisch ist. Einfach, weil sie nur aus drei Buchstaben besteht. Magisch, weil sie die tiefsten Geheimnisse der Kommunikationstechnologie birgt und unzählige Menschen auf diesem Planeten davon fasziniert sind.

Diese Formel ist es –

Ich glaube, viele Schüler kennen diese Formel. Falls nicht und du ein naturwissenschaftlicher Schüler bist, denk bitte daran, bei Gelegenheit deinen Physiklehrer aus der Mittelstufe anzurufen!

Bitte erklären Sie, dass die obige Formel die Grundformel der Physik ist.Lichtgeschwindigkeit = Wellenlänge × Frequenz.

Für diese Formel können wir sagen:Ob 1G, 2G, 3G, 4G oder 5G – alles bleibt beim Alten. Alle machen ein großes Aufhebens darum, aber sie verlassen ihren „Fünf-Finger-Berg“ nicht.

Ich erkläre es Ihnen langsam.

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Kabelgebunden? Kabellos?

Kommunikationstechnologie, egal ob schwarze oder weiße Technologie, lässt sich letztendlich in zwei Typen unterteilen:Kabelgebundene und drahtlose Kommunikation.

Wenn ich mit Ihnen telefoniere, werden Informationen und Daten entweder in der Luft (unsichtbar und immateriell) oder in physischen Objekten (sichtbar und greifbar) übertragen.

Bei der Übertragung über physische Materialien spricht man von drahtgebundener Kommunikation, bei der im Wesentlichen Kupferdrähte und Glasfaserkabel zum Einsatz kommen, die zusammenfassend als drahtgebundene Medien bezeichnet werden.

Bei der Datenübertragung über drahtgebundene Medien können die Übertragungsraten sehr hohe Werte erreichen.

Am Beispiel der Glasfaser im LaborDie maximale Übertragungsgeschwindigkeit einer einzelnen Glasfaser hat 26 Terabit pro Sekunde erreicht. . . Das ist 26,000 Mal höher als bei herkömmlichen Netzwerkkabeln. . .

Lichtleitfaser

Die Ausbreitung über die Luft stellt den Flaschenhals der mobilen Kommunikation dar.

Der derzeit gängigste Mobilfunkstandard ist 4G LTE mit einer theoretischen Datenrate von nur 150 Mbit/s (ohne Carrier Aggregation). Dies ist mit kabelgebundenen Verbindungen überhaupt nicht vergleichbar.

Wenn 5G also hohe End-to-End-Geschwindigkeiten erreichen will, liegt der Fokus darauf, den Flaschenhals des drahtlosen Teils zu überwinden.

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Was für eine magische Welle

Wie wir alle wissen, nutzt die drahtlose Kommunikation elektromagnetische Wellen. Radiowellen und Lichtwellen sind beides elektromagnetische Wellen.

Die funktionalen Eigenschaften elektromagnetischer Wellen werden durch ihre Frequenz bestimmt.Elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenzen besitzen unterschiedliche Eigenschaften und Merkmale und haben daher unterschiedliche Anwendungsgebiete.

Beispielsweise sind hochfrequente Gammastrahlen sehr tödlich und können zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden.

konstante Frequenz elektromagnetischer Wellen

Wir kommunizieren derzeit hauptsächlich über Funkwellen. Natürlich gewinnen auch Lichtwellenkommunikationstechnologien wie LiFi zunehmend an Bedeutung.

LiFi (Light Fidelity) ist eine beliebte Lösung

Ohne abzuschweifen, kehren wir zunächst zur Radiowelle zurück.

Radiowellen sind eine Art elektromagnetischer Wellen, und ihre Frequenzressourcen sind begrenzt.

Um Interferenzen und Konflikte zu vermeiden, unterteilen wir die Spuren auf der Funkwellenautobahn weiter und ordnen sie verschiedenen Objekten und Verwendungszwecken zu.

Die Nutzung von Radiowellen bei verschiedenen Frequenzen

Bitte beachten Sie die rote Schrift im obigen Bild. Bisher haben wir hauptsächlich verwendetFür die mobile Kommunikation werden Mittel- bis Ultrahochfrequenzen genutzt.

Beispielsweise beziehen sich die oft erwähnten Bezeichnungen „GSM900“ und „CDMA800“ eigentlich auf GSM, das im 900-MHz-Frequenzband arbeitet, und auf CDMA, das im 800-MHz-Frequenzband arbeitet.

