این اولین باری است که کسی 5G را تا این حد ساده و واضح بیان کرده است.

1

یک فرمول ساده و جادویی

Today’s story starts with a formula.

این فرمولی است که هم ساده و هم جادویی است. ساده است زیرا در مجموع فقط ۳ حرف دارد. گفته می‌شود جادویی است زیرا این فرمول حاوی اسرار عمیق فناوری ارتباطات است و افراد بی‌شماری در این سیاره شیفته‌ی آن هستند.

این فرمول همونه——

من معتقدم بسیاری از دانش‌آموزان این فرمول را می‌شناسند. اگر نه، و شما دانشجوی علوم هستید، لطفاً به یاد داشته باشید که هر وقت وقت داشتید با معلم فیزیک راهنمایی خود تماس بگیرید!

لطفا توضیح دهید، فرمول بالا فرمول پایه فیزیک است.سرعت نور = طول موج و ضربدر فرکانس.

برای این فرمول، می‌توانیم بگوییم:چه ۱G، ۲G، ۳G، ۴G یا ۵G باشد، همه چیز مثل قبل است. همه در موردش هیاهو می‌کنند و از «کوه پنج انگشتی»‌اش بیرون نمی‌پرند.

بگذار آهسته به تو بگویم.

2

سیمی؟ بی‌سیم؟

فناوری ارتباطات، چه فناوری سیاه باشد چه فناوری سفید، در نهایت می‌تواند به دو نوع تقسیم شود——ارتباطات سیمی و ارتباطات بی‌سیم.

وقتی با شما تلفنی صحبت می‌کنم، اطلاعات و داده‌ها یا در هوا (نامرئی و ناملموس) یا در اشیاء فیزیکی (مرئی و ملموس) منتقل می‌شوند.

اگر روی مواد فیزیکی منتقل شود، ارتباط سیمی است که اساساً از سیم‌های مسی و کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌کند که در مجموع به آنها رسانه سیمی گفته می‌شود.

وقتی داده‌ها از طریق رسانه‌های سیمی منتقل می‌شوند، نرخ می‌تواند به مقادیر بسیار بالایی برسد.

به عنوان مثال، فیبر نوری را در آزمایشگاه در نظر بگیرید،حداکثر سرعت یک فیبر نوری به 26 ترابیت بر ثانیه رسیده است... این سرعت 26,000 برابر کابل‌های شبکه سنتی است...

فیبر نوری

بخش انتشار هوایی، گلوگاه ارتباطات سیار است.

استاندارد فعلی ارتباطات سیار، 4G LTE است که سرعت تئوری آن تنها 150 مگابیت در ثانیه (بدون احتساب تجمیع اپراتور) است. این سرعت کاملاً با سرعت سیمی غیرقابل مقایسه است.

بنابراین، اگر 5G بخواهد به سرعت‌های بالا در سرتاسر شبکه دست یابد، تمرکز باید بر رفع تنگناهای بخش بی‌سیم باشد.

3

چه موج جادویی ای

همانطور که همه ما می‌دانیم، ارتباطات بی‌سیم از امواج الکترومغناطیسی برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند. امواج رادیویی و امواج نوری هر دو امواج الکترومغناطیسی هستند.

ویژگی‌های عملکردی امواج الکترومغناطیسی با فرکانس آنها تعیین می‌شود.امواج الکترومغناطیسی با فرکانس‌های مختلف، خواص و ویژگی‌های متفاوتی دارند و بنابراین کاربردهای متفاوتی نیز دارند.

برای مثال، پرتوهای گاما با فرکانس بالا بسیار کشنده هستند و می‌توان از آنها برای درمان تومورها استفاده کرد.

فرکانس ثابت امواج الکترومغناطیسی

ما در حال حاضر عمدتاً با استفاده از امواج هوایی ارتباط برقرار می‌کنیم. البته ارتباطات موج نوری نیز مانند LiFi در حال افزایش است.

