Ini adalah pertama kalinya seseorang membuat 5G begitu sederhana dan jelas.

1

Formula sederhana dan ajaib

Kisah hari ini dimulai dengan sebuah rumus.

Ini adalah rumus yang sederhana sekaligus ajaib. Sederhana karena hanya terdiri dari 3 huruf. Disebut ajaib karena rumus ini mengandung rahasia mendalam teknologi komunikasi, dan tak terhitung banyaknya orang di planet ini yang terobsesi dengannya.

Rumus ini dia——

Saya yakin banyak siswa yang mengenali rumus ini. Jika tidak, dan Anda adalah siswa sains, mohon ingat untuk menghubungi guru fisika SMP Anda ketika Anda punya waktu!

Tolong jelaskan, rumus di atas adalah rumus dasar fisika.Kecepatan cahaya = panjang gelombang × frekuensi.

Untuk rumus ini, kita dapat mengatakan:Entah itu 1G, 2G, 3G, 4G, atau 5G, semuanya tetap sama. Mereka semua membuat keributan tentang hal itu dan tidak beranjak dari "Gunung Lima Jari" mereka.

Izinkan saya menjelaskannya perlahan.

2

Berkabel? Nirkabel?

Teknologi komunikasi, baik teknologi hitam maupun teknologi putih, pada akhirnya dapat dibagi menjadi dua jenis——Komunikasi kabel dan komunikasi nirkabel.

Saat saya berbicara dengan Anda melalui telepon, informasi dan data ditransmisikan melalui udara (tidak terlihat dan tidak berwujud) atau dalam objek fisik (terlihat dan berwujud).

Jika ditransmisikan melalui material fisik, itu adalah komunikasi kabel, yang pada dasarnya menggunakan kabel tembaga dan kabel serat optik, yang secara kolektif disebut media kabel.

Saat data ditransmisikan melalui media kabel, kecepatannya dapat mencapai nilai yang sangat tinggi.

Mengambil serat optik sebagai contoh, di laboratorium,Kecepatan maksimum serat optik tunggal telah mencapai 26 Tbps... Ini 26,000 kali lebih cepat daripada kabel jaringan tradisional...

serat optik

Perambatan gelombang udara merupakan hambatan utama dalam komunikasi seluler.

Standar komunikasi seluler utama saat ini adalah 4G LTE, dengan kecepatan teoritis hanya 150Mbps (tidak termasuk agregasi operator). Ini sama sekali tidak dapat dibandingkan dengan koneksi kabel.

Oleh karena itu, jika 5G ingin mencapai kecepatan ujung-ke-ujung yang tinggi, fokusnya adalah untuk mengatasi hambatan pada bagian nirkabel.

3

Gelombang yang sungguh menakjubkan

Seperti yang kita ketahui, komunikasi nirkabel menggunakan gelombang elektromagnetik untuk berkomunikasi. Gelombang radio dan gelombang cahaya keduanya merupakan gelombang elektromagnetik.

Karakteristik fungsional gelombang elektromagnetik ditentukan oleh frekuensinya.Gelombang elektromagnetik dengan frekuensi berbeda memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda, sehingga memiliki kegunaan yang berbeda pula.

Sebagai contoh, sinar gamma frekuensi tinggi sangat mematikan dan dapat digunakan untuk mengobati tumor.

frekuensi konstan gelombang elektromagnetik

Saat ini kita berkomunikasi terutama menggunakan gelombang udara. Tentu saja, komunikasi gelombang cahaya juga semakin berkembang, seperti LiFi.

LiFi（Kesetiaan Cahaya），可见光通信

Tanpa bertele-tele, mari kita kembali ke gelombang radio terlebih dahulu.

Gelombang radio adalah jenis gelombang elektromagnetik, dan sumber daya frekuensinya terbatas.

Untuk menghindari gangguan dan konflik, kami membagi lebih lanjut jalur pada jalan raya gelombang radio dan menetapkannya untuk objek dan penggunaan yang berbeda.

Penggunaan gelombang radio pada frekuensi yang berbeda

Mohon perhatikan tulisan berwarna merah pada gambar di atas. Hingga saat ini, kami terutama menggunakan...Frekuensi menengah hingga frekuensi ultra tinggi digunakan untuk komunikasi telepon seluler.