Der aktuelle globale 4G-LTE-Standard gehört zuUHF und UHF.

Unser Land nutzt hauptsächlich UHF:

Wie Sie sehen können, steigt mit der Entwicklung von 1G, 2G, 3G und 4G die Frequenz der verwendeten Funkwellen immer weiter an.

Warum ist das?

Dies liegt vor allem daran,Je höher die Frequenz, desto umfangreichere Frequenzressourcen können genutzt werden.Je reichhaltiger die Frequenzressourcen sind, desto höher ist die erreichbare Übertragungsrate.

Höhere Frequenz → mehr Ressourcen → schnellere Geschwindigkeit

Das sollte doch eigentlich ganz einfach sein, oder? Frequenzressourcen sind wie Waggons. Je höher die Frequenz, desto mehr Waggons stehen zur Verfügung und desto mehr Informationen können in der gleichen Zeit übertragen werden.

Welche Frequenz wird also konkret von 5G verwendet?

Wie nachfolgend dargestellt:

Der Frequenzbereich von 5G ist in zwei Typen unterteilt: Der eine liegt unter 6 GHz und unterscheidet sich nicht wesentlich von unseren derzeitigen 2/3/4G-Netzen. Der andere Typ ist sehr hoch.Über 24 GHz.

International wird es derzeit hauptsächlich verwendet. 28GHz Führen Sie Experimente durch (dieses Frequenzband könnte auch das erste kommerzielle Frequenzband für 5G werden).

Berechnet auf Basis von 28 GHz gemäß der oben genannten Formel:

Okay, das ist das erste technische Merkmal von 5G.

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Millimeterwelle

Gestatten Sie mir, die Tabelle zum Häufigkeitsvergleich soeben erneut zu veröffentlichen:

Bitte achten Sie auf das Endergebnis. Handelt es sich um eine „Millimeterwelle“?

Weiter weiter!

Okay, da hohe Frequenzen so gut sind, werden Sie sich bestimmt fragen:"Warum haben wir nicht schon früher hohe Frequenzen verwendet?"

Der Grund ist einfach – es ist nicht so, dass ich es nicht benutzen will, sondern dass ich es mir nicht leisten kann.

Die wichtigsten Eigenschaften elektromagnetischer Wellen: Je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge und desto näher kommt die Ausbreitung einer linearen Ausbreitung (desto geringer die Beugungsfähigkeit).Je höher die Frequenz, desto größer die Dämpfung im Ausbreitungsmedium.

Betrachten Sie den Laserpointer (Wellenlänge ca. 635 nm). Das ausgesendete Licht ist geradlinig. Wird es blockiert, kann es nicht hindurchdringen.

Bei Satellitenkommunikation und GPS-Navigation (Wellenlänge ca. 1 cm) ist zu beachten, dass bei Hindernissen kein Signal empfangen werden kann.

Der große Topf eines Satelliten muss so kalibriert werden, dass er auf die Richtung des Satelliten ausgerichtet ist, da sonst bereits eine geringfügige Abweichung die Signalqualität beeinträchtigt.

Wenn mobile Kommunikationssysteme hohe Frequenzbänder nutzen, dann ist ihr größtes Problem folgendes:Die Übertragungsdistanz wird erheblich verkürzt und die Reichweite stark eingeschränkt.

die gleiche Fläche abdeckendDie Anzahl der benötigten 5G-Basisstationen wird die der 4G-Basisstationen bei weitem übersteigen.

Was bedeutet die Anzahl der Basisstationen? Geld! Investieren! Die Kosten!

Je niedriger die Frequenz, desto günstiger der Netzausbau und desto größer der Wettbewerbsvorteil. Aus diesem Grund kämpfen China Telecom, China Mobile und China Unicom seit Jahren heftig um die niedrigen Frequenzbänder.

Manche Frequenzbänder werden sogar so genannt...Goldenes Band.

Aus diesem Grund kämpfen die Netzbetreiber im 5G-Zeitalter verzweifelt gegen die Gerätehersteller, in der Hoffnung, den Preis der Basisstationen zu senken.

Aus den oben genannten Gründen und um den Kostendruck auf den Netzausbau unter der Voraussetzung hoher Frequenzen zu reduzieren,5G muss einen neuen Weg finden.

