C'est la première fois que quelqu'un rend la 5G aussi simple et claire.

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Une formule simple et magique

L'histoire d'aujourd'hui commence par une formule.

C'est une formule à la fois simple et magique. Simple, car elle ne comporte que trois lettres. Magique, car elle recèle les secrets les plus profonds des technologies de communication et fascine d'innombrables personnes à travers le monde.

Cette formule est-ce——

Je pense que beaucoup d'élèves connaissent cette formule. Sinon, et si vous êtes en filière scientifique, n'hésitez pas à appeler votre professeur de physique du collège dès que vous aurez un moment !

Veuillez expliquer, la formule ci-dessus est la formule fondamentale de la physique.Vitesse de la lumière = longueur d'onde × fréquence.

Pour cette formule, on peut dire :Qu'il s'agisse de 1G, 2G, 3G, 4G ou 5G, rien ne change. On en fait tout un plat et on reste campé sur ses positions.

Laissez-moi vous l'expliquer lentement.

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Avec fil ? Sans fil ?

Les technologies de communication, qu'elles soient blanches ou noires, peuvent en fin de compte être divisées en deux types :Communications filaires et communications sans fil.

Lorsque je vous parle au téléphone, les informations et les données sont soit transmises dans l'air (invisibles et intangibles), soit par des objets physiques (visibles et tangibles).

Si la transmission s'effectue sur des supports physiques, il s'agit d'une communication filaire, qui utilise essentiellement des fils de cuivre et des câbles à fibres optiques, collectivement appelés supports filaires.

Lorsque les données sont transmises par câble, le débit peut atteindre des valeurs très élevées.

Prenons l'exemple de la fibre optique, en laboratoire,La vitesse maximale d'une seule fibre optique a atteint 26 Tbit/s... C'est 26 000 fois plus rapide que celle des câbles réseau traditionnels...

fibre optique

La propagation des ondes radio constitue le principal goulot d'étranglement des communications mobiles.

La norme actuelle de communication mobile dominante est la 4G LTE, avec un débit théorique de seulement 150 Mbit/s (hors agrégation de porteuses). C'est totalement incomparable avec une connexion filaire.

Par conséquent, si la 5G veut atteindre des débits de bout en bout élevés, l'objectif est de surmonter le goulot d'étranglement de la partie sans fil.

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Quelle vague magique

Comme chacun sait, la communication sans fil utilise des ondes électromagnétiques. Les ondes radio et les ondes lumineuses sont toutes deux des ondes électromagnétiques.

Les caractéristiques fonctionnelles des ondes électromagnétiques sont déterminées par leur fréquence.Electromagnetic waves of different frequencies have different properties and characteristics, and thus have different uses.

Par exemple, les rayons gamma à haute fréquence sont très mortels et peuvent être utilisés pour traiter les tumeurs.

fréquence constante des ondes électromagnétiques

Actuellement, nous communiquons principalement par ondes radio. Bien sûr, les communications par ondes lumineuses, comme le LiFi, sont également en plein essor.

LiFi (Light Fidelity)

Sans plus tarder, revenons d'abord à l'onde radio.

Les ondes radio sont un type d'ondes électromagnétiques, et leurs ressources en fréquence sont limitées.

Afin d'éviter les interférences et les conflits, nous subdivisons davantage les voies sur l'autoroute des ondes radio et les attribuons à différents objets et usages.

Les utilisations des ondes radio à différentes fréquences

Veuillez prêter attention au texte en rouge sur l'image ci-dessus. Jusqu'à présent, nous avons principalement utiliséLes fréquences moyennes à ultra-hautes sont utilisées pour la communication par téléphone mobile.

Par exemple, les termes souvent mentionnés « GSM900 » et « CDMA800 » font en réalité référence au GSM fonctionnant dans la bande de fréquences 900 MHz et au CDMA fonctionnant dans la bande de fréquences 800 MHz.

La norme technique mondiale dominante actuelle 4G LTE appartient àUHF et UHF.

Notre pays utilise principalement l'UHF :

Comme vous pouvez le constater, avec le développement des technologies 1G, 2G, 3G et 4G, la fréquence des ondes radio utilisées augmente sans cesse.

Pourquoi est-ce?

C'est principalement parce que,Plus la fréquence est élevée, plus les ressources fréquentielles pouvant être utilisées sont riches.Plus les ressources en fréquence sont riches, plus le débit de transmission pouvant être atteint est élevé.

Fréquence plus élevée → plus de ressources → vitesse plus rapide

Ce n'est pas difficile à comprendre, n'est-ce pas ? Les ressources de fréquence sont comme des wagons. Plus la fréquence est élevée, plus il y a de wagons et plus on peut charger d'informations simultanément.

Quelle est donc la fréquence spécifique utilisée par la 5G ?

Comme indiqué ci-dessous:

La gamme de fréquences de la 5G se divise en deux catégories : l’une se situe en dessous de 6 GHz, ce qui est assez similaire à nos technologies 2G/3G/4G actuelles. L’autre catégorie, quant à elle, fonctionne à des fréquences beaucoup plus élevées.Au-dessus de 24 GHz.

Actuellement, à l'échelle internationale, il est principalement utilisé 28GHz Mener des expériences (cette bande de fréquences pourrait également devenir la première bande de fréquences commerciale pour la 5G).

Si le calcul est basé sur une fréquence de 28 GHz, selon la formule mentionnée ci-dessus :

Voici la première caractéristique technique de la 5G :

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onde millimétrique

Permettez-moi de republier le tableau de comparaison des fréquences pour le moment :

Veuillez faire attention au résultat final. Est-ce une « onde millimétrique » ?

Allez, continuez !

Bon, puisque les hautes fréquences sont si performantes, vous allez certainement demander :« Pourquoi n'avons-nous pas utilisé les hautes fréquences avant ? »

The reason is simple - it's not that I don't want to use it, it's that I can't afford it.

Les caractéristiques principales des ondes électromagnétiques : plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus la propagation est proche d'une propagation linéaire (moins la capacité de diffraction est importante).Plus la fréquence est élevée, plus l'atténuation dans le milieu de propagation est importante.

Observez le pointeur laser (sa longueur d'onde est d'environ 635 nm). La lumière émise est rectiligne. Si elle est bloquée, elle ne pourra pas passer.

En ce qui concerne les communications par satellite et la navigation GPS (la longueur d'onde est d'environ 1 cm), s'il y a des obstacles, il n'y aura pas de signal.

Le grand réflecteur d'un satellite doit être calibré pour pointer dans la direction du satellite, sinon même une légère déviation affectera la qualité du signal.

Si les communications mobiles utilisent des bandes de fréquences élevées, alors leur plus gros problème estLa distance de transmission est considérablement réduite et la capacité de couverture est fortement affaiblie.

couvrant la même zone,Le nombre de stations de base 5G nécessaires sera largement supérieur à celui de la 4G.

Que signifie le nombre de stations de base ? Argent ! Investissez ! Le coût !

Plus la fréquence est basse, moins la construction du réseau sera coûteuse et plus la concurrence sera forte. C'est pourquoi, ces dernières années, China Telecom, China Mobile et China Unicom se sont livrés une lutte acharnée pour les bandes de basses fréquences.

Certaines bandes de fréquences sont même appelées——Bande dorée.

C’est pourquoi, à l’ère de la 5G, les opérateurs luttent désespérément contre les fabricants d’équipements, espérant réduire le prix des stations de base.

Par conséquent, pour les raisons exposées ci-dessus, afin de réduire la pression sur les coûts de construction du réseau dans un contexte de haute fréquence,La 5G doit trouver une nouvelle voie.

Quelles sont les issues ?

Il y a d'abord la micro-station de base.

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micro station de base

Il existe deux types de stations de base : les micro-stations de base et les macro-stations de base. Leurs noms indiquent clairement que les micro-stations de base sont très petites et les macro-stations de base très grandes.

Station de base macro :

Couramment utilisé en extérieur, on peut en construire un pour couvrir une grande surface.

Micro-station de base :

Ça a l'air cool, non ?

Il en existe même de plus petits, de la taille d'une paume.

En réalité, on trouve aujourd'hui de nombreuses micro-stations de base, notamment dans les zones urbaines et à l'intérieur des bâtiments, où elles sont fréquemment visibles.

À l'ère de la 5G, il y aura davantage de micro-stations de base, qui seront installées partout et visibles presque partout.

You will definitely ask, will there be any impact on the human body if there are so many base stations around us?

Ma réponse est - non.

En fait, contrairement à l'idée reçue,Plus le nombre de stations de base est élevé, plus le rayonnement est faible !

Réfléchissez-y : en hiver, dans une maison où vivent plusieurs personnes, vaut-il mieux avoir un seul radiateur puissant ou plusieurs radiateurs à faible puissance ?

Solution haute puissance▼

Solution basse consommation▼

L'image ci-dessus est claire en un coup d'œil.La station de base est petite et peu gourmande en énergie, ce qui est un avantage pour tous.Si vous n'utilisez qu'une seule grande station de base, si elle est proche, le rayonnement sera important, mais si elle est éloignée, il n'y aura pas de signal, ce qui n'est pas bon.

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Où est passée l'antenne ?

Avez-vous remarqué que les téléphones portables avaient autrefois de très longues antennes, et que les premiers modèles possédaient également de petites antennes saillantes ? Pourquoi nos téléphones portables actuels n’ont-ils plus d’antenne ?

En fait, ce n'est pas que nous n'ayons pas besoin d'antennes ;L'antenne a rétréci.

Selon les caractéristiques de l'antenne, la longueur de l'antenne doit être proportionnelle à la longueur d'onde, approximativement entre 1/10 et 1/4.

Avec le temps, la fréquence de communication de nos téléphones portables augmente sans cesse, la longueur d'onde diminue et les antennes raccourcissent elles aussi !

