यह पहली बार है जब किसी ने 5G को इतना सरल और स्पष्ट बनाया है।

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एक सरल और जादुई फार्मूला

आज की कहानी एक सूत्र से शुरू होती है।

यह एक ऐसा सूत्र है जो सरल होने के साथ-साथ जादुई भी है। यह सरल इसलिए है क्योंकि इसमें कुल मिलाकर केवल 3 अक्षर हैं। इसे जादुई इसलिए कहा जाता है क्योंकि इस सूत्र में संचार प्रौद्योगिकी के गहन रहस्य समाहित हैं, और इस ग्रह पर अनगिनत लोग इसके प्रति जुनूनी हैं।

यह सूत्र है——

मुझे लगता है कि कई छात्र इस सूत्र को पहचानते हैं। यदि नहीं, और आप विज्ञान के छात्र हैं, तो कृपया समय मिलने पर अपने माध्यमिक विद्यालय के भौतिकी शिक्षक से संपर्क करना न भूलें!

कृपया समझाएं, उपरोक्त सूत्र भौतिकी का मूल सूत्र है।प्रकाश की गति = तरंगदैर्घ्य × आवृत्ति।

इस सूत्र के लिए, हम कह सकते हैं:चाहे 1G हो, 2G हो, 3G हो, 4G हो या 5G, सब कुछ वैसा ही रहता है। सब लोग इसके बारे में खूब शोर मचाते हैं, लेकिन अपने "फाइव फिंगर माउंटेन" से बाहर नहीं निकलते।

मैं आपको धीरे-धीरे बताता हूँ।

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वायर्ड? वायरलेस?

संचार प्रौद्योगिकी, चाहे वह ब्लैक टेक्नोलॉजी हो या व्हाइट टेक्नोलॉजी, अंततः दो प्रकारों में विभाजित की जा सकती है—वायर्ड संचार और वायरलेस संचार।

जब मैं आपसे फोन पर बात करता हूं, तो सूचना और डेटा या तो हवा में (अदृश्य और अमूर्त) या भौतिक वस्तुओं में (दृश्य और मूर्त) प्रसारित होते हैं।

यदि इसका प्रसारण भौतिक सामग्रियों पर होता है, तो यह वायर्ड संचार है, जिसमें मूल रूप से तांबे के तार और ऑप्टिकल फाइबर केबल का उपयोग किया जाता है, जिन्हें सामूहिक रूप से वायर्ड मीडिया कहा जाता है।

जब डेटा को वायर्ड माध्यमों से प्रसारित किया जाता है, तो इसकी दर बहुत अधिक हो सकती है।

ऑप्टिकल फाइबर को उदाहरण के तौर पर लेते हुए, प्रयोगशाला में,एक ऑप्टिकल फाइबर की अधिकतम गति 26Tbps तक पहुंच गई है... यह पारंपरिक नेटवर्क केबलों की तुलना में 26,000 गुना अधिक है...

प्रकाशित तंतु

मोबाइल संचार में सबसे बड़ी बाधा हवा के माध्यम से संचार का प्रसार है।

वर्तमान में प्रचलित मोबाइल संचार मानक 4G LTE है, जिसकी सैद्धांतिक गति केवल 150Mbps है (कैरियर एग्रीगेशन को छोड़कर)। यह वायर्ड संचार से बिलकुल अतुलनीय है।

इसलिए, यदि 5G को उच्च एंड-टू-एंड गति प्राप्त करनी है, तो ध्यान वायरलेस हिस्से की बाधा को दूर करने पर केंद्रित है।

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कैसी जादुई लहर है!

जैसा कि हम सभी जानते हैं, वायरलेस संचार में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग होता है। रेडियो तरंगें और प्रकाश तरंगें दोनों ही विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों की कार्यात्मक विशेषताएं उनकी आवृत्ति द्वारा निर्धारित होती हैं।विभिन्न आवृत्तियों की विद्युतचुंबकीय तरंगों के गुण और विशेषताएं भिन्न-भिन्न होती हैं, और इसलिए उनके उपयोग भी भिन्न-भिन्न होते हैं।

उदाहरण के लिए, उच्च आवृत्ति वाली गामा किरणें बहुत घातक होती हैं और इनका उपयोग ट्यूमर के इलाज में किया जा सकता है।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों की स्थिर आवृत्ति