Welche Auswege gibt es?

Da ist zunächst die Mikro-Basisstation.

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Mikro-Basisstation

Es gibt zwei Arten von Basisstationen: Mikro- und Makro-Basisstationen. Schon an den Namen erkennt man, dass die Mikro-Basisstation sehr klein und die Makro-Basisstation sehr groß ist!

Makro-Basisstation:

Üblicherweise im Freien, bauen Sie eines, um eine große Fläche abzudecken.

Mikro-Basisstation:

Sieht das nicht cool aus?

Es gibt sogar noch kleinere, so groß wie eine Handfläche.

Tatsächlich gibt es mittlerweile viele Mikro-Basisstationen, insbesondere in städtischen Gebieten und in Innenräumen, wo sie häufig anzutreffen sind.

Im 5G-Zeitalter wird es mehr Mikro-Basisstationen geben, die überall installiert werden und fast überall zu sehen sein werden.

Sie werden sich sicherlich fragen, ob es Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben wird, wenn sich so viele Mobilfunkmasten in unserer Umgebung befinden.

Meine Antwort lautet: Nein.

Tatsächlich ist es entgegen der traditionellen Auffassung so, dassJe größer die Anzahl der Basisstationen, desto geringer die Strahlung!

Überlegen Sie einmal: Ist es im Winter in einem Haus mit mehreren Personen besser, eine leistungsstarke Heizung oder mehrere leistungsschwächere Heizungen zu haben?

Hochleistungslösung▼

Niedrigstromlösung▼

Das Bild oben ist auf den ersten Blick klar.Die Basisstation ist klein und energiesparend, was für alle von Vorteil ist.Wenn man nur eine große Basisstation verwendet, ist die Strahlung groß, wenn sie nahe ist; ist sie aber weit entfernt, gibt es kein Signal, was nicht gut ist.

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Wo ist die Antenne hin?

Ist Ihnen aufgefallen, dass Mobiltelefone früher sehr lange Antennen hatten und frühe Modelle auch kleine, hervorstehende Antennen besaßen? Warum haben unsere heutigen Mobiltelefone keine Antennen mehr?

Tatsächlich ist es nicht so, dass wir keine Antennen bräuchten;Die Antenne wurde kleiner.

Gemäß den Antenneneigenschaften sollte die Antennenlänge proportional zur Wellenlänge sein, ungefähr zwischen 1/10 und 1/4.

Mit der Zeit steigt die Kommunikationsfrequenz unserer Mobiltelefone immer weiter an, die Wellenlänge wird immer kürzer und auch die Antennen werden immer kürzer!

Für die Millimeterwellenkommunikation sind auch die Antennen auf Millimeterebene geworden. . .

Das bedeutet, dass die Antenne in das Mobiltelefon eingeführt werden kann, oder dass auch mehrere Antennen eingeführt werden können. . .

Dies ist das drittgrößte Killer-Feature von 5G.

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Ｍassistives MIMO

(Mehrantennentechnologie)

MIMO steht für „Multiple-Input Multiple-Output“ (Mehrfacheingabe, Mehrfachausgabe). Dabei senden mehrere Antennen und empfangen mehrere Antennen.

Im LTE-Zeitalter gab es bereits MIMO, allerdings war die Anzahl der Antennen gering. Man konnte es nur als eine Art Junior-Version von MIMO bezeichnen.

Im 5G-Zeitalter wird die MIMO-Technologie weiterentwickelt und ist mittlerweile zu einer verbesserten Version von Massive MIMO geworden (Massive: großflächig, massiv).

In einem Mobiltelefon sind mehrere Antennen verbaut, ganz zu schweigen von der Basisstation.

Früher hatten Basisstationen nur wenige Antennen:

Im 5G-Zeitalter wird die Anzahl der Antennen nicht mehr wurzelbasiert, sondern als „Array“ berechnet. . . „Antennenarray“. . . Auf den ersten Blick klingt das nach Trypophobie. . .

Allerdings darf der Abstand zwischen den Antennen nicht zu gering sein.

Aufgrund der Antenneneigenschaften muss bei einer Mehrantennenanordnung der Abstand zwischen den Antennen mindestens eine halbe Wellenlänge betragen. Bei zu geringem Abstand stören sie sich gegenseitig und beeinträchtigen das Senden und Empfangen von Signalen.