Sebagai contoh, istilah "GSM900" dan "CDMA800" yang sering disebutkan sebenarnya merujuk pada GSM yang beroperasi pada pita frekuensi 900MHz dan CDMA yang beroperasi pada pita frekuensi 800MHz.

Standar teknis 4G LTE arus utama global saat ini termasuk dalamUHF dan UHF.

Negara kita sebagian besar menggunakan UHF:

Seperti yang Anda lihat, dengan perkembangan 1G, 2G, 3G, dan 4G, frekuensi gelombang radio yang digunakan semakin tinggi.

Kenapa ini?

Hal ini terutama karena,Semakin tinggi frekuensinya, semakin kaya sumber daya frekuensi yang dapat digunakan.Semakin melimpah sumber daya frekuensi, semakin tinggi laju transmisi yang dapat dicapai.

Frekuensi lebih tinggi → lebih banyak sumber daya → kecepatan lebih cepat

Seharusnya mudah dipahami, bukan? Sumber daya frekuensi itu seperti gerbong kereta. Semakin tinggi frekuensinya, semakin banyak gerbong yang tersedia dan semakin banyak informasi yang dapat dimuat dalam waktu yang bersamaan.

Jadi, frekuensi spesifik apa yang digunakan oleh 5G?

Seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Rentang frekuensi 5G terbagi menjadi dua jenis: yang pertama di bawah 6GHz, yang tidak jauh berbeda dengan 2/3/4G yang kita gunakan saat ini. Ada jenis lain, yang frekuensinya sangat tinggi.Di atas 24 GHz.

Saat ini, secara internasional, hal ini terutama digunakan 28GHz Lakukan eksperimen (pita frekuensi ini juga berpotensi menjadi pita frekuensi komersial pertama untuk 5G).

Jika dihitung berdasarkan 28GHz, menurut rumus yang telah kami sebutkan di atas:

Oke, ini fitur teknis pertama dari 5G——

4

gelombang milimeter

Izinkan saya untuk memposting ulang tabel perbandingan frekuensi sekarang:

Mohon perhatikan baris paling bawah. Apakah itu "gelombang milimeter"?

Silakan, silakan!

Oke, karena frekuensi tinggi sangat bagus, Anda pasti akan bertanya:"Mengapa kita tidak menggunakan frekuensi tinggi sebelumnya?"

Alasannya sederhana - bukan karena saya tidak ingin menggunakannya, tetapi karena saya tidak mampu membelinya.

Karakteristik utama gelombang elektromagnetik: semakin tinggi frekuensinya, semakin pendek panjang gelombangnya, dan semakin mendekati perambatan linier (semakin buruk kemampuan difraksinya).Semakin tinggi frekuensi, semakin besar pelemahan pada medium perambatan.

Perhatikan penunjuk laser (panjang gelombangnya sekitar 635nm). Cahaya yang dipancarkan lurus. Jika terhalang, cahaya tersebut tidak akan bisa melewatinya.

Jika kita melihat komunikasi satelit dan navigasi GPS (panjang gelombang sekitar 1 cm), jika ada halangan, maka tidak akan ada sinyal.

Antena utama satelit harus dikalibrasi agar mengarah ke arah satelit, jika tidak, penyimpangan sekecil apa pun akan memengaruhi kualitas sinyal.

Jika komunikasi seluler menggunakan pita frekuensi tinggi, maka masalah terbesarnya adalah...Jarak transmisi sangat berkurang dan kemampuan jangkauan sangat melemah.

mencakup area yang sama,Jumlah stasiun pemancar 5G yang dibutuhkan akan jauh melebihi jumlah yang dibutuhkan untuk 4G.

Apa arti jumlah stasiun pemancar? Uang! Investasi! Biayanya!

Semakin rendah frekuensinya, semakin murah pembangunan jaringan dan semakin menguntungkan persaingan. Inilah sebabnya mengapa, dalam beberapa tahun terakhir, China Telecom, China Mobile, dan China Unicom telah bersaing sengit untuk mendapatkan pita frekuensi rendah.

Beberapa pita frekuensi bahkan disebut——Pita emas.

Inilah sebabnya mengapa, di era 5G, operator mati-matian melawan produsen peralatan, dengan harapan dapat menurunkan harga stasiun pangkalan.