हम वर्तमान में मुख्य रूप से वायु तरंगों के माध्यम से संचार करते हैं। बेशक, प्रकाश तरंग संचार भी तेजी से बढ़ रहा है, जैसे कि LiFi।

LiFi (लाइट फिडेलिटी), और अधिक पढ़ें

विषयांतर न करते हुए, आइए पहले रेडियो तरंग पर वापस आते हैं।

रेडियो तरंगें एक प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं, और उनकी आवृत्ति के स्रोत सीमित हैं।

हस्तक्षेप और टकराव से बचने के लिए, हम रेडियो तरंग राजमार्ग पर लेन को आगे विभाजित करते हैं और उन्हें विभिन्न वस्तुओं और उपयोगों के लिए आवंटित करते हैं।

विभिन्न आवृत्तियों पर रेडियो तरंगों के उपयोग

कृपया ऊपर दिए गए चित्र में लाल रंग के अक्षरों पर ध्यान दें। अब तक हमने मुख्य रूप से इनका उपयोग किया है।मोबाइल फोन संचार के लिए मध्यम आवृत्ति से लेकर अति उच्च आवृत्ति तक की आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, अक्सर उल्लेखित "GSM900" और "CDMA800" वास्तव में 900MHz आवृत्ति बैंड में संचालित होने वाले GSM और 800MHz आवृत्ति बैंड में संचालित होने वाले CDMA को संदर्भित करते हैं।

वर्तमान वैश्विक मुख्यधारा 4जी एलटीई तकनीकी मानक का संबंध हैयूएचएफ और यूएचएफ.

हमारा देश मुख्य रूप से UHF का उपयोग करता है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, 1जी, 2जी, 3जी और 4जी के विकास के साथ, उपयोग की जाने वाली रेडियो तरंगों की आवृत्ति लगातार बढ़ती जा रही है।

ऐसा क्यों है?

इसका मुख्य कारण यह है कि,आवृत्ति जितनी अधिक होगी, उपयोग किये जा सकने वाले आवृत्ति संसाधन उतने ही समृद्ध होंगे।आवृत्ति संसाधनों की प्रचुरता जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक संचरण दर प्राप्त की जा सकती है।

उच्च आवृत्ति → अधिक संसाधन → तेज़ गति

इसे समझना मुश्किल नहीं होना चाहिए, है ना? आवृत्ति संसाधन गाड़ियों की तरह होते हैं। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक गाड़ियाँ होंगी और उतने ही समय में उतनी ही अधिक जानकारी लोड की जा सकेगी।

तो, 5G द्वारा उपयोग की जाने वाली विशिष्ट आवृत्ति क्या है?

जैसा की नीचे दिखाया गया:

5G की आवृत्ति रेंज को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: एक 6GHz से नीचे है, जो हमारे वर्तमान 2/3/4G से बहुत अलग नहीं है। दूसरा प्रकार बहुत उच्च आवृत्ति रेंज का है।24GHz से ऊपर.

वर्तमान में, अंतरराष्ट्रीय स्तर पर इसका मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है 28GHz प्रयोग करें (यह आवृत्ति बैंड 5G के लिए पहला वाणिज्यिक आवृत्ति बैंड भी बन सकता है)।

यदि 28GHz के आधार पर गणना की जाए, तो ऊपर बताए गए सूत्र के अनुसार:

ठीक है, यह 5जी की पहली तकनीकी विशेषता है—

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मिलीमीटर लहर

कृपया मुझे आवृत्ति तुलना तालिका को अभी पुनः पोस्ट करने की अनुमति दें:

कृपया नीचे की पंक्ति पर ध्यान दें। क्या यह "मिलीमीटर तरंग" है?

चलो, चलो!

ठीक है, क्योंकि उच्च आवृत्ति इतनी अच्छी है, आप निश्चित रूप से पूछेंगे:"हमने पहले उच्च आवृत्तियों का उपयोग क्यों नहीं किया?"