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Strahlformung

Jeder hat schon mal eine Glühbirne leuchten sehen, oder?

Wenn die Basisstation ein Signal sendet, ist das in etwa so, als würde eine Glühbirne leuchten.

Das Signal wird an die Umgebung ausgesendet. Licht erhellt natürlich den gesamten Raum. Möchte man nur einen bestimmten Bereich oder ein bestimmtes Objekt beleuchten, geht der größte Teil des Lichts verloren.

Das Gleiche gilt für Basisstationen, wo viel Energie und Ressourcen verschwendet werden.

Können wir eine unsichtbare Hand finden, die das verstreute Licht bündelt?

Dadurch wird nicht nur Energie gespart, sondern es wird auch sichergestellt, dass der zu beleuchtende Bereich ausreichend Licht erhält.

Die Antwort lautet: ja.

Das ist Beamforming.

Auf der Basisstation ist eine Antennenanordnung angebracht, und durch Steuerung der Phase des Hochfrequenzsignals wird der Strahl der elektromagnetischen Welle nach der Wechselwirkung sehr schmal und auf das Mobiltelefon gerichtet, dem sie Dienste bereitstellt. Die Richtung kann entsprechend der Bewegung des Mobiltelefons geändert werden.

Diese räumliche Multiplexing-Technologie wandelt die omnidirektionale Signalabdeckung in eine präzise Richtungsübertragung ohne Interferenzen zwischen den Strahlen um.Durch die Schaffung von mehr Kommunikationsverbindungen auf demselben Raum wird die Servicekapazität der Basisstation erheblich verbessert.

Gerade Linien lassen sich in gebogene Linien unterteilen. . . Gibt es sonst noch etwas, was Kommunikationsexperten nicht können?

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Verlangen Sie kein Geld von mir, okay?

Im heutigen Mobilfunknetz werden selbst bei einem direkten Telefonat zwischen zwei Personen (oder beim Austausch von Fotos über Mobiltelefone) die Signale, einschließlich Steuersignale und Datenpakete, über die Basisstation weitergeleitet.

Im 5G-Zeitalter ist dies nicht unbedingt der Fall.

Das fünfte Hauptmerkmal von 5G ist D2D, was Device-to-Device (Gerät-zu-Gerät) bedeutet.

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Ｄ２Ｄ

Im 5G-Zeitalter werden die Daten zweier Nutzer, die sich im selben Basisstationsnetz befinden, nicht mehr über die Basisstation, sondern direkt von Mobiltelefon zu Mobiltelefon weitergeleitet.

Auf diese Weise werden große Mengen an Luftressourcen eingespart und der Druck auf die Basisstation verringert.

Wer jedoch meint, er müsse nicht zahlen, erweist Tucson einen schlechten Dienst.

Die Steuermeldungen müssen weiterhin von der Basisstation gesendet werden. Sie nutzen Spektrumressourcen. Wie kann der Betreiber Sie da gehen lassen?

Nachsatz

Ich bin überzeugt, dass dieser Artikel jedem ein tiefes Verständnis von 5G und der dahinterstehenden Kommunikationstechnik vermittelt. Und das alles basiert auf mathematischen Formeln, die sogar ein Grundschüler verstehen kann. Stimmt's?

Kommunikationstechnologie ist kein Mysterium. Als strahlendstes Juwel in der Krone der Kommunikationstechnologie ist 5G keine unerreichbare, revolutionäre Innovation. Sie ist vielmehr eine Weiterentwicklung bestehender Kommunikationstechnologien.

Wie ein Experte sagte –

Die Grenzen der Kommunikationstechnologie sind keine technischen Beschränkungen, sondern auf strenge mathematische Berechnungen zurückzuführen. Ein Durchbruch ist in absehbarer Zeit praktisch unmöglich.

Wie man das Potenzial der Kommunikation im Rahmen wissenschaftlicher Prinzipien weiter erforschen kann, ist das unermüdliche Bestreben vieler Macher in der Kommunikationsbranche.

Okay, das war’s für heute.

Dieser Artikel ist ein Nachdruck aus „IoT IQDa wir den Schutz von Urheberrechten unterstützen, geben Sie bitte bei Nachdruck die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, kontaktieren Sie uns bitte, damit wir das entsprechende Material entfernen können.