זו הפעם הראשונה שמישהו הפך את 5G לכל כך פשוט וברור

1

נוסחה פשוטה וקסומה

הסיפור של היום מתחיל בנוסחה.

זוהי נוסחה שהיא גם פשוטה וגם קסומה. היא פשוטה משום שיש בה רק 3 אותיות בסך הכל. אומרים שהיא קסומה משום שנוסחה זו מכילה את הסודות העמוקים של טכנולוגיית התקשורת, ואינספור אנשים על פני כדור הארץ הזה אובססיביים אליה.

הנוסחה הזו היא--

אני מאמין שתלמידים רבים מזהים את הנוסחה הזו. אם לא, ואתם תלמידי מדעים, אנא זכרו להתקשר למורה לפיזיקה בחטיבת הביניים שלכם כשיש לכם זמן!

אנא הסבר, הנוסחה לעיל היא הנוסחה הבסיסית של הפיזיקה.מהירות האור = אורך גל וזמנים; תדירות.

עבור נוסחה זו, נוכל לומר:בין אם זה 1G, 2G, 3G, 4G או 5G, הכל נשאר אותו הדבר. כולם עושים מזה עניין ולא קופצים מ"הר חמש האצבעות" שלו.

תן לי לספר לך לאט לאט.

2

חוטי? אלחוטי?

טכנולוגיית תקשורת, בין אם מדובר בטכנולוגיה שחורה או לבנה, בסופו של דבר, ניתנת לחלוקה לשני סוגים—תקשורת קווית ותקשורת אלחוטית.

כשאני מדבר איתך בטלפון, מידע ונתונים מועברים או באוויר (בלתי נראה ובלתי מוחשי) או באובייקטים פיזיים (גלויים ומוחשיים).

אם היא מועברת על גבי חומרים פיזיים, מדובר בתקשורת קווית, אשר בעצם משתמשת בחוטי נחושת וכבלי סיבים אופטיים, הנקראים יחד מדיה קווית.

כאשר נתונים מועברים דרך מדיה קווית, הקצב יכול להגיע לערכים גבוהים מאוד.

ניקח לדוגמה סיב אופטי, במעבדה,המהירות המקסימלית של סיב אופטי בודד הגיעה ל-26 טרה-ביט לשנייה. זה פי 26,000 מזה של כבלי רשת מסורתיים.

סיב אופטי

החלק של התפשטות האוויר הוא צוואר הבקבוק של התקשורת הסלולרית.

תקן התקשורת הסלולרית המרכזי הנוכחי הוא 4G LTE, עם קצב תיאורטי של 150Mbps בלבד (לא כולל צבירת ספקים). קצב זה אינו ניתן להשוואה כלל לתקן קווי.

לכן, אם 5G רוצה להשיג מהירויות גבוהות מקצה לקצה, המוקד הוא לפרוץ את צוואר הבקבוק של החלק האלחוטי.

3

איזה גל קסום

כידוע לכולנו, תקשורת אלחוטית משתמשת בגלים אלקטרומגנטיים כדי לתקשר. גלי רדיו וגלי אור שניהם גלים אלקטרומגנטיים.

המאפיינים הפונקציונליים של גלים אלקטרומגנטיים נקבעים על ידי תדירותם.לגלים אלקטרומגנטיים בתדרים שונים יש תכונות ומאפיינים שונים, ולכן יש להם שימושים שונים.

לדוגמה, קרני גמא בתדירות גבוהה הן קטלניות מאוד וניתן להשתמש בהן לטיפול בגידולים.

תדר קבוע של גלים אלקטרומגנטיים

כיום אנו מתקשרים בעיקר באמצעות גלי אוויר. כמובן, גם תקשורת גלי אור נמצאת במגמת עלייה, כמו למשל LiFi.

LiFi（Light Fidelity），可见光通信

בלי לסטות מהנושא, בואו נחזור קודם לגלי הרדיו.

גלי רדיו הם סוג של גלים אלקטרומגנטיים, ומשאבי התדר שלהם מוגבלים.

על מנת למנוע הפרעות וסכסוכים, אנו מחלקים עוד יותר את הנתיבים בכביש גלי הרדיו ומקצים אותם לאובייקטים ושימושים שונים.

שימושים בגלי רדיו בתדרים שונים

שימו לב לגופן האדום בתמונה למעלה. עד כה, השתמשנו בעיקר ב-תדר בינוני עד תדר גבוה במיוחד משמשים לתקשורת בטלפונים ניידים.