कारण सीधा-सादा है - ऐसा नहीं है कि मैं इसका इस्तेमाल नहीं करना चाहता, बल्कि बात यह है कि मैं इसे खरीद नहीं सकता।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों की प्रमुख विशेषताएं: आवृत्ति जितनी अधिक होगी, तरंगदैर्ध्य उतनी ही कम होगी, और यह रैखिक प्रसार के उतना ही करीब होगी (विवर्तन क्षमता उतनी ही खराब होगी)।आवृत्ति जितनी अधिक होगी, संचरण माध्यम में क्षीणन उतना ही अधिक होगा।

लेजर पॉइंटर को देखिए (तरंगदैर्ध्य लगभग 635 एनएम है)। इससे निकलने वाली रोशनी सीधी होती है। अगर इसे रोका जाए, तो यह पार नहीं हो पाएगी।

सैटेलाइट संचार और जीपीएस नेविगेशन (तरंगदैर्ध्य लगभग 1 सेमी) को देखते हुए, यदि कोई बाधा हो तो सिग्नल नहीं मिलेगा।

किसी उपग्रह के बड़े पॉट को उपग्रह की दिशा में लक्षित करने के लिए कैलिब्रेट किया जाना चाहिए, अन्यथा थोड़ा सा भी विचलन सिग्नल की गुणवत्ता को प्रभावित करेगा।

यदि मोबाइल संचार में उच्च आवृत्ति बैंड का उपयोग होता है, तो इसकी सबसे बड़ी समस्या यह है किसंचरण दूरी काफी कम हो जाती है और कवरेज क्षमता काफी कमजोर हो जाती है।

उसी क्षेत्र को कवर करते हुए,5जी बेस स्टेशनों की आवश्यक संख्या 4जी की तुलना में कहीं अधिक होगी।

बेस स्टेशनों की संख्या का क्या अर्थ है? पैसा! निवेश! लागत!

फ्रीक्वेंसी जितनी कम होगी, नेटवर्क का निर्माण उतना ही सस्ता होगा और प्रतिस्पर्धा उतनी ही अनुकूल होगी। यही कारण है कि हाल के वर्षों में चाइना टेलीकॉम, चाइना मोबाइल और चाइना यूनिकॉम कम फ्रीक्वेंसी बैंड के लिए जमकर प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं।

कुछ आवृत्ति बैंड को तो ये भी कहा जाता है—स्वर्ण बैंड.

यही कारण है कि 5जी युग में, ऑपरेटर बेस स्टेशनों की कीमत कम करने की उम्मीद में उपकरण निर्माताओं के खिलाफ जमकर संघर्ष कर रहे हैं।

इसलिए, उपरोक्त कारणों के आधार पर, उच्च आवृत्ति की शर्त पर नेटवर्क निर्माण पर लागत के दबाव को कम करने के लिए,5G को इससे निकलने का कोई नया रास्ता खोजना होगा।

इससे बाहर निकलने के क्या उपाय हैं?

सबसे पहले, माइक्रो बेस स्टेशन है।

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माइक्रो बेस स्टेशन

बेस स्टेशन दो प्रकार के होते हैं: माइक्रो बेस स्टेशन और मैक्रो बेस स्टेशन। नाम से ही पता चलता है कि माइक्रो बेस स्टेशन बहुत छोटा होता है और मैक्रो बेस स्टेशन बहुत बड़ा होता है!

मैक्रो बेस स्टेशन:

आम तौर पर बाहर इस्तेमाल होने वाला, एक ऐसा ढांचा बनाएं जो बड़े क्षेत्र को कवर कर सके।

माइक्रो बेस स्टेशन:

क्या यह शानदार नहीं लग रहा है?

हथेली जितने छोटे आकार के भी होते हैं।

दरअसल, अब कई माइक्रो बेस स्टेशन मौजूद हैं, खासकर शहरी क्षेत्रों और घरों के अंदर, जहां वे अक्सर देखे जाते हैं।

5जी युग में, अधिक माइक्रो बेस स्टेशन होंगे, जो हर जगह स्थापित किए जाएंगे और लगभग हर जगह देखे जा सकेंगे।

आप निश्चित रूप से पूछेंगे, अगर हमारे आसपास इतने सारे बेस स्टेशन हों तो क्या इससे मानव शरीर पर कोई प्रभाव पड़ेगा?

मेरा जवाब है - नहीं।

दरअसल, पारंपरिक समझ के विपरीत, वास्तव में,बेस स्टेशनों की संख्या जितनी अधिक होगी, विकिरण उतना ही कम होगा!

इस बारे में सोचिए, सर्दियों में, एक घर में जहां कई लोग रहते हैं, क्या एक उच्च क्षमता वाला हीटर रखना बेहतर है या कई कम क्षमता वाले हीटर रखना बेहतर है?

