นี่เป็นครั้งแรกที่มีคนอธิบาย 5G ได้อย่างง่ายและชัดเจนขนาดนี้

1

สูตรที่เรียบง่ายและมีมนต์ขลัง

เรื่องราวในวันนี้เริ่มต้นด้วยสูตรหนึ่งสูตร

นี่คือสูตรที่ทั้งเรียบง่ายและมหัศจรรย์ เรียบง่ายเพราะมีตัวอักษรเพียง 3 ตัวเท่านั้น ส่วนความมหัศจรรย์นั้นเป็นเพราะสูตรนี้บรรจุความลับอันลึกซึ้งของเทคโนโลยีการสื่อสาร และผู้คนมากมายบนโลกใบนี้ต่างหลงใหลในสูตรนี้

สูตรนี้มัน——

ฉันเชื่อว่านักเรียนหลายคนรู้จักสูตรนี้ ถ้าหากไม่รู้จัก และคุณเป็นนักเรียนสายวิทยาศาสตร์ โปรดอย่าลืมโทรหาครูสอนฟิสิกส์ระดับมัธยมต้นของคุณเมื่อมีเวลาว่าง!

Please explain, the above formula is the basic formula of physics.Speed ​​of light = wavelength & times; frequency.

For this formula, we can say:ไม่ว่าจะเป็น 1G, 2G, 3G, 4G หรือ 5G ทุกอย่างก็ยังคงเหมือนเดิม พวกเขาต่างก็โวยวายเกี่ยวกับมัน แต่ก็ไม่ได้ก้าวข้ามขีดจำกัดของมันไปเสียทีเดียว

เดี๋ยวผมจะเล่าให้ฟังช้าๆ นะครับ

2

แบบมีสายหรือไร้สาย?

เทคโนโลยีการสื่อสาร ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีมืดหรือเทคโนโลยีสว่าง ในท้ายที่สุดแล้ว สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ คือ...การสื่อสารแบบใช้สายและการสื่อสารแบบไร้สาย

เมื่อฉันคุยโทรศัพท์กับคุณ ข้อมูลและรายละเอียดต่างๆ จะถูกส่งผ่านทางอากาศ (มองไม่เห็นและจับต้องไม่ได้) หรือผ่านทางวัตถุทางกายภาพ (มองเห็นได้และจับต้องได้)

หากส่งข้อมูลผ่านวัสดุทางกายภาพ จะเรียกว่าการสื่อสารแบบใช้สาย ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะใช้สายทองแดงและสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งรวมเรียกว่าสื่อแบบใช้สาย

เมื่อส่งข้อมูลผ่านสื่อแบบใช้สาย อัตราการส่งข้อมูลอาจสูงมาก

Taking optical fiber as an example, in the laboratory,The maximum speed of a single optical fiber has reached 26Tbps. . . It is 26,000 times that of traditional network cables. . .

ใยแก้วนำแสง

The air propagation part is the bottleneck of mobile communications.

The current mainstream mobile communication standard is 4G LTE, with a theoretical rate of only 150Mbps (excluding carrier aggregation). This is completely incomparable to wired.

Therefore, if 5G wants to achieve high end-to-end speeds, the focus is to break through the bottleneck of the wireless part.

3

ช่างเป็นคลื่นมหัศจรรย์จริงๆ

อย่างที่เราทราบกันดี การสื่อสารไร้สายใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการสื่อสาร คลื่นวิทยุและคลื่นแสงต่างก็เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณลักษณะเชิงฟังก์ชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความถี่ของคลื่นนั้นElectromagnetic waves of different frequencies have different properties and characteristics, and thus have different uses.

ตัวอย่างเช่น รังสีแกมมาความถี่สูงเป็นอันตรายถึงชีวิตมากและสามารถใช้ในการรักษาเนื้องอกได้

constant frequency of electromagnetic waves

We currently communicate primarily using air waves. Of course, light wave communications are also on the rise, such as LiFi.

LiFi (ความเที่ยงตรงของแสง), 可见光通信

เพื่อไม่ให้เสียเวลา เรากลับมาพูดถึงคลื่นวิทยุกันก่อนดีกว่า

คลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง และทรัพยากรความถี่ของคลื่นวิทยุมีจำกัด

เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนและความขัดแย้ง เราจึงแบ่งช่องทางบนทางหลวงคลื่นวิทยุออกเป็นช่อง ๆ และกำหนดให้แต่ละช่องใช้สำหรับวัตถุประสงค์และการใช้งานที่แตกต่างกัน