לדוגמה, השמות "GSM900" ו-"CDMA800" המוזכרים לעתים קרובות מתייחסים למעשה ל-GSM הפועל בתחום התדרים 900MHz ול-CDMA הפועל בתחום התדרים 800MHz.

התקן הטכני הגלובלי הנוכחי של 4G LTE שייך ל-UHF ו-UHF.

המדינה שלנו משתמשת בעיקר ב-UHF:

כפי שניתן לראות, עם התפתחות רשתות ה-1G, 2G, 3G ו-4G, תדירות גלי הרדיו שבהם נעשה שימוש הולכת וגוברת.

למה זה?

זה בעיקר בגלל,ככל שהתדירות גבוהה יותר, כך משאבי התדר שניתן להשתמש בהם עשירים יותר.ככל שמשאבי התדר עשירים יותר, כך ניתן להשיג קצב שידור גבוה יותר.

תדירות גבוהה יותר → יותר משאבים → מהירות מהירה יותר

זה לא אמור להיות קשה להבנה, נכון? משאבי תדר הם כמו קרונות. ככל שהתדר גבוה יותר, כך יש יותר קרונות וניתן לטעון יותר מידע באותו הזמן.

אז, מהו התדר הספציפי בו משתמש 5G?

כפי שמוצג מטה:

טווח התדרים של 5G מחולק לשני סוגים: האחד הוא מתחת ל-6GHz, שאינו שונה בהרבה מה-2/3/4G הנוכחיים שלנו. ישנו סוג אחר, שהוא גבוה מאוד.מעל 24GHz.

כיום, באופן בינלאומי, הוא משמש בעיקר 28GHz בצעו ניסויים (תחום תדרים זה עשוי להפוך גם לתחום התדרים המסחרי הראשון עבור 5G).

אם מחושב על סמך 28GHz, לפי הנוסחה שהזכרנו לעיל:

אוקיי, זהו המאפיין הטכני הראשון של 5G——

4

גל מילימטר

אנא הרשו לי לפרסם מחדש את טבלת השוואת התדרים כרגע:

נא לשים לב לשורה התחתונה. האם זה "גל מילימטר"?

קדימה, קדימה!

אוקיי, מכיוון שתדר גבוה זה כל כך טוב, אתם בוודאי תשאלו:"למה לא השתמשנו בתדרים גבוהים קודם?"

הסיבה פשוטה - זה לא שאני לא רוצה להשתמש בזה, זה שאני לא יכול להרשות את זה לעצמי.

המאפיינים הבולטים של גלים אלקטרומגנטיים: ככל שהתדר גבוה יותר, אורך הגל קצר יותר, וככל שהוא קרוב יותר להתפשטות ליניארית (כך יכולת הדיפרקציה גרועה יותר).ככל שהתדירות גבוהה יותר, ההנחתה במצע ההתפשטות גדולה יותר.

התבוננו במצביע הלייזר (אורך הגל הוא כ-635 ננומטר). האור הנפלט הוא ישר. אם הוא חסום, הוא לא יוכל לעבור דרכו.

אם מסתכלים על תקשורת לוויינית וניווט GPS (אורך גל הוא כ-1 ס"מ), אם יש חסימות, לא יהיה אות.

יש לכייל את הפוטנציומטר הגדול של לוויין כך שיכוון לכיוון הלוויין, אחרת אפילו סטייה קלה תשפיע על איכות האות.

אם תקשורת סלולרית משתמשת בפסי תדר גבוהים, אז הבעיה הגדולה ביותר שלה היאמרחק השידור מתקצר מאוד ויכולת הכיסוי נחלשת מאוד.

מכסה את אותו אזור,מספר תחנות הבסיס של 5G הנדרשות יעלה בהרבה על מספר תחנות הבסיס של 4G.

מה המשמעות של מספר תחנות הבסיס? כסף! השקעה! עלות!

ככל שהתדר נמוך יותר, כך בניית הרשת תהיה זולה יותר והתחרות תהיה נוחה יותר. זו הסיבה שבשנים האחרונות, צ'יינה טלקום, צ'יינה מובייל וצ'יינה יוניקום נלחמות בעוז על תחומי תדרים נמוכים.

חלק מתחומי התדרים אף נקראים——להקת זהב.

זו הסיבה שבעידן ה-5G, מפעילי הרשת נלחמים נואשות נגד יצרני ציוד, בתקווה להפחית את מחיר תחנות הבסיס.