उच्च शक्ति समाधान▼

कम बिजली खपत वाला समाधान▼

ऊपर दी गई तस्वीर एक नज़र में स्पष्ट है।बेस स्टेशन छोटा और कम बिजली खपत वाला है, जो सभी के लिए अच्छा है।यदि आप केवल एक बड़े बेस स्टेशन का उपयोग करते हैं, तो यदि वह पास में है, तो विकिरण अधिक होगा, लेकिन यदि वह दूर है, तो कोई सिग्नल नहीं होगा, जो कि अच्छा नहीं है।

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एंटीना कहाँ गया?

क्या आपने गौर किया है कि पहले मोबाइल फोन में बहुत लंबे एंटीना होते थे, और शुरुआती मोबाइल फोन में छोटे उभरे हुए एंटीना भी होते थे? अब हमारे मोबाइल फोन में एंटीना क्यों नहीं होते?

दरअसल, ऐसा नहीं है कि हमें एंटेना की जरूरत नहीं है;एंटीना छोटा हो गया।

एंटेना की विशेषताओं के अनुसार, एंटेना की लंबाई तरंगदैर्ध्य के समानुपाती होनी चाहिए, लगभग 1/10 से 1/4 के बीच।

समय के साथ-साथ हमारे मोबाइल फोन की संचार आवृत्ति बढ़ती जा रही है, तरंगदैर्ध्य छोटी होती जा रही है और एंटेना भी छोटे होते जा रहे हैं!

मिलीमीटर तरंग संचार के लिए, एंटीना भी मिलीमीटर स्तर का हो गया है।

इसका मतलब यह है कि एंटीना को मोबाइल फोन में लगाया जा सकता है, या फिर कई एंटीना भी लगाए जा सकते हैं...

यह 5जी की तीसरी सबसे बड़ी खासियत है—

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Ｍअससिव MIMO

(मल्टी-एंटीना तकनीक)

एमआईएमओ का अर्थ है "मल्टीपल-इनपुट मल्टीपल-आउटपुट", जिसमें कई एंटेना डेटा संचारित करते हैं और कई एंटेना डेटा प्राप्त करते हैं।

एलटीई युग में, हमारे पास पहले से ही एमआईएमओ मौजूद था, लेकिन एंटेना की संख्या अधिक नहीं थी। इसे एमआईएमओ का एक कनिष्ठ संस्करण ही कहा जा सकता था।

5G युग में, MIMO तकनीक का विकास जारी है, और अब यह मैसिव MIMO (मैसिव: बड़े पैमाने पर, विशाल) का एक उन्नत संस्करण बन गया है।

एक मोबाइल फोन में कई एंटीना लगे होते हैं, बेस स्टेशन तो होता ही है।

पहले बेस स्टेशनों में केवल कुछ ही एंटेना होते थे:

5G युग में, एंटेना की संख्या की गणना वर्गमूल से नहीं, बल्कि "एरे" से की जाती है... "एंटेना एरे"... पहली नज़र में, यह ट्राइपोफोबिया (एंटेना का डर) की लय में ढल जाता है...

हालांकि, एंटेना के बीच की दूरी बहुत कम नहीं होनी चाहिए।

एंटेना की विशेषताओं के कारण, एक बहु-एंटेना सरणी में एंटेनाओं के बीच की दूरी को तरंगदैर्ध्य के आधे से अधिक बनाए रखना आवश्यक है। यदि दूरी कम होगी, तो वे एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगे और संकेतों के भेजने और प्राप्त करने को प्रभावित करेंगे।

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beamforming

हम सबने कभी न कभी बल्ब को जलते हुए देखा है, है ना?

दरअसल, जब बेस स्टेशन सिग्नल प्रसारित करता है, तो यह कुछ हद तक एक बल्ब के जलने जैसा होता है।

यह संकेत आसपास के वातावरण में उत्सर्जित होता है। प्रकाश के मामले में, यह पूरे कमरे को रोशन करता है। यदि आप केवल किसी विशिष्ट क्षेत्र या वस्तु को रोशन करना चाहते हैं, तो अधिकांश प्रकाश व्यर्थ हो जाता है।

बेस स्टेशनों के मामले में भी यही बात लागू होती है, जहां बहुत सारी ऊर्जा और संसाधन बर्बाद होते हैं।

क्या हम बिखरे हुए प्रकाश को बांधने के लिए एक अदृश्य शक्ति खोज सकते हैं?