LiFi (Light Fidelity)

بدون اینکه از بحث اصلی دور شویم، بیایید ابتدا به موج رادیویی برگردیم.

امواج رادیویی نوعی از امواج الکترومغناطیسی هستند و منابع فرکانسی آنها محدود است.

برای جلوگیری از تداخل و تداخل، ما خطوط موجود در بزرگراه موج رادیویی را بیشتر تقسیم می‌کنیم و آنها را به اشیاء و کاربردهای مختلف اختصاص می‌دهیم.

کاربردهای امواج رادیویی در فرکانس‌های مختلف

لطفا به فونت قرمز در تصویر بالا توجه کنید. تاکنون، ما عمدتاً ازفرکانس متوسط ​​تا فرکانس فوق العاده بالا برای ارتباطات تلفن همراه استفاده می شود.

برای مثال، عباراتی مانند «GSM900» و «CDMA800» که اغلب ذکر می‌شوند، در واقع به GSM که در باند فرکانسی ۹۰۰ مگاهرتز و CDMA که در باند فرکانسی ۸۰۰ مگاهرتز کار می‌کند، اشاره دارند.

استاندارد فنی فعلی جهانی 4G LTE متعلق به ... است.یو اچ اف و یو اچ اف.

کشور ما عمدتاً از UHF استفاده می‌کند:

همانطور که می‌بینید، با توسعه‌ی ۱G، ۲G، ۳G و ۴G، فرکانس امواج رادیویی مورد استفاده بیشتر و بیشتر می‌شود.

چرا این هست؟

این عمدتاً به این دلیل است که،هرچه فرکانس بالاتر باشد، منابع فرکانسی که می‌توان از آنها استفاده کرد، غنی‌تر هستند.هرچه منابع فرکانسی غنی‌تر باشند، نرخ انتقال بالاتری قابل دستیابی است.

فرکانس بالاتر → منابع بیشتر → سرعت بیشتر

فهمیدنش نباید سخت باشه، درسته؟ منابع فرکانسی مثل واگن‌ها هستن. هر چی فرکانس بالاتر باشه، واگن‌های بیشتری وجود داره و اطلاعات بیشتری می‌تونه همزمان بارگذاری بشه.

بنابراین، فرکانس خاص مورد استفاده 5G چیست؟

همانطور که در زیر نشان داده شده است:

محدوده فرکانس 5G به دو نوع تقسیم می‌شود: یکی زیر 6 گیگاهرتز است که تفاوت چندانی با 2/3/4G فعلی ما ندارد. نوع دیگری نیز وجود دارد که بسیار بالا است.بالاتر از ۲۴ گیگاهرتز

در حال حاضر، در سطح بین‌المللی، عمدتاً مورد استفاده قرار می‌گیرد 28GHz انجام آزمایش‌ها (این باند فرکانسی همچنین ممکن است به اولین باند فرکانسی تجاری برای 5G تبدیل شود).

اگر بر اساس ۲۸ گیگاهرتز محاسبه شود، طبق فرمولی که در بالا ذکر کردیم:

خب، این اولین ویژگی فنی 5G است——

4

موج میلی متر

لطفاً اجازه دهید جدول مقایسه فرکانس را همین الان دوباره ارسال کنم:

لطفا به خط پایین توجه کنید. آیا منظور «موج میلی‌متری» است؟

برو، برو!

خب، از آنجایی که فرکانس بالا خیلی خوب است، قطعاً خواهید پرسید:«چرا قبلاً از فرکانس‌های بالا استفاده نکردیم؟»

دلیلش ساده است - نه اینکه نخواهم از آن استفاده کنم، بلکه توانایی خریدش را ندارم.

ویژگی‌های برجسته امواج الکترومغناطیسی: هرچه فرکانس بالاتر باشد، طول موج کوتاه‌تر است و به انتشار خطی نزدیک‌تر است (توانایی پراش بدتر است).هرچه فرکانس بالاتر باشد، تضعیف در محیط انتشار بیشتر است.

