Po raz pierwszy ktoś stworzył tak prostą i przejrzystą sieć 5G

1

Prosta i magiczna formuła

Dzisiejsza historia zaczyna się od pewnej formuły.

To formuła jednocześnie prosta i magiczna. Prosta, bo składa się tylko z trzech liter. Mówi się, że jest magiczna, bo kryje w sobie głębokie sekrety technologii komunikacyjnej, a niezliczona liczba ludzi na tej planecie jest nią zafascynowana.

Oto ta formuła——

Myślę, że wielu uczniów rozpoznaje ten wzór. Jeśli nie, a jesteś uczniem przedmiotów ścisłych, pamiętaj, żeby zadzwonić do swojego nauczyciela fizyki w szkole średniej, kiedy będziesz mieć czas!

Proszę o wyjaśnienie. Powyższy wzór jest podstawowym wzorem fizyki.Prędkość światła = długość fali i razy częstotliwość.

W przypadku tego wzoru możemy powiedzieć:Niezależnie od tego, czy to 1G, 2G, 3G, 4G czy 5G, wszystko pozostaje bez zmian. Wszyscy robią wokół tego szum i nie wyskakują ze swojej „Góry Pięciu Palców”.

Pozwól, że opowiem ci powoli.

2

przewodowy? bezprzewodowy?

Technologia komunikacyjna, niezależnie od tego, czy jest czarna, czy biała, ostatecznie może zostać podzielona na dwa typy —Komunikacja przewodowa i bezprzewodowa.

Kiedy rozmawiam z Tobą przez telefon, informacje i dane są przesyłane albo w powietrzu (niewidzialne i niematerialne), albo w obiektach fizycznych (widzialne i namacalne).

Jeśli informacja jest przesyłana za pośrednictwem nośników fizycznych, jest to komunikacja przewodowa, która zasadniczo wykorzystuje przewody miedziane i kable światłowodowe, zbiorczo zwane mediami przewodowymi.

Gdy dane przesyłane są za pomocą mediów przewodowych, szybkość transmisji może osiągać bardzo wysokie wartości.

Biorąc za przykład światłowód w laboratorium,Maksymalna prędkość pojedynczego włókna światłowodowego osiągnęła 26 Tbps. . . Jest to 26 000 razy więcej niż w przypadku tradycyjnych kabli sieciowych. . .

światłowód

Propagacja w powietrzu jest wąskim gardłem komunikacji mobilnej.

Obecnie dominującym standardem komunikacji mobilnej jest 4G LTE, z teoretyczną przepustowością zaledwie 150 Mb/s (bez agregacji pasm). Jest to zupełnie nieporównywalne z siecią przewodową.

Dlatego, jeśli technologia 5G ma osiągnąć dużą prędkość przesyłu danych między punktami końcowymi, należy skupić się na przełamaniu wąskiego gardła w części bezprzewodowej.

3

Co za magiczna fala

Jak wszyscy wiemy, komunikacja bezprzewodowa wykorzystuje fale elektromagnetyczne do komunikacji. Zarówno fale radiowe, jak i fale świetlne są falami elektromagnetycznymi.

Cechy funkcjonalne fal elektromagnetycznych są określone przez ich częstotliwość.Fale elektromagnetyczne o różnych częstotliwościach mają różne właściwości i charakterystyki, a co za tym idzie, różne zastosowania.

Na przykład promienie gamma o wysokiej częstotliwości są bardzo zabójcze i mogą być stosowane w leczeniu nowotworów.

stała częstotliwość fal elektromagnetycznych

Obecnie komunikujemy się głównie za pomocą fal radiowych. Oczywiście, komunikacja wykorzystująca fale świetlne, na przykład LiFi, również zyskuje na popularności.

LiFi (Light Fidelity), 可见光通信

Bez odbiegania od tematu, wróćmy najpierw do fal radiowych.

Fale radiowe są rodzajem fal elektromagnetycznych, a ich zasoby częstotliwości są ograniczone.

Aby uniknąć zakłóceń i konfliktów, dodatkowo podzieliliśmy pasy na autostradzie fal radiowych i przypisaliśmy je różnym obiektom i zastosowaniom.

Zastosowanie fal radiowych o różnych częstotliwościach

Proszę zwrócić uwagę na czerwoną czcionkę na powyższym obrazku. Do tej pory używaliśmy głównieDo komunikacji telefonii komórkowej wykorzystuje się częstotliwości średnie i ultrawysokie.

Na przykład często wspominane określenia „GSM900” i „CDMA800” w rzeczywistości odnoszą się do sieci GSM działającej w paśmie częstotliwości 900 MHz, a do sieci CDMA działającej w paśmie częstotliwości 800 MHz.

Obecny globalny główny standard techniczny 4G LTE należy doUHF i UHF.

W naszym kraju wykorzystuje się głównie UHF:

Jak widać, wraz z rozwojem 1G, 2G, 3G i 4G, częstotliwość wykorzystywanych fal radiowych staje się coraz wyższa.

Dlaczego to?

Dzieje się tak głównie dlatego, żeIm wyższa częstotliwość, tym bogatsze zasoby częstotliwości można wykorzystać.Im większe zasoby częstotliwości, tym większą prędkość transmisji można osiągnąć.

Wyższa częstotliwość → więcej zasobów → szybsza prędkość

Nie powinno być to trudne do zrozumienia, prawda? Zasoby częstotliwości są jak wagony. Im wyższa częstotliwość, tym więcej wagonów i tym więcej informacji można załadować w tym samym czasie.

Jaka więc konkretnie częstotliwość jest wykorzystywana przez 5G?

Jak pokazano niżej:

Zakres częstotliwości sieci 5G dzieli się na dwa typy: jeden poniżej 6 GHz, który niewiele różni się od naszych obecnych 2/3/4G. Drugi typ jest bardzo wysoki.Powyżej 24GHz.

Obecnie na arenie międzynarodowej stosuje się go głównie 28GHz Przeprowadzenie eksperymentów (to pasmo częstotliwości może stać się również pierwszym komercyjnym pasmem częstotliwości dla 5G).

Jeśli obliczymy to na podstawie 28 GHz, według wzoru, o którym wspomnieliśmy powyżej:

OK, oto pierwsza cecha techniczna 5G——

4

fala milimetrowa

Proszę pozwolić mi na ponowne opublikowanie tabeli porównawczej częstotliwości:

Proszę zwrócić uwagę na dolną linię. Czy to jest „fala milimetrowa”?

No dalej, no dalej!

Okej, skoro wysoka częstotliwość jest taka dobra, to na pewno zapytasz:„Dlaczego wcześniej nie używaliśmy wysokich częstotliwości?”

Powód jest prosty - nie chodzi o to, że nie chcę z tego korzystać, tylko o to, że mnie na to nie stać.

Najważniejsze cechy fal elektromagnetycznych: im wyższa częstotliwość, tym krótsza długość fali i im bliżej propagacji liniowej (tym gorsza zdolność dyfrakcyjna).Im wyższa częstotliwość, tym większe tłumienie w ośrodku propagacyjnym.

Spójrz na wskaźnik laserowy (długość fali wynosi około 635 nm). Emitowane światło jest proste. Jeśli zostanie zablokowane, nie będzie mogło przejść.

Jeśli chodzi o komunikację satelitarną i nawigację GPS (długość fali wynosi około 1 cm), to jeżeli występują przeszkody, nie będzie sygnału.

Duży potencjometr satelity musi być skalibrowany tak, aby był skierowany w stronę satelity, w przeciwnym razie nawet niewielkie odchylenie wpłynie na jakość sygnału.

Jeśli komunikacja mobilna wykorzystuje pasma wysokich częstotliwości, to jej największym problemem jestOdległość transmisji ulega znacznemu skróceniu, a zasięg znacznie słabnie.

obejmujący ten sam obszar,Liczba stacji bazowych 5G będzie znacznie większa niż w przypadku 4G.

Co oznacza liczba stacji bazowych? Pieniądze! Inwestycje! Koszty!

Im niższa częstotliwość, tym tańsza będzie budowa sieci i tym korzystniejsza będzie konkurencja. Właśnie dlatego w ostatnich latach China Telecom, China Mobile i China Unicom zaciekle walczą o pasma niskiej częstotliwości.

Niektóre pasma częstotliwości nazywane są nawet——Złoty pasek.

Dlatego w erze 5G operatorzy zaciekle walczą z producentami sprzętu, licząc na obniżenie cen stacji bazowych.

W związku z powyższym, w celu zmniejszenia presji kosztowej na budowę sieci w oparciu o założenie wysokiej częstotliwości,5G musi znaleźć nowe wyjście.

Jakie są wyjścia?

Po pierwsze, mamy mikrostację bazową.

5

mikro stacja bazowa

Istnieją dwa rodzaje stacji bazowych: mikro i makro. Już po samych nazwach widać, że mikro stacja bazowa jest bardzo mała, a makro – bardzo duża!

Stacja bazowa makro:

Powszechne na zewnątrz, zbuduj jeden, aby pokryć duży obszar

Mikro stacja bazowa:

Czyż to nie wygląda fajnie?

Są jeszcze mniejsze, wielkości palmy

Obecnie funkcjonuje wiele mikrostacji bazowych, zwłaszcza na obszarach miejskich i wewnątrz budynków, gdzie można je często zobaczyć.

W erze 5G pojawi się więcej mikrostacji bazowych, które będą instalowane wszędzie i będzie je można zobaczyć niemal wszędzie.

Z pewnością zapytasz, czy obecność tylu stacji bazowych wokół nas będzie miała jakikolwiek wpływ na ludzki organizm?

Moja odpowiedź brzmi - nie.

W rzeczywistości, wbrew tradycyjnemu rozumieniu, w rzeczywistości,Im większa liczba stacji bazowych, tym mniejsze promieniowanie!

Pomyślmy o tym: zimą, w domu, w którym mieszka większa grupa osób, lepiej mieć jeden grzejnik o dużej mocy czy kilka grzejników o małej mocy?

Rozwiązanie o dużej mocy▼

Rozwiązanie o niskim poborze mocy▼

Obraz powyżej jest wyraźny na pierwszy rzut oka.Stacja bazowa jest mała i energooszczędna, co jest korzystne dla wszystkich.Jeśli używasz tylko jednej dużej stacji bazowej, to jeśli jest ona blisko, promieniowanie będzie duże, ale jeśli jest daleko, nie będzie sygnału, co nie jest dobre.

6

Gdzie podziała się antena?

Czy zauważyłeś, że telefony komórkowe kiedyś miały bardzo długie anteny, a wczesne telefony komórkowe miały również małe, wystające anteny. Dlaczego nasze telefony komórkowe teraz nie mają anten?

Tak naprawdę nie chodzi o to, że nie potrzebujemy anten;Antena stała się mniejsza.

Zgodnie z charakterystyką anteny, jej długość powinna być proporcjonalna do długości fali i wynosić w przybliżeniu 1/10–1/4.

W miarę upływu czasu częstotliwość komunikacji naszych telefonów komórkowych staje się coraz wyższa, długość fali staje się coraz krótsza, a anteny również stają się krótsze!

Do komunikacji wykorzystującej fale milimetrowe antena również osiągnęła poziom milimetrowy. . .

Oznacza to, że antenę można włożyć do telefonu komórkowego, a nawet można włożyć wiele anten.

To jest trzecia, co do wielkości, zabójcza cecha 5G ——

7

Ｍpasywne MIMO

(Technologia wieloantenowa)

MIMO to skrót od „Multiple-Input Multiple-Output” (Multiple-Input Multiple-Output), oznacza to, że wiele anten nadaje i wiele anten odbiera.

W erze LTE mieliśmy już MIMO, ale liczba anten nie była duża. Można powiedzieć, że to była jedynie młodsza wersja MIMO.

W erze 5G technologia MIMO jest nadal rozwijana i stała się udoskonaloną wersją technologii Massive MIMO (Massive: na dużą skalę, masywny).

W telefonie komórkowym znajduje się wiele anten, nie wspominając o stacji bazowej.

W przeszłości stacje bazowe miały tylko kilka anten:

W erze 5G liczba anten nie jest obliczana metodą pierwiastkową, lecz metodą „tablicy”... „tablicy antenowej”... Na pierwszy rzut oka przypomina to trypofobię...

Jednakże odległość między antenami nie może być zbyt mała.

Ze względu na charakterystykę anten, układ wieloantenowy wymaga, aby odległość między antenami wynosiła ponad połowę długości fali. Jeśli odległość jest niewielka, anteny będą się wzajemnie zakłócać, co wpłynie na wysyłanie i odbieranie sygnałów.

8

kształtowaniem wiązki

Każdy z nas widział świecącą żarówkę, prawda?

W rzeczywistości, gdy stacja bazowa transmituje sygnał, przypomina to trochę świecącą żarówkę.

Sygnał jest emitowany do otoczenia. Jeśli chodzi o światło, to oczywiście oświetla całe pomieszczenie. Jeśli chcesz oświetlić tylko określony obszar lub obiekt, większość światła jest marnowana.

To samo dotyczy stacji bazowych, na których marnuje się mnóstwo energii i zasobów.

Czy możemy znaleźć niewidzialną rękę, która połączy rozproszone światło?

Dzięki temu nie tylko oszczędzamy energię, ale również mamy pewność, że oświetlany obszar otrzyma odpowiednią ilość światła.

Odpowiedź brzmi: tak.

To jest - formowanie wiązki

Na stacji bazowej umieszczona jest tablica anten, która poprzez sterowanie fazą sygnału radiowego sprawia, że ​​wiązka fali elektromagnetycznej po interakcji staje się bardzo wąska i skierowana na telefon komórkowy, któremu świadczy usługi, przy czym kierunek może zmieniać się w zależności od ruchu telefonu komórkowego.

Technologia multipleksowania przestrzennego pozwala na przejście z sygnału dookólnego na precyzyjną usługę kierunkową bez zakłóceń między wiązkami.Zapewnij większą liczbę połączeń komunikacyjnych w tej samej przestrzeni, znacznie zwiększając przepustowość stacji bazowej.

Proste można podzielić na zakrzywione... Czy jest coś jeszcze, czego eksperci od komunikacji nie potrafią?

9

Nie bierz ode mnie żadnych pieniędzy, okej?

W obecnej sieci komunikacji mobilnej, nawet jeśli dwie osoby dzwonią do siebie na telefony komórkowe twarzą w twarz (lub wysyłają sobie zdjęcia za pomocą telefonów komórkowych), sygnały są przekazywane za pośrednictwem stacji bazowej, łącznie z sygnalizacją kontrolną i pakietami danych. . .

W erze 5G niekoniecznie tak jest.

Piątą najważniejszą cechą 5G jest D2D, czyli komunikacja między urządzeniami.

10

Ｄ２Ｄ

W erze 5G, jeśli dwaj użytkownicy korzystający z tej samej stacji bazowej będą się ze sobą komunikować, ich dane nie będą już przesyłane za pośrednictwem stacji bazowej, lecz bezpośrednio z telefonu komórkowego do telefonu komórkowego. . .

W ten sposób oszczędza się znaczną ilość powietrza i zmniejsza się ciśnienie na stacji bazowej.

Jeśli jednak uważasz, że nie musisz płacić, wyświadczasz Tucsonowi niedźwiedzią przysługę.

Wiadomości sterujące nadal muszą być wysyłane ze stacji bazowej. Wykorzystujesz zasoby częstotliwości. Jak operator może cię zwolnić?

postscriptum

Wierzę, że dzięki temu artykułowi wszyscy zdobędą dogłębną wiedzę na temat sieci 5G i stojącej za nią wiedzy komunikacyjnej. A wszystko to opiera się na wzorach matematycznych, które zrozumie uczeń szkoły podstawowej. Czyż nie?

Technologia komunikacyjna nie jest tajemnicą. Jako najwspanialszy klejnot w koronie technologii komunikacyjnej, 5G nie jest nieosiągalną, innowacyjną i rewolucyjną technologią. To raczej ewolucja istniejącej technologii komunikacyjnej.

Jak powiedział ekspert -

Granice technologii komunikacyjnej nie wynikają z ograniczeń technicznych, lecz z wniosków opartych na ścisłej matematyce. W dającej się przewidzieć przyszłości przełamanie ich jest praktycznie niemożliwe.

Jak dalej eksplorować potencjał komunikacji w kontekście zasad naukowych, jest niestrudzonym dążeniem wielu osób z branży komunikacyjnej.

Okej, to na tyle na dziś.

Niniejszy artykuł jest przedrukowany z „IoT IQ„, wspiera ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.