इससे न केवल ऊर्जा की बचत होती है, बल्कि यह भी सुनिश्चित होता है कि जिस क्षेत्र को रोशन किया जाना है, वहां पर्याप्त रोशनी हो।

उत्तर है, हाँ।

यह बीमफॉर्मिंग है।

बेस स्टेशन पर एक एंटीना सरणी व्यवस्थित की जाती है, और रेडियो आवृत्ति सिग्नल के चरण को नियंत्रित करके, परस्पर क्रिया के बाद विद्युत चुम्बकीय तरंग का लोब बहुत संकरा हो जाता है और उस मोबाइल फोन की ओर इंगित करता है जिसे यह सेवा प्रदान करता है, और मोबाइल फोन की गति के अनुसार दिशा बदल सकता है।

यह स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग तकनीक सर्वदिशात्मक सिग्नल कवरेज से बदलकर बीमों के बीच हस्तक्षेप के बिना सटीक दिशात्मक सेवा प्रदान करती है।एक ही स्थान में अधिक संचार लिंक प्रदान करें, जिससे बेस स्टेशन की सेवा क्षमता में काफी सुधार होगा।

सीधी रेखाओं को घुमावदार रेखाओं में तोड़ा जा सकता है... क्या संचार विशेषज्ञ कुछ और भी नहीं कर सकते?

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मुझसे कोई पैसा मत लेना, ठीक है?

वर्तमान मोबाइल संचार नेटवर्क में, भले ही दो व्यक्ति आमने-सामने एक-दूसरे के मोबाइल फोन पर कॉल करें (या मोबाइल फोन के माध्यम से एक-दूसरे को तस्वीरें भेजें), सिग्नल बेस स्टेशन के माध्यम से रिले किए जाते हैं, जिसमें नियंत्रण सिग्नल और डेटा पैकेट शामिल होते हैं।

5जी युग में, यह जरूरी नहीं है कि ऐसा ही हो।

5G की पांचवीं प्रमुख विशेषता D2D है, जिसका अर्थ है डिवाइस से डिवाइस का संचार।

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Ｄ２Ｄ

5जी युग में, यदि एक ही बेस स्टेशन के अंतर्गत दो उपयोगकर्ता एक दूसरे से संवाद करते हैं, तो उनका डेटा अब बेस स्टेशन के माध्यम से अग्रेषित नहीं होगा, बल्कि सीधे मोबाइल फोन से मोबाइल फोन तक जाएगा।

इस तरह से, हवाई संसाधनों की काफी बचत होती है और बेस स्टेशन पर दबाव कम होता है।

हालांकि, अगर आपको लगता है कि आपको भुगतान करने की आवश्यकता नहीं है, तो आप टक्सन के साथ अन्याय कर रहे हैं।

नियंत्रण संदेश अभी भी बेस स्टेशन से भेजे जाने हैं। आप स्पेक्ट्रम संसाधनों का उपयोग कर रहे हैं। ऑपरेटर आपको जाने कैसे दे सकता है?

परिशिष्ट भाग

मुझे विश्वास है कि इस लेख के माध्यम से सभी को 5G और उससे जुड़ी संचार संबंधी जानकारी की गहरी समझ प्राप्त हो गई है। और यह सब कुछ गणितीय सूत्रों पर आधारित है जिसे प्राथमिक विद्यालय का छात्र भी समझ सकता है। है ना?

संचार प्रौद्योगिकी कोई रहस्य नहीं है। संचार प्रौद्योगिकी के मुकुट में सबसे चमकदार रत्न के रूप में, 5G कोई अप्राप्य क्रांतिकारी तकनीक नहीं है। यह तो मौजूदा संचार प्रौद्योगिकी का ही एक विकसित रूप है।

जैसा कि एक विशेषज्ञ ने कहा -

संचार प्रौद्योगिकी की सीमाएँ तकनीकी खामियों से संबंधित नहीं हैं, बल्कि कठोर गणितीय सिद्धांतों पर आधारित निष्कर्ष हैं। निकट भविष्य में इन सीमाओं को पार करना लगभग असंभव है।

वैज्ञानिक सिद्धांतों के दायरे में संचार की संभावनाओं को और अधिक कैसे खोजा जाए, यह संचार उद्योग में कई प्रयासरत लोगों का अथक प्रयास है।

ठीक है, आज के लिए बस इतना ही।

यह लेख " से लिया गया हैआईओटी आईक्यूहम बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण का समर्थन करते हैं। पुनर्मुद्रण करते समय कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।