Look at the laser pointer (wavelength is about 635nm). The light emitted is straight. If it is blocked, it will not be able to pass through.

با نگاهی به ارتباطات ماهواره‌ای و ناوبری GPS (طول موج حدود ۱ سانتی‌متر)، اگر موانعی وجود داشته باشد، هیچ سیگنالی وجود نخواهد داشت.

دیش بزرگ یک ماهواره باید طوری کالیبره شود که به سمت ماهواره باشد، در غیر این صورت حتی یک انحراف جزئی بر کیفیت سیگنال تأثیر خواهد گذاشت.

اگر ارتباطات سیار از باندهای فرکانس بالا استفاده کنند، بزرگترین مشکل آن این است کهفاصله انتقال تا حد زیادی کوتاه شده و قابلیت پوشش تا حد زیادی تضعیف می‌شود.

همان منطقه را پوشش می‌دهد،The number of 5G base stations required will greatly exceed that of 4G.

تعداد ایستگاه‌های پایه به چه معناست؟ پول! سرمایه‌گذاری! هزینه!

هرچه فرکانس پایین‌تر باشد، ساخت شبکه ارزان‌تر و رقابت مطلوب‌تر خواهد بود. به همین دلیل است که در سال‌های اخیر، چاینا تلکام، چاینا موبایل و چاینا یونیکام به شدت برای باندهای فرکانس پایین مبارزه کرده‌اند.

بعضی از باندهای فرکانسی حتی نامیده می‌شوند——باند طلایی.

به همین دلیل است که در دوران 5G، اپراتورها به شدت با تولیدکنندگان تجهیزات در حال مبارزه هستند، به این امید که قیمت ایستگاه‌های پایه را کاهش دهند.

بنابراین، بر اساس دلایل فوق، به منظور کاهش فشار هزینه بر ساخت شبکه تحت فرض فرکانس بالا،5G باید راه جدیدی برای خروج پیدا کند.

راه‌های خروج کدامند؟

اول، ایستگاه پایه میکرو وجود دارد.

5

ایستگاه پایه میکرو

دو نوع ایستگاه پایه وجود دارد، ایستگاه‌های پایه میکرو و ایستگاه‌های پایه ماکرو. فقط با نگاه کردن به نام‌ها، می‌توانید تشخیص دهید که ایستگاه پایه میکرو بسیار کوچک و ایستگاه پایه ماکرو بسیار بزرگ است!

ایستگاه پایه ماکرو:

فضای باز رایج، یکی بسازید تا منطقه بزرگی را پوشش دهد

ایستگاه پایه میکرو:

باحال به نظر نمیرسه؟

حتی کوچکترها هم وجود دارند، به بزرگی یک کف دست

در واقع، اکنون ایستگاه‌های پایه میکرو زیادی وجود دارد، به خصوص در مناطق شهری و داخل ساختمان‌ها، جایی که اغلب دیده می‌شوند.

در دوران 5G، ایستگاه‌های پایه میکرو بیشتری وجود خواهند داشت که در همه جا نصب می‌شوند و تقریباً در همه جا قابل مشاهده هستند.

قطعاً خواهید پرسید، آیا اگر این همه ایستگاه پایه در اطراف ما وجود داشته باشد، تأثیری بر بدن انسان خواهد داشت؟

پاسخ من این است - نه.

In fact, contrary to traditional understanding, in fact,هرچه تعداد ایستگاه‌های پایه بیشتر باشد، تشعشعات کمتر است!

به این فکر کنید، در زمستان، در خانه‌ای که گروهی از افراد در آن زندگی می‌کنند، آیا بهتر است یک بخاری پرقدرت داشته باشید یا چند بخاری کم‌قدرت؟

راهکار پرقدرت▼

راهکار کم‌مصرف▼

تصویر بالا در یک نگاه گویاست.ایستگاه پایه کوچک و کم‌مصرف است که برای همه مناسب است.اگر فقط از یک ایستگاه پایه بزرگ استفاده کنید، اگر نزدیک باشد، تشعشع زیاد خواهد بود، اما اگر دور باشد، سیگنالی وجود نخواهد داشت که خوب نیست.