לכן, בהתבסס על הסיבות לעיל, על מנת להפחית את לחץ העלויות על בניית רשת תחת ההנחה של תדירות גבוהה,5G חייב למצוא דרך חדשה לצאת ממנה.

מהן הדרכים לצאת?

ראשית, יש את תחנת הבסיס המיקרו.

5

תחנת בסיס מיקרו

ישנם שני סוגים של תחנות בסיס, תחנות בסיס מיקרו ותחנות בסיס מאקרו. רק על ידי התבוננות בשמות, ניתן לראות שתחנת הבסיס המיקרו קטנה מאוד ותחנת הבסיס המקרו גדולה מאוד!

תחנת בסיס מאקרו:

נפוץ בחוץ, לבנות אחד כדי לכסות שטח גדול

תחנת בסיס מיקרו:

זה לא נראה מגניב?

יש אפילו קטנים יותר, גדולים כמו כף יד

למעשה, יש כיום הרבה תחנות בסיס מיקרו, במיוחד באזורים עירוניים ובתוך הבית, שם הן נראות לעתים קרובות.

בעידן ה-5G, יהיו יותר תחנות בסיס מיקרו, שיותקנו בכל מקום וניתן יהיה לראותן כמעט בכל מקום.

אתם בוודאי תשאלו, האם תהיה השפעה כלשהי על גוף האדם אם יש כל כך הרבה תחנות בסיס סביבנו?

התשובה שלי היא - לא.

למעשה, בניגוד להבנה המסורתית, למעשה,ככל שמספר תחנות הבסיס גדול יותר, כך הקרינה קטנה יותר!

תחשבו על זה, בחורף, בבית עם קבוצת אנשים, האם עדיף תנור אחד בעל עוצמה גבוהה או כמה תנורי חימום בעלי עוצמה נמוכה?

פתרון עוצמתי▼

פתרון צריכת חשמל נמוכה▼

התמונה למעלה ברורה במבט אחד.תחנת הבסיס קטנה וצריכת אנרגיה נמוכה, וזה טוב לכולם.אם משתמשים רק בתחנת בסיס גדולה אחת, אם היא קרובה, הקרינה תהיה גדולה, אבל אם היא רחוקה, לא יהיה אות, וזה לא טוב.

6

לאן נעלמה האנטנה?

האם שמתם לב שלטלפונים ניידים היו בעבר אנטנות ארוכות מאוד, וגם לטלפונים ניידים מוקדמים היו אנטנות קטנות ובולטות. מדוע לטלפונים הניידים שלנו כיום אין אנטנות?

למעשה, זה לא שאנחנו לא צריכים אנטנות;האנטנה נהייתה קטנה יותר.

בהתאם למאפייני האנטנה, אורך האנטנה צריך להיות פרופורציונלי לאורך הגל, בערך בין 1/10 ל-1/4.

עם שינוי הזמן, תדר התקשורת של הטלפונים הניידים שלנו הולך וגובר, אורך הגל הולך וקצר, וגם האנטנות הולכות ומתקצרות!

עבור תקשורת גלים מילימטריים, האנטנה הפכה גם לרמת מילימטר...

משמעות הדבר היא שניתן להכניס את האנטנה לטלפון הנייד, או אפילו להכניס אנטנות רבות...

זהו הפיצ'ר השלישי הכי קשה של 5G——

7

MIMO אסיבי

(טכנולוגיית ריבוי אנטנות)

MIMO הוא "Multiple-Input Multiple-Output" (Multiple-Input Multiple-Output), מספר אנטנות משדרות ומספר אנטנות קולטות.

בעידן ה-LTE כבר היה לנו MIMO, אבל מספר האנטנות לא היה גדול. אפשר לומר שזוהי רק גרסה זוטרה של MIMO.

בעידן ה-5G, טכנולוגיית ה-MIMO ממשיכה להתפתח, וכעת היא הפכה לגרסה משופרת של Massive MIMO (Massive: בקנה מידה גדול, מסיבי).

ישנן מספר אנטנות ארוזות בתוך טלפון נייד, שלא לדבר על תחנת בסיס.

בעבר, לתחנות בסיס היו רק כמה אנטנות:

בעידן ה-5G, מספר האנטנות אינו מחושב לפי שורש, אלא לפי "מערך". ... "מערך אנטנות". ... במבט ראשון, יש לזה את הקצב של טריפופוביה...

עם זאת, המרחק בין האנטנות לא יכול להיות קטן מדי.

בשל מאפייני האנטנה, מערך מרובה אנטנות דורש שהמרחק בין האנטנות יישמר על יותר מחצי אורך גל. אם המרחק קטן, הן יפריעו זו לזו וישפיעו על שליחה וקליטה של ​​אותות.

8

beamforming

כולם ראו נורה דולקת, נכון?

למעשה, כאשר תחנת הבסיס משדרת אות, זה קצת כמו נורה דולקת.

האות נפלט לסביבה. באור, כמובן שהוא מאיר את כל החדר. אם רוצים להאיר רק אזור או אובייקט מסוים, רוב האור מתבזבז...

אותו הדבר נכון גם לגבי תחנות בסיס, שבהן מבוזבזים הרבה אנרגיה ומשאבים.

האם נוכל למצוא יד נעלמה שתקשר את האור המפוזר?

זה לא רק חוסך באנרגיה, אלא גם מבטיח שהאזור המיועד להארה יקבל מספיק אור.

התשובה היא: כן.

זה - עיצוב אלומה

מערך אנטנות מסודר על תחנת הבסיס, ובאמצעות שליטה על המופע של אות תדר הרדיו, האונה של הגל האלקטרומגנטי לאחר האינטראקציה הופכת צרה מאוד ומכוונת לטלפון הנייד שהוא מספק שירותים, ויכולה לשנות את הכיוון בהתאם לתנועת הטלפון הנייד.

טכנולוגיית ריבוב מרחבי זו משתנה מכיסוי אות רב-כיווני לשירות כיווני מדויק ללא הפרעות בין אלומות.לספק יותר קישורי תקשורת באותו שטח, ולשפר באופן משמעותי את קיבולת השירות של תחנת הבסיס.

ישרים אפשר לפרק לעקומות... האם יש עוד משהו שמומחי תקשורת לא יכולים לעשות?

9

אל תחייבו אותי בכסף, בסדר?

ברשת התקשורת הסלולרית הנוכחית, גם אם שני אנשים מתקשרים פנים אל פנים לטלפונים הניידים של זה (או שולחים תמונות זה לזה דרך טלפונים ניידים), האותות מועברים דרך תחנת הבסיס, כולל איתות בקרה וחבילות נתונים. ...

בעידן ה-5G, זה לא בהכרח המצב.

המאפיין החמישי העיקרי של 5G הוא D2D, שהוא תקשורת בין מכשירי תקשורת.

10

Ｄ２Ｄ

בעידן ה-5G, אם שני משתמשים תחת אותה תחנת בסיס מתקשרים זה עם זה, הנתונים שלהם לא יועברו עוד דרך תחנת הבסיס, אלא ישירות מטלפון נייד אחד למשנהו.

בדרך זו, נחסכת כמות גדולה של משאבי אוויר והלחץ על תחנת הבסיס מופחת.

עם זאת, אם אתם חושבים שאתם לא צריכים לשלם, אז אתם עושים עוול לטוסון.

הודעות בקרה עדיין צריכות להגיע מתחנת הבסיס. אתם משתמשים במשאבי ספקטרום. איך המפעיל יכול לשחרר אתכם?...

תיבת הדואר

אני מאמין שבאמצעות מאמר זה, לכולם יש הבנה עמוקה של 5G ושל הידע התקשורתי שמאחוריו. וכל זה מבוסס רק על נוסחאות מתמטיות שתלמיד בית ספר יסודי יכול להבין. נכון?

טכנולוגיית תקשורת אינה מסתורית. בתור הפנינה המרהיבה ביותר בכתר טכנולוגיית התקשורת, 5G אינה טכנולוגיה חדשנית ומהפכנית שאינה ניתנת להשגה. זוהי יותר אבולוציה של טכנולוגיית התקשורת הקיימת.

כפי שאמר מומחה -

גבולות טכנולוגיית התקשורת אינם מגבלות בטכנולוגיה טכנית, אלא מסקנות המבוססות על מתמטיקה קפדנית. למעשה, בלתי אפשרי לפרוץ אותן בעתיד הנראה לעין.

כיצד לחקור לעומק את הפוטנציאל של התקשורת במסגרת עקרונות מדעיים הוא מאמציהם הבלתי נלאים של שואפים רבים בתעשיית התקשורת.

אוקיי, זהו להיום.

מאמר זה משוכפל מתוך "IQ של האינטרנט של הדברים", תומך בהגנה על זכויות קניין רוחני, אנא ציין את המקור המקורי ואת המחבר בעת הדפסה חוזרת. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.