การใช้งานคลื่นวิทยุที่ความถี่ต่างๆ

โปรดสังเกตตัวอักษรสีแดงในภาพด้านบน ที่ผ่านมาเราใช้ตัวอักษรสีแดงเป็นหลักความถี่ระดับกลางถึงความถี่สูงมากถูกนำมาใช้ในการสื่อสารทางโทรศัพท์มือถือ

ตัวอย่างเช่น "GSM900" และ "CDMA800" ที่กล่าวถึงกันบ่อยๆ นั้น แท้จริงแล้วหมายถึง GSM ที่ทำงานในย่านความถี่ 900MHz และ CDMA ที่ทำงานในย่านความถี่ 800MHz

มาตรฐานทางเทคนิค 4G LTE ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกในปัจจุบันเป็นของยูเอชเอฟและยูเอชเอฟ

ประเทศของเราใช้ UHF เป็นหลัก:

อย่างที่คุณเห็น การพัฒนาของ 1G, 2G, 3G และ 4G ทำให้ความถี่ของคลื่นวิทยุที่ใช้สูงขึ้นเรื่อยๆ

ทำไมถึงเป็นเช่นนี้?

ส่วนใหญ่เป็นเพราะว่ายิ่งความถี่สูงเท่าใด ทรัพยากรความถี่ที่สามารถใช้ได้ก็จะยิ่งสมบูรณ์มากขึ้นเท่านั้นยิ่งมีทรัพยากรคลื่นความถี่มากเท่าไร อัตราการส่งข้อมูลก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ความถี่ที่สูงขึ้น → ทรัพยากรมากขึ้น → ความเร็วที่เร็วขึ้น

It shouldn’t be difficult to understand, right? Frequency resources are like carriages. The higher the frequency, the more carriages there are and the more information can be loaded in the same time.

แล้วความถี่เฉพาะที่ 5G ใช้คืออะไร?

ดังแสดงด้านล่าง:

ช่วงความถี่ของ 5G แบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทแรกคือความถี่ต่ำกว่า 6GHz ซึ่งไม่แตกต่างจาก 2/3/4G ในปัจจุบันมากนัก และอีกประเภทหนึ่งคือความถี่สูงมากสูงกว่า 24GHz

Currently, internationally, it is mainly used 28GHz Conduct experiments (this frequency band may also become the first commercial frequency band for 5G).

หากคำนวณโดยใช้ความถี่ 28GHz ตามสูตรที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น:

Okay, this is the first technical feature of 5G——

4

คลื่นมิลลิเมตร

Please allow me to repost the frequency comparison table just now:

โปรดใส่ใจกับบรรทัดล่างสุด มันคือ "คลื่นมิลลิเมตร" หรือเปล่า?

ไปต่อ!

Okay, since high frequency is so good, you will definitely ask:"ทำไมเราไม่ใช้ความถี่สูงมาก่อนล่ะ?"

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

ลักษณะเด่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ ยิ่งความถี่สูง ความยาวคลื่นยิ่งสั้น และยิ่งใกล้เคียงกับการแพร่กระจายเชิงเส้น (ความสามารถในการเลี้ยวเบนยิ่งแย่ลง)ยิ่งความถี่สูงเท่าใด การลดทอนในตัวกลางในการขยายพันธุ์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

Look at the laser pointer (wavelength is about 635nm). The light emitted is straight. If it is blocked, it will not be able to pass through.

เมื่อพิจารณาการสื่อสารผ่านดาวเทียมและระบบนำทาง GPS (ความยาวคลื่นประมาณ 1 ซม.) หากมีสิ่งกีดขวาง ก็จะไม่มีสัญญาณ

เสาอากาศขนาดใหญ่ของดาวเทียมจะต้องได้รับการปรับเทียบให้เล็งไปยังทิศทางของดาวเทียม มิฉะนั้นแม้แต่การเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ

If mobile communications use high frequency bands, then its biggest problem isThe transmission distance is greatly shortened and the coverage capability is greatly weakened.

ครอบคลุมพื้นที่เดียวกันThe number of 5G base stations required will greatly exceed that of 4G.

จำนวนสถานีฐานหมายถึงอะไร? เงิน! ลงทุน! ค่าใช้จ่าย!

The lower the frequency, the cheaper network construction will be and the more favorable the competition will be. This is why, in recent years, China Telecom, China Mobile, and China Unicom have been fighting fiercely for low-frequency bands.

บางช่วงความถี่นั้นเรียกอีกอย่างว่า—วงทอง.

ด้วยเหตุนี้ ในยุค 5G ผู้ให้บริการจึงต่อสู้กับผู้ผลิตอุปกรณ์อย่างดุเดือด โดยหวังที่จะลดราคาสถานีฐานลง

ดังนั้น ด้วยเหตุผลข้างต้น เพื่อลดแรงกดดันด้านต้นทุนในการก่อสร้างเครือข่ายภายใต้เงื่อนไขความถี่สูง5G must find a new way out.