Oleh karena itu, berdasarkan alasan-alasan di atas, untuk mengurangi tekanan biaya pada pembangunan jaringan dengan tetap memperhatikan frekuensi tinggi,5G harus menemukan jalan keluar baru.

Apa saja jalan keluarnya?

Pertama, ada stasiun pangkalan mikro.

5

stasiun pangkalan mikro

Ada dua jenis stasiun pangkalan, yaitu stasiun pangkalan mikro dan stasiun pangkalan makro. Hanya dengan melihat namanya saja, Anda dapat mengetahui bahwa stasiun pangkalan mikro berukuran sangat kecil dan stasiun pangkalan makro berukuran sangat besar!

Stasiun basis makro:

Umumnya digunakan di luar ruangan, bangun satu untuk mencakup area yang luas.

Stasiun pangkalan mikro:

Bukankah ini terlihat keren?

Bahkan ada yang lebih kecil lagi, sebesar telapak tangan.

Faktanya, sekarang ada banyak stasiun pangkalan mikro, terutama di daerah perkotaan dan di dalam ruangan, di mana stasiun-stasiun tersebut sering terlihat.

Di era 5G, akan ada lebih banyak stasiun pangkalan mikro, yang akan dipasang di mana-mana dan dapat dilihat hampir di setiap tempat.

Anda pasti akan bertanya, apakah akan ada dampak pada tubuh manusia jika ada begitu banyak stasiun pemancar di sekitar kita?

Jawaban saya adalah - tidak.

Bahkan, bertentangan dengan pemahaman tradisional, sebenarnya,Semakin banyak stasiun pemancar, semakin kecil radiasinya!

Coba pikirkan, di musim dingin, di rumah yang dihuni banyak orang, lebih baik memiliki satu pemanas berdaya tinggi atau beberapa pemanas berdaya rendah?

Solusi daya tinggi▼

Solusi hemat daya▼

Gambar di atas sudah jelas sekilas.Stasiun pangkalan ini berukuran kecil dan hemat daya, yang bagus untuk semua orang.Jika Anda hanya menggunakan satu stasiun pangkalan besar, jika letaknya dekat, radiasinya akan besar, tetapi jika letaknya jauh, tidak akan ada sinyal, yang tidak baik.

6

Ke mana antena itu pergi?

Pernahkah Anda memperhatikan bahwa ponsel zaman dulu memiliki antena yang sangat panjang, dan ponsel generasi awal juga memiliki antena kecil yang menonjol? Mengapa ponsel kita sekarang tidak memiliki antena?

Sebenarnya, bukan berarti kita tidak membutuhkan antena;Antenanya menjadi lebih kecil.

Berdasarkan karakteristik antena, panjang antena harus sebanding dengan panjang gelombang, kira-kira antara 1/10 hingga 1/4.

Seiring berjalannya waktu, frekuensi komunikasi ponsel kita semakin tinggi, panjang gelombangnya semakin pendek, dan antenanya pun semakin pendek!

Untuk komunikasi gelombang milimeter, antenanya pun telah menjadi setingkat milimeter. . .

Ini berarti antena dapat dimasukkan ke dalam telepon seluler, atau bahkan banyak antena dapat dimasukkan. . .

Ini adalah fitur pembunuh terbesar ketiga dari 5G——

7

ＭMIMO pasif

(Teknologi multi-antena)

MIMO adalah singkatan dari "Multiple-Input Multiple-Output", yang berarti beberapa antena mengirimkan sinyal dan beberapa antena menerima sinyal.

Di era LTE, kita sudah memiliki MIMO, tetapi jumlah antenanya tidak banyak. Bisa dibilang itu hanya versi junior dari MIMO.

Di era 5G, teknologi MIMO terus dikembangkan, dan kini telah menjadi versi yang lebih canggih yaitu Massive MIMO (Massive: skala besar, masif).

Terdapat banyak antena yang terpasang di dalam sebuah telepon seluler, belum termasuk stasiun pangkalan.

Dahulu, stasiun pangkalan hanya memiliki beberapa antena:

Di era 5G, jumlah antena tidak dihitung berdasarkan akar kata, tetapi berdasarkan "array"... "antenna array"... Sekilas, ini memiliki ritme trypophobia...

Namun, jarak antar antena tidak boleh terlalu dekat.

Karena karakteristik antena, susunan multi-antena memerlukan jarak antar antena yang dijaga lebih dari setengah panjang gelombang. Jika jaraknya terlalu dekat, antena akan saling mengganggu dan memengaruhi pengiriman dan penerimaan sinyal.

8

beamforming

Semua orang pasti pernah melihat bola lampu menyala, kan?

Sebenarnya, ketika stasiun pemancar mengirimkan sinyal, itu sedikit mirip dengan bola lampu yang menyala.

Sinyal dipancarkan ke lingkungan sekitar. Untuk cahaya, tentu saja akan menerangi seluruh ruangan. Jika Anda hanya ingin menerangi area atau objek tertentu, maka sebagian besar cahaya akan terbuang sia-sia...

Hal yang sama berlaku untuk stasiun pangkalan, di mana banyak energi dan sumber daya terbuang sia-sia.

Bisakah kita menemukan tangan tak terlihat untuk menyatukan cahaya yang tersebar?

Hal ini tidak hanya menghemat energi, tetapi juga memastikan bahwa area yang akan diterangi memiliki pencahayaan yang cukup.

Jawabannya adalah: ya.

Ini adalah - beamforming

Susunan antena dipasang pada stasiun pangkalan, dan dengan mengontrol fase sinyal frekuensi radio, lobus gelombang elektromagnetik setelah berinteraksi menjadi sangat sempit dan diarahkan ke telepon seluler yang dilayaninya, serta dapat mengubah arah sesuai dengan pergerakan telepon seluler.

Teknologi multiplexing spasial ini mengubah cakupan sinyal dari omnidirectional menjadi layanan terarah yang presisi tanpa interferensi antar pancaran.Menyediakan lebih banyak jalur komunikasi di ruang yang sama, sehingga sangat meningkatkan kapasitas layanan stasiun pangkalan.

Yang lurus bisa dipatahkan menjadi yang melengkung... Adakah hal lain yang tidak bisa dilakukan oleh para ahli komunikasi?

9

Jangan minta bayaran apa pun, ya?

Dalam jaringan komunikasi seluler saat ini, bahkan jika dua orang saling menelepon ponsel satu sama lain secara langsung (atau saling mengirim foto melalui ponsel), sinyal-sinyal tersebut diteruskan melalui stasiun pangkalan, termasuk sinyal kontrol dan paket data. . .

Di era 5G, hal ini belum tentu demikian.

Fitur utama kelima dari 5G adalah D2D, yaitu Device to Device (perangkat ke perangkat).

10

Ｄ２Ｄ

Di era 5G, jika dua pengguna di bawah stasiun pangkalan yang sama berkomunikasi satu sama lain, data mereka tidak lagi diteruskan melalui stasiun pangkalan, tetapi langsung dari ponsel ke ponsel. . .

Dengan cara ini, sejumlah besar sumber daya udara dapat dihemat dan tekanan pada stasiun pangkalan berkurang.

Namun, jika Anda berpikir Anda tidak perlu membayar, maka Anda telah merugikan Tucson.

Pesan kontrol masih harus dikirim dari stasiun pangkalan. Anda menggunakan sumber daya spektrum. Bagaimana operator bisa membiarkan Anda pergi? . .

nota bene

Saya yakin bahwa melalui artikel ini, semua orang memiliki pemahaman mendalam tentang 5G dan pengetahuan komunikasi di baliknya. Dan semua ini hanya berdasarkan rumus matematika yang dapat dipahami oleh siswa sekolah dasar. Benar, kan?

Teknologi komunikasi bukanlah sesuatu yang misterius. Sebagai permata paling cemerlang dalam mahkota teknologi komunikasi, 5G bukanlah teknologi revolusioner inovatif yang sulit dijangkau. Lebih tepatnya, ini adalah evolusi dari teknologi komunikasi yang sudah ada.

Seperti kata seorang ahli -

Batasan teknologi komunikasi bukanlah batasan dalam teknologi teknis, melainkan kesimpulan berdasarkan matematika yang ketat. Pada dasarnya, mustahil untuk menembus batasan ini dalam waktu dekat.

Bagaimana mengeksplorasi lebih lanjut potensi komunikasi dalam lingkup prinsip-prinsip ilmiah adalah upaya tanpa henti dari banyak orang yang berjuang di industri komunikasi.

Oke, itu saja untuk hari ini.

Artikel ini disalin dari "IoT IQ", mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual, mohon sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya."