Đây là lần đầu tiên có người trình bày công nghệ 5G một cách đơn giản và dễ hiểu đến vậy.

1

Một công thức đơn giản và kỳ diệu

Câu chuyện hôm nay bắt đầu bằng một công thức.

Đó là một công thức vừa đơn giản vừa kỳ diệu. Nó đơn giản vì chỉ có tổng cộng 3 chữ cái. Người ta nói nó kỳ diệu vì công thức này chứa đựng những bí mật thâm sâu của công nghệ truyền thông, và vô số người trên hành tinh này bị ám ảnh bởi nó.

Công thức này là nó——

Tôi tin rằng nhiều học sinh đã biết công thức này. Nếu chưa biết, và bạn là học sinh chuyên ngành khoa học, hãy nhớ gọi điện cho giáo viên vật lý cấp hai của bạn khi có thời gian nhé!

Hãy giải thích, công thức trên là công thức cơ bản của vật lý.Tốc độ ánh sáng = bước sóng × tần số.

Với công thức này, ta có thể nói:Dù là 1G, 2G, 3G, 4G hay 5G, mọi thứ vẫn vậy. Tất cả đều làm ầm ĩ lên và chẳng chịu nhảy ra khỏi "ngọn núi năm ngón tay" của nó.

Để tôi kể cho bạn nghe từ từ.

2

Có dây? Không dây?

Công nghệ truyền thông, dù là công nghệ đen hay công nghệ trắng, xét cho cùng cũng có thể chia thành hai loại——Truyền thông có dây và truyền thông không dây.

Khi tôi nói chuyện với bạn qua điện thoại, thông tin và dữ liệu được truyền tải hoặc trong không khí (vô hình và không thể chạm vào) hoặc thông qua các vật thể vật lý (hữu hình và có thể chạm vào).

Nếu tín hiệu được truyền tải trên các vật liệu vật lý, đó là truyền thông có dây, về cơ bản sử dụng dây đồng và cáp quang, được gọi chung là phương tiện truyền dẫn có dây.

Khi dữ liệu được truyền qua các phương tiện có dây, tốc độ có thể đạt đến mức rất cao.

Lấy sợi quang làm ví dụ, trong phòng thí nghiệm,Tốc độ tối đa của một sợi quang đơn đã đạt tới 26 Tbps... Nhanh hơn 26,000 lần so với cáp mạng truyền thống...

cáp quang

Sự truyền dẫn trong không khí chính là điểm nghẽn của truyền thông di động.

Chuẩn truyền thông di động phổ biến hiện nay là 4G LTE, với tốc độ lý thuyết chỉ 150Mbps (không bao gồm ghép kênh sóng mang). Điều này hoàn toàn không thể so sánh với truyền thông có dây.

Do đó, nếu 5G muốn đạt được tốc độ đầu cuối cao, trọng tâm là phải vượt qua nút thắt cổ chai ở phần không dây.

3

Thật là một làn sóng kỳ diệu

Như chúng ta đã biết, truyền thông không dây sử dụng sóng điện từ để liên lạc. Sóng vô tuyến và sóng ánh sáng đều là sóng điện từ.

Các đặc tính chức năng của sóng điện từ được xác định bởi tần số của chúng.Sóng điện từ có tần số khác nhau có tính chất và đặc điểm khác nhau, do đó có những ứng dụng khác nhau.

Ví dụ, tia gamma tần số cao rất độc hại và có thể được sử dụng để điều trị khối u.

tần số không đổi của sóng điện từ

Hiện nay chúng ta chủ yếu liên lạc bằng sóng vô tuyến. Tất nhiên, truyền thông bằng sóng ánh sáng cũng đang phát triển mạnh, ví dụ như LiFi.

LiFi (Độ trung thực ánh sáng) 可见光通信

Không lan man nữa, chúng ta hãy quay lại với sóng radio trước đã.

Sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ, và nguồn tần số của chúng có giới hạn.

Để tránh nhiễu sóng và xung đột, chúng tôi tiếp tục chia nhỏ các làn đường trên xa lộ sóng vô tuyến và chỉ định chúng cho các đối tượng và mục đích sử dụng khác nhau.

Ứng dụng của sóng vô tuyến ở các tần số khác nhau

Vui lòng chú ý đến phần chữ màu đỏ trong hình trên. Cho đến nay, chúng tôi chủ yếu sử dụngTần số trung bình đến tần số siêu cao được sử dụng cho liên lạc điện thoại di động.

Ví dụ, các thuật ngữ thường được nhắc đến như "GSM900" và "CDMA800" thực chất đề cập đến GSM hoạt động ở băng tần 900MHz và CDMA hoạt động ở băng tần 800MHz.

Tiêu chuẩn kỹ thuật 4G LTE phổ biến toàn cầu hiện nay thuộc về...UHF và UHF.

Nước ta chủ yếu sử dụng UHF:

Như bạn thấy, với sự phát triển của 1G, 2G, 3G và 4G, tần số sóng vô tuyến được sử dụng ngày càng cao hơn.

Tại sao lại vậy?

Điều này chủ yếu là bởi vì,Tần số càng cao thì tài nguyên tần số có thể sử dụng càng phong phú.Nguồn tài nguyên tần số càng phong phú, tốc độ truyền tải càng cao.

Tần suất cao hơn → nhiều tài nguyên hơn → tốc độ nhanh hơn

Chắc hẳn không khó hiểu, phải không? Tài nguyên tần số giống như những toa tàu. Tần số càng cao, càng có nhiều toa và càng nhiều thông tin có thể được tải lên cùng một lúc.

Vậy, tần số cụ thể mà 5G sử dụng là bao nhiêu?

Như hình bên dưới:

Dải tần số của 5G được chia thành hai loại: một loại dưới 6GHz, không khác biệt nhiều so với 2G/3G/4G hiện tại. Loại còn lại có tần số rất cao.Trên 24GHz.

Hiện nay, trên phạm vi quốc tế, nó chủ yếu được sử dụng 28GHz Tiến hành các thí nghiệm (dải tần này cũng có thể trở thành dải tần thương mại đầu tiên cho 5G).

Nếu tính toán dựa trên tần số 28GHz, theo công thức mà chúng ta đã đề cập ở trên:

Được rồi, đây là tính năng kỹ thuật đầu tiên của 5G——

4

sóng milimet

Xin phép được đăng lại bảng so sánh tần suất ngay bây giờ:

Hãy chú ý đến dòng dưới cùng. Có phải là "sóng milimet" không?

Tiếp tục, tiếp tục!

Được rồi, vì tần số cao rất tốt nên chắc chắn bạn sẽ hỏi:"Tại sao chúng ta không sử dụng tần số cao trước đây?"

Lý do rất đơn giản - không phải là tôi không muốn dùng nó, mà là tôi không đủ khả năng mua nó.

Các đặc điểm nổi bật của sóng điện từ: tần số càng cao, bước sóng càng ngắn và càng gần với sự truyền thẳng (khả năng nhiễu xạ càng kém).Tần số càng cao thì độ suy giảm trong môi trường truyền càng lớn.

Hãy nhìn vào đèn laser (bước sóng khoảng 635nm). Ánh sáng phát ra là đường thẳng. Nếu bị chặn, nó sẽ không thể xuyên qua.

Đối với liên lạc vệ tinh và định vị GPS (bước sóng khoảng 1cm), nếu có vật cản, sẽ không có tín hiệu.

Ăng-ten chính của vệ tinh phải được hiệu chỉnh để hướng về phía vệ tinh, nếu không, ngay cả một độ lệch nhỏ cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu.

Nếu hệ thống liên lạc di động sử dụng các băng tần cao, thì vấn đề lớn nhất của nó là gì?Khoảng cách truyền tín hiệu bị rút ngắn đáng kể và khả năng phủ sóng bị suy yếu nghiêm trọng.

bao phủ cùng một khu vực,Số lượng trạm gốc 5G cần thiết sẽ vượt xa số lượng trạm gốc 4G.

Số lượng trạm gốc có ý nghĩa gì? Tiền bạc! Đầu tư! Chi phí!

Tần số càng thấp, chi phí xây dựng mạng càng rẻ và cạnh tranh càng thuận lợi. Đó là lý do tại sao, trong những năm gần đây, China Telecom, China Mobile và China Unicom đã cạnh tranh gay gắt để giành lấy các băng tần thấp.

Một số dải tần số thậm chí còn được gọi là—Ban nhạc vàng.

Đây là lý do tại sao, trong kỷ nguyên 5G, các nhà mạng đang ra sức đấu tranh với các nhà sản xuất thiết bị, với hy vọng giảm giá thành của các trạm gốc.

Do đó, dựa trên những lý do nêu trên, để giảm áp lực chi phí xây dựng mạng lưới trong điều kiện tần suất cao,Công nghệ 5G cần tìm một hướng đi mới.

Các lối thoát là gì?

Đầu tiên là trạm gốc siêu nhỏ.

5

trạm gốc siêu nhỏ

Có hai loại trạm gốc, trạm gốc siêu nhỏ và trạm gốc macro. Chỉ cần nhìn vào tên gọi, bạn có thể biết rằng trạm gốc siêu nhỏ rất nhỏ và trạm gốc macro rất lớn!

Trạm gốc Macro:

Thường được sử dụng ngoài trời, hãy xây một cái để che phủ một khu vực rộng lớn.

Trạm cơ sở vi mô:

Trông thật tuyệt phải không?

Thậm chí còn có những loại nhỏ hơn, chỉ to bằng lòng bàn tay.

Thực tế, hiện nay có rất nhiều trạm thu phát sóng siêu nhỏ, đặc biệt là ở khu vực đô thị và trong nhà, nơi chúng thường được nhìn thấy.

Trong kỷ nguyên 5G, sẽ có nhiều trạm gốc siêu nhỏ hơn, được lắp đặt ở khắp mọi nơi và có thể nhìn thấy ở hầu hết mọi nơi.

Chắc chắn bạn sẽ hỏi, liệu có tác động gì đến cơ thể con người nếu có quá nhiều trạm phát sóng xung quanh chúng ta không?

Câu trả lời của tôi là - không.

Trên thực tế, trái ngược với quan niệm truyền thống,Số lượng trạm gốc càng nhiều, bức xạ càng nhỏ!

Hãy thử nghĩ xem, vào mùa đông, trong một ngôi nhà có nhiều người, liệu nên có một máy sưởi công suất cao hay nhiều máy sưởi công suất thấp hơn?

Giải pháp công suất cao▼

Giải pháp tiết kiệm điện năng▼

Hình ảnh trên là rõ ràng trong nháy mắt.Trạm gốc có kích thước nhỏ và công suất thấp, điều này rất tốt cho mọi người.Nếu chỉ sử dụng một trạm gốc lớn duy nhất, nếu nó ở gần thì phạm vi bức xạ sẽ lớn, nhưng nếu nó ở xa thì sẽ không có tín hiệu, điều này không tốt.

6

Ăng-ten đâu rồi?

Bạn có để ý rằng điện thoại di động ngày xưa thường có ăng-ten rất dài, và những chiếc điện thoại đời đầu cũng có những ăng-ten nhỏ nhô ra không? Tại sao điện thoại di động hiện nay lại không có ăng-ten?

Thực tế, không phải là chúng ta không cần ăng-ten;Ăng-ten đã nhỏ lại.

Theo đặc tính của anten, chiều dài anten nên tỷ lệ thuận với bước sóng, xấp xỉ trong khoảng 1/10 đến 1/4.

Theo thời gian, tần số liên lạc của điện thoại di động ngày càng cao, bước sóng ngày càng ngắn, và ăng-ten cũng ngày càng ngắn hơn!

Đối với truyền thông sóng milimét, ăng-ten cũng đã được thu nhỏ xuống mức milimét...

Điều này có nghĩa là ăng-ten có thể được cắm vào điện thoại di động, hoặc thậm chí nhiều ăng-ten có thể được cắm vào...

Đây là tính năng đột phá lớn thứ ba của 5G——

7

ＭMIMO hỗ trợ

(Công nghệ đa anten)

MIMO là viết tắt của "Multiple-Input Multiple-Output" (Đa đầu vào Đa đầu ra), nghĩa là nhiều anten cùng phát và nhiều anten cùng thu tín hiệu.

Trong kỷ nguyên LTE, chúng ta đã có MIMO, nhưng số lượng anten không nhiều. Có thể nói nó chỉ là một phiên bản sơ khai của MIMO.

Trong kỷ nguyên 5G, công nghệ MIMO tiếp tục được phát triển và hiện nay đã trở thành phiên bản nâng cao của Massive MIMO (Massive: quy mô lớn, khổng lồ).

Một chiếc điện thoại di động có rất nhiều ăng-ten được tích hợp bên trong, chưa kể đến trạm gốc.

Trước đây, các trạm gốc chỉ có một vài ăng-ten:

Trong kỷ nguyên 5G, số lượng anten không được tính theo căn bậc hai, mà theo "mảng"... "mảng anten"... Thoạt nhìn, nó có nhịp điệu của chứng sợ lỗ...

Tuy nhiên, khoảng cách giữa các ăng-ten không được quá gần.

Do đặc tính của anten, một hệ thống nhiều anten yêu cầu khoảng cách giữa các anten phải được duy trì ở mức lớn hơn một nửa bước sóng. Nếu khoảng cách quá gần, chúng sẽ gây nhiễu lẫn nhau và ảnh hưởng đến việc gửi và nhận tín hiệu.

8

chùm tia

Ai cũng từng thấy bóng đèn phát sáng, phải không?

Thực tế, khi trạm gốc phát tín hiệu, nó giống như một bóng đèn đang sáng.

Tín hiệu được phát ra môi trường xung quanh. Đối với ánh sáng, dĩ nhiên nó sẽ chiếu sáng toàn bộ căn phòng. Nếu bạn chỉ muốn chiếu sáng một khu vực hoặc vật thể nhất định, thì phần lớn ánh sáng sẽ bị lãng phí...

Điều tương tự cũng xảy ra với các trạm gốc, nơi rất nhiều năng lượng và tài nguyên bị lãng phí.

Liệu ta có thể tìm thấy một bàn tay vô hình để kết nối những tia sáng phân tán này lại với nhau?

Điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn đảm bảo khu vực cần chiếu sáng có đủ ánh sáng.

Câu trả lời là: có.

Đây là kỹ thuật tạo chùm tia (beamforming).

Một dàn anten được bố trí trên trạm gốc, và bằng cách điều khiển pha của tín hiệu tần số vô tuyến, búp sóng điện từ sau khi tương tác sẽ trở nên rất hẹp và hướng về phía điện thoại di động mà nó cung cấp dịch vụ, đồng thời có thể thay đổi hướng theo chuyển động của điện thoại di động.

Công nghệ ghép kênh không gian này chuyển đổi từ vùng phủ sóng tín hiệu đa hướng sang dịch vụ định hướng chính xác mà không gây nhiễu giữa các chùm tia.Cung cấp nhiều liên kết thông tin hơn trong cùng một không gian, giúp cải thiện đáng kể khả năng phục vụ của trạm gốc.

Những đường thẳng có thể được bẻ thành những đường cong... Còn điều gì khác mà các chuyên gia truyền thông không thể làm được nữa?

9

Đừng tính phí tôi nhé?

Trong mạng thông tin di động hiện nay, ngay cả khi hai người gọi điện thoại di động cho nhau trực tiếp (hoặc gửi ảnh cho nhau qua điện thoại di động), tín hiệu vẫn được truyền qua trạm gốc, bao gồm cả tín hiệu điều khiển và gói dữ liệu...

Trong kỷ nguyên 5G, điều này không nhất thiết đúng.

Tính năng chính thứ năm của 5G là D2D, tức là kết nối thiết bị với thiết bị.

10

Ｄ２Ｄ

Trong kỷ nguyên 5G, nếu hai người dùng cùng kết nối với nhau tại một trạm gốc, dữ liệu của họ sẽ không còn được chuyển tiếp qua trạm gốc nữa, mà sẽ trực tiếp từ điện thoại di động này sang điện thoại di động khác.

Bằng cách này, một lượng lớn tài nguyên không khí được tiết kiệm và áp lực lên trạm gốc được giảm bớt.

Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ mình không cần phải trả tiền, thì bạn đang làm hại đến Tucson.

Các thông điệp điều khiển vẫn phải được gửi từ trạm gốc. Bạn đang sử dụng tài nguyên phổ tần. Làm sao nhà mạng có thể cho phép bạn đi được?

postscript

Tôi tin rằng thông qua bài viết này, mọi người sẽ hiểu sâu sắc hơn về 5G và kiến ​​thức truyền thông đằng sau nó. Và tất cả điều này chỉ dựa trên các công thức toán học mà học sinh tiểu học cũng có thể hiểu được. Phải không?

Công nghệ truyền thông không hề bí ẩn. Là viên ngọc quý sáng giá nhất trong lĩnh vực công nghệ truyền thông, 5G không phải là một công nghệ cách mạng đột phá nằm ngoài tầm với. Nó giống như một sự tiến hóa của công nghệ truyền thông hiện có.

Như một chuyên gia đã nói -

Những giới hạn của công nghệ truyền thông không phải là những hạn chế về mặt kỹ thuật, mà là những suy luận dựa trên các phép toán chặt chẽ. Về cơ bản, việc vượt qua những giới hạn này trong tương lai gần là điều không thể.

Làm thế nào để khai thác sâu hơn tiềm năng của truyền thông trong khuôn khổ các nguyên lý khoa học là mục tiêu theo đuổi không ngừng nghỉ của nhiều người nỗ lực trong ngành truyền thông.

Được rồi, vậy là hết phần hôm nay.

Bài viết này được sao chép từ "Trí tuệ IoTĐể bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ, vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả khi in lại. Nếu phát hiện vi phạm, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.