ทางออกมีอะไรบ้าง?

ประการแรก คือสถานีฐานขนาดเล็ก

5

micro base station

สถานีฐานมีสองประเภท คือ สถานีฐานขนาดเล็กและสถานีฐานขนาดใหญ่ แค่ดูจากชื่อก็รู้แล้วว่าสถานีฐานขนาดเล็กนั้นเล็กมาก และสถานีฐานขนาดใหญ่นั้นใหญ่มาก!

Macro base station:

เหมาะสำหรับใช้งานกลางแจ้ง สร้างโครงตาข่ายเพื่อครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่

สถานีฐานไมโคร:

มันดูเท่ดีใช่ไหม?

There are even smaller ones, as big as a palm

ในความเป็นจริง ปัจจุบันมีสถานีฐานขนาดเล็กจำนวนมาก โดยเฉพาะในเขตเมืองและในอาคาร ซึ่งมักพบเห็นได้บ่อย

ในยุค 5G จะมีสถานีฐานขนาดเล็กจำนวนมากขึ้น ซึ่งจะถูกติดตั้งอยู่ทุกหนทุกแห่งและสามารถมองเห็นได้เกือบทุกที่

คุณคงสงสัยว่า การมีสถานีฐานจำนวนมากอยู่รอบตัวเราจะมีผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์หรือไม่?

คำตอบของฉันคือ - ไม่

ในความเป็นจริงแล้ว ตรงกันข้ามกับความเข้าใจแบบดั้งเดิม ในความเป็นจริงแล้วยิ่งมีสถานีฐานมากเท่าไหร่ ปริมาณรังสีก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น!

ลองคิดดู ในฤดูหนาว ในบ้านที่มีคนอยู่หลายคน การมีเครื่องทำความร้อนกำลังสูงเครื่องเดียว ดีกว่าการมีเครื่องทำความร้อนกำลังต่ำหลายเครื่องหรือไม่?

High power solution▼

โซลูชันพลังงานต่ำ▼

ภาพข้างบนนี้มองเห็นได้ชัดเจนThe base station is small and low-power, which is good for everyone.หากคุณใช้สถานีฐานขนาดใหญ่เพียงสถานีเดียว หากอยู่ใกล้กัน การแผ่รังสีก็จะครอบคลุมมาก แต่หากอยู่ไกลออกไป ก็จะไม่มีสัญญาณ ซึ่งไม่ดีเลย

6

เสาอากาศหายไปไหน?

คุณเคยสังเกตไหมว่าโทรศัพท์มือถือสมัยก่อนมีเสาอากาศยาวมาก และโทรศัพท์มือถือรุ่นแรกๆ ก็มีเสาอากาศเล็กๆ ยื่นออกมาด้วย ทำไมโทรศัพท์มือถือในปัจจุบันถึงไม่มีเสาอากาศแล้วล่ะ?

In fact, it’s not that we don’t need antennas;The antenna got smaller.

ตามคุณลักษณะของเสาอากาศ ความยาวของเสาอากาศควรเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น โดยประมาณอยู่ระหว่าง 1/10 ถึง 1/4

As time changes, the communication frequency of our mobile phones is getting higher and higher, the wavelength is getting shorter and shorter, and the antennas are also getting shorter!

สำหรับการสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตร เสาอากาศก็ได้รับการพัฒนาให้มีขนาดระดับมิลลิเมตรเช่นกัน...

This means that the antenna can be inserted into the mobile phone, or even many antennas can be inserted. . .

This is the third biggest killer feature of 5G——

7

MIMO ที่ทรงพลัง

(เทคโนโลยีเสาอากาศหลายตัว)

MIMO ย่อมาจาก "Multiple-Input Multiple-Output" (ระบบรับส่งสัญญาณหลายตัวและรับสัญญาณหลายตัว)

ในยุค LTE เรามีเทคโนโลยี MIMO อยู่แล้ว แต่จำนวนเสาอากาศไม่มากนัก จึงอาจกล่าวได้ว่าเป็น MIMO เวอร์ชันย่อส่วนเท่านั้น

ในยุค 5G เทคโนโลยี MIMO ยังคงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และในปัจจุบันได้กลายเป็นเวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุงของ Massive MIMO (Massive: ขนาดใหญ่, มหาศาล)

There are multiple antennas packed into a mobile phone, not to mention a base station.

ในอดีต สถานีฐานมีเสาอากาศเพียงไม่กี่ต้นเท่านั้น:

In the 5G era, the number of antennas is not calculated by root, but by "array". . . "antenna array". . . At first glance, it has the rhythm of trypophobia. . .