6

آنتن کجا رفت؟

آیا متوجه شده‌اید که تلفن‌های همراه قبلاً آنتن‌های بسیار بلندی داشتند و تلفن‌های همراه اولیه نیز آنتن‌های کوچک و بیرون‌زده‌ای داشتند. چرا تلفن‌های همراه ما اکنون آنتن ندارند؟

در واقع، اینطور نیست که ما به آنتن نیاز نداشته باشیم؛آنتن کوچکتر شد.

طبق مشخصات آنتن، طول آنتن باید متناسب با طول موج، تقریباً بین ۱/۱۰ تا ۱/۴ باشد.

با گذشت زمان، فرکانس ارتباطی تلفن‌های همراه ما بیشتر و بیشتر می‌شود، طول موج آنها کوتاه‌تر و کوتاه‌تر می‌شود و آنتن‌ها نیز کوتاه‌تر می‌شوند!

برای ارتباطات موج میلی‌متری، آنتن نیز به سطح میلی‌متری تبدیل شده است...

این یعنی می‌توان آنتن را داخل تلفن همراه قرار داد، یا حتی می‌توان آنتن‌های زیادی را داخل آن قرار داد...

این سومین ویژگی فوق‌العاده‌ی 5G است——

7

MIMO غیرفعال

(Multi-antenna technology)

MIMO "چند ورودی-چند خروجی" (چند ورودی-چند خروجی) است، چندین آنتن ارسال و چندین آنتن دریافت می‌کنند.

در دوران LTE، ما از قبل MIMO داشتیم، اما تعداد آنتن‌ها زیاد نبود. فقط می‌توان گفت که نسخه کوچکی از MIMO بود.

در دوران 5G، فناوری MIMO همچنان در حال توسعه است و اکنون به نسخه‌ای بهبود یافته از Massive MIMO (Massive: در مقیاس بزرگ، عظیم) تبدیل شده است.

یک تلفن همراه علاوه بر یک ایستگاه پایه، چندین آنتن نیز دارد.

در گذشته، ایستگاه‌های پایه فقط چند آنتن داشتند:

در عصر 5G، تعداد آنتن‌ها نه بر اساس جذر، بلکه بر اساس «آرایه» محاسبه می‌شود... «آرایه آنتن»... در نگاه اول، ریتم ترایپوفوبیا را دارد...

با این حال، فاصله بین آنتن‌ها نمی‌تواند خیلی نزدیک باشد.

با توجه به ویژگی‌های آنتن، یک آرایه چند آنتنی مستلزم آن است که فاصله بین آنتن‌ها بیش از نصف طول موج حفظ شود. اگر فاصله نزدیک باشد، آنها با یکدیگر تداخل می‌کنند و بر ارسال و دریافت سیگنال‌ها تأثیر می‌گذارند.

8

beamforming

همه تابیدن لامپ را دیده‌اند، درست است؟

در واقع، وقتی ایستگاه پایه سیگنالی را ارسال می‌کند، کمی شبیه به روشن شدن یک لامپ است.

سیگنال به محیط اطراف منتشر می‌شود. برای نور، البته که کل اتاق را روشن می‌کند. اگر فقط بخواهید یک منطقه یا شیء خاص را روشن کنید، بیشتر نور هدر می‌رود...

همین امر در مورد ایستگاه‌های پایه نیز صدق می‌کند، جایی که انرژی و منابع زیادی هدر می‌رود.

آیا می‌توانیم دستی نامرئی پیدا کنیم که نور پراکنده را به هم پیوند دهد؟

این کار نه تنها باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود، بلکه تضمین می‌کند که ناحیه‌ای که قرار است روشن شود، نور کافی داشته باشد.

پاسخ این است: بله.

این است - شکل‌دهی پرتو

یک آرایه آنتن روی ایستگاه پایه چیده شده است و با کنترل فاز سیگنال فرکانس رادیویی، لوب موج الکترومغناطیسی پس از تعامل بسیار باریک شده و به سمت تلفن همراهی که خدمات ارائه می‌دهد، نشانه می‌رود و می‌تواند جهت را با توجه به حرکت تلفن همراه تغییر دهد.

این فناوری مالتی‌پلکس مکانی، پوشش سیگنال همه‌جهته را به سرویس جهت‌دار دقیق بدون تداخل بین پرتوها تغییر می‌دهد.ارائه لینک‌های ارتباطی بیشتر در همان فضا، که ظرفیت سرویس‌دهی ایستگاه پایه را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

خطوط صاف را می‌توان به خطوط منحنی تبدیل کرد... آیا کار دیگری هست که متخصصان ارتباطات نتوانند انجام دهند؟

9

از من پول نگیر، باشه؟

در شبکه ارتباطات سیار فعلی، حتی اگر دو نفر رو در رو با تلفن‌های همراه یکدیگر تماس بگیرند (یا از طریق تلفن‌های همراه برای یکدیگر عکس ارسال کنند)، سیگنال‌ها از طریق ایستگاه پایه، شامل سیگنالینگ کنترلی و بسته‌های داده، رله می‌شوند. . .

در عصر 5G، لزوماً اینطور نیست.

پنجمین ویژگی اصلی 5G، D2D یا همان ارتباط دستگاه به دستگاه است.

10

Ｄ２Ｄ

در عصر 5G، اگر دو کاربر تحت یک ایستگاه پایه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، داده‌های آنها دیگر از طریق ایستگاه پایه ارسال نمی‌شود، بلکه مستقیماً از تلفن همراهی به تلفن همراه دیگر منتقل می‌شود. . .

به این ترتیب، مقدار زیادی از منابع هوایی ذخیره می‌شود و فشار روی ایستگاه پایه کاهش می‌یابد.

با این حال، اگر فکر می‌کنید که مجبور به پرداخت نیستید، در واقع به توسان ظلم می‌کنید.

پیام‌های کنترلی هنوز باید از ایستگاه پایه ارسال شوند. شما از منابع طیف فرکانسی استفاده می‌کنید. اپراتور چطور می‌تواند به شما اجازه دهد که این کار را انجام دهید؟ . .

ارسال نامه

من معتقدم که از طریق این مقاله، همه درک عمیقی از 5G و دانش ارتباطی پشت آن دارند. و همه اینها فقط بر اساس فرمول‌های ریاضی است که یک دانش‌آموز دبستانی هم می‌تواند آن را بفهمد. اینطور نیست؟

فناوری ارتباطات چیز مرموزی نیست. 5G به عنوان خیره‌کننده‌ترین گوهر در تاج فناوری ارتباطات، یک فناوری انقلابی نوآورانه و دور از دسترس نیست. بلکه بیشتر تکاملی از فناوری ارتباطات موجود است.

همانطور که یک متخصص گفت -

محدودیت‌های فناوری ارتباطات، محدودیت‌های فنی نیستند، بلکه استنتاج‌هایی مبتنی بر ریاضیات دقیق هستند. اساساً عبور از این محدودیت‌ها در آینده‌ی قابل پیش‌بینی غیرممکن است.

چگونگی بررسی بیشتر پتانسیل ارتباطات در محدوده اصول علمی، تلاش خستگی‌ناپذیر بسیاری از کوشندگان صنعت ارتباطات است.

خب، برای امروز همین بود.

این مقاله از "" کپی شده است.ضریب هوشی اینترنت اشیا«از حمایت از حقوق مالکیت معنوی حمایت می‌کند، لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.»