Pour les communications par ondes millimétriques, l'antenne est également devenue de taille millimétrique. . .

Cela signifie que l'antenne peut être insérée dans le téléphone portable, ou même plusieurs antennes peuvent y être insérées. . .

Voici le troisième atout majeur de la 5G :

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ＭMIMO passif

(Technologie multi-antennes)

MIMO signifie « Multiple-Input Multiple-Output » (entrées multiples, sorties multiples), plusieurs antennes émettent et plusieurs antennes reçoivent.

À l'ère de la LTE, la technologie MIMO existait déjà, mais le nombre d'antennes était limité. On pouvait la considérer comme une version simplifiée du MIMO.

À l'ère de la 5G, la technologie MIMO continue d'être développée et est désormais devenue une version améliorée du MIMO massif (Massif : à grande échelle, massif).

Un téléphone portable renferme de multiples antennes, sans parler de la station de base.

In the past, base stations only had a few antennas:

À l'ère de la 5G, le nombre d'antennes n'est plus calculé à la racine carrée, mais par « réseau »… « réseau d'antennes »… À première vue, cela évoque la trypophobie…

Cependant, la distance entre les antennes ne doit pas être trop faible.

En raison des caractéristiques des antennes, un réseau multi-antennes exige que la distance entre elles soit supérieure à une demi-longueur d'onde. Si cette distance est trop faible, les antennes interféreront entre elles et perturberont l'émission et la réception des signaux.

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Formage de faisceau

Tout le monde a déjà vu une ampoule s'allumer, n'est-ce pas ?

En fait, lorsque la station de base transmet un signal, c'est un peu comme si une ampoule s'allumait.

Le signal est émis dans l'environnement. Dans le cas de la lumière, il illumine bien sûr toute la pièce. Si l'on souhaite seulement éclairer une zone ou un objet précis, la majeure partie de la lumière est gaspillée.

The same goes for base stations, where a lot of energy and resources are wasted.

Peut-on trouver une main invisible pour rassembler la lumière dispersée ?

Cela permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais aussi de garantir que la zone à éclairer bénéficie d'un éclairage suffisant.

La réponse est oui.

Il s'agit de la formation de faisceaux

Un réseau d'antennes est disposé sur la station de base, et en contrôlant la phase du signal radiofréquence, le lobe de l'onde électromagnétique après interaction devient très étroit et pointé vers le téléphone mobile auquel il fournit des services, et peut changer de direction en fonction du mouvement du téléphone mobile.

Cette technologie de multiplexage spatial permet de passer d'une couverture de signal omnidirectionnelle à un service directionnel précis sans interférence entre les faisceaux.Fournir davantage de liaisons de communication dans le même espace, améliorant considérablement la capacité de service de la station de base.

Les lignes droites peuvent être transformées en lignes courbes… Y a-t-il autre chose que les experts en communication ne savent pas faire ?

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Ne me faites pas payer, d'accord ?

Dans le réseau de communication mobile actuel, même si deux personnes s'appellent en face à face sur leurs téléphones portables (ou s'envoient des photos via leurs téléphones portables), les signaux sont relayés par la station de base, y compris la signalisation de contrôle et les paquets de données. . .

À l'ère de la 5G, ce n'est pas forcément le cas.

La cinquième caractéristique majeure de la 5G est le D2D, c'est-à-dire la communication de dispositif à dispositif.

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Ｄ２Ｄ

À l'ère de la 5G, si deux utilisateurs situés sous la même station de base communiquent entre eux, leurs données ne transiteront plus par la station de base, mais directement de téléphone mobile à téléphone mobile.

De cette manière, une grande quantité de ressources aériennes est économisée et la pression sur la station de base est réduite.

Cependant, si vous pensez que vous n'avez pas à payer, vous rendez un mauvais service à Tucson.

Les messages de contrôle doivent toujours être envoyés depuis la station de base. Vous utilisez des ressources spectrales. Comment l'opérateur peut-il vous laisser partir ?

post-scriptum

Je suis convaincu que cet article permettra à chacun de bien comprendre la 5G et les principes de communication qui la sous-tendent. Et tout cela repose sur des formules mathématiques qu'un élève de primaire pourrait comprendre. N'est-ce pas ?

Les technologies de communication ne sont pas mystérieuses. Fleuron de la couronne des technologies de communication, la 5G n'est pas une technologie révolutionnaire inaccessible. Il s'agit plutôt d'une évolution des technologies de communication existantes.

Comme l'a dit un expert -

Les limites des technologies de communication ne sont pas des limitations techniques, mais des déductions fondées sur des calculs mathématiques rigoureux. Il est pratiquement impossible de les dépasser dans un avenir prévisible.

Explorer plus avant le potentiel des communications dans le cadre des principes scientifiques est la quête inlassable de nombreux acteurs du secteur des communications.

Voilà, c'est tout pour aujourd'hui.

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