However, the distance between antennas cannot be too close.

เนื่องจากคุณสมบัติของเสาอากาศ ระบบเสาอากาศหลายตัวจำเป็นต้องรักษาระยะห่างระหว่างเสาอากาศให้มากกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น หากระยะห่างใกล้เกินไป เสาอากาศจะรบกวนซึ่งกันและกันและส่งผลกระทบต่อการส่งและรับสัญญาณ

8

beamforming

Everyone has seen a light bulb glow, right?

ในความเป็นจริง เมื่อสถานีฐานส่งสัญญาณ มันก็คล้ายกับหลอดไฟที่ส่องสว่างขึ้นมา

สัญญาณจะถูกส่งออกไปยังบริเวณโดยรอบ สำหรับแสงสว่าง แน่นอนว่ามันจะส่องสว่างไปทั่วทั้งห้อง หากคุณต้องการส่องสว่างเฉพาะพื้นที่หรือวัตถุใดวัตถุหนึ่ง แสงส่วนใหญ่ก็จะสูญเปล่า...

เช่นเดียวกับสถานีฐาน ที่มีการใช้พลังงานและทรัพยากรอย่างสิ้นเปลืองเป็นจำนวนมาก

เราจะสามารถค้นหามือที่มองไม่เห็นเพื่อรวบรวมแสงที่กระจัดกระจายเหล่านั้นได้หรือไม่?

วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดพลังงาน แต่ยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าบริเวณที่จะส่องสว่างมีแสงสว่างเพียงพอ

The answer is: yes.

นี่คือ - การสร้างลำแสง (Beamforming)

An antenna array is arranged on the base station, and by controlling the phase of the radio frequency signal, the lobe of the electromagnetic wave after interaction becomes very narrow and pointed at the mobile phone it provides services, and can change the direction according to the movement of the mobile phone.

เทคโนโลยีการมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่นี้เปลี่ยนจากการครอบคลุมสัญญาณแบบรอบทิศทางไปเป็นการให้บริการแบบกำหนดทิศทางที่แม่นยำโดยไม่มีการรบกวนระหว่างลำแสงProvide more communication links in the same space, greatly improving the service capacity of the base station.

เส้นตรงสามารถแบ่งออกเป็นเส้นโค้งได้... มีอะไรอีกบ้างที่ผู้เชี่ยวชาญด้านการสื่อสารทำไม่ได้?

9

อย่าคิดเงินฉันนะ โอเคไหม?

In the current mobile communication network, even if two people call each other's mobile phones face to face (or send photos to each other through mobile phones), the signals are relayed through the base station, including control signaling and data packets. . .

ในยุค 5G นี้ สถานการณ์อาจไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป

คุณสมบัติหลักข้อที่ห้าของ 5G คือ D2D ซึ่งย่อมาจาก Device to Device (การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์)

10

Ｄ２Ｄ

ในยุค 5G หากผู้ใช้สองคนภายใต้สถานีฐานเดียวกันสื่อสารกัน ข้อมูลของพวกเขาจะไม่ถูกส่งผ่านสถานีฐานอีกต่อไป แต่จะส่งตรงจากโทรศัพท์มือถือเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่ง...

In this way, a large amount of air resources are saved and the pressure on the base station is reduced.

อย่างไรก็ตาม หากคุณคิดว่าคุณไม่จำเป็นต้องจ่าย คุณกำลังทำร้ายเมืองทูซอน

ข้อความควบคุมยังคงต้องส่งจากสถานีฐาน คุณกำลังใช้ทรัพยากรคลื่นความถี่อยู่ ผู้ให้บริการจะอนุญาตให้คุณใช้งานต่อไปได้อย่างไร...

คำลงท้าย

I believe that through this article, everyone has a deep understanding of 5G and the communication knowledge behind it. And all of this is just based on mathematical formulas that a primary school student can understand. Isn't it?

Communication technology is not mysterious. As the most dazzling gem in the crown of communication technology, 5G is not an out-of-reach innovative revolutionary technology. It is more of an evolution of existing communication technology.

As an expert said -

The limits of communication technology are not limitations in technical technology, but inferences based on rigorous mathematics. It is basically impossible to break through in the foreseeable future.

การค้นหาวิธีการสำรวจศักยภาพของการสื่อสารให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นภายในขอบเขตของหลักการทางวิทยาศาสตร์นั้น เป็นเป้าหมายที่ผู้คนจำนวนมากในอุตสาหกรรมการสื่อสารพยายามอย่างไม่หยุดยั้ง

โอเค สำหรับวันนี้ก็แค่นี้ก่อน

บทความนี้คัดลอกมาจาก "IoT IQเราสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก