這一切，要從一個“神奇的公式”說起。

 

一個神奇的公式就是這個公式:

 

 

就是這個超簡單的公式
，蘊含了我們無線通信技術的博大精深。

 

無論是往事隨風的1G、2G、3G，還是意氣風發的4G、5G，說來說去
，都是在這個數學公式上做文章,且聽我慢慢道來。

 

 

通信技術
，無論什麼黑科技白科技，隻分兩種——有線通信和無線通信

 

我和你打電話
，信息數據要麼在空中傳播（看不見、摸不著），要麼在實物上傳播（看得見、摸得著）。

 

 

在有線介質上傳播數據，想要高速很容易。實驗室中

，單條光纖最大速度已達到了26Tbps,是傳統網線的兩萬六千倍。

 

 

而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在！

 

 

所以，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。

 

 

大家都知道
，電波和光波都屬於電磁波。電磁波的頻率資源有限，根據不同的頻率特性
，有不同的用途。

 

 

我們目前主要使用電波進行通信。當然，光波通信也在崛起
，例如可見光通信LiFi（LightFidelity）

 

 

不偏題，回到電波先。

 

dianboshuyudiancibodeyizhong

，tadepinlvziyuanyeshiyouxiande。weilebimianganraohechongtu，womenzaidianbozhetiaogonglushangjinyibuhuafenchedao
，fenpeigeibutongdeduixiangheyongtu。

 

不同頻率電波的用途

 

大家注意上麵圖中的紅色字體。一直以來
，我們主要是用中頻~超高頻進行手機通信的。

 

例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。目前主流的4G LTE
，屬於超高頻和特高頻。

 

我們國家主要使用超高頻：

 

 

隨著1G
、2G、3G、4G的發展，使用的頻率是越來越高的。。。

 

為什麼呢
？

 

因為頻率越高
，速度越快。

 

這又是為什麼呢
？

 

因為頻率越高
，車道（頻段）越寬。

 

 

看懂了吧？車道按指數級擴大。

 

 

更高的頻率→更大的帶寬→更快的速度

 

 

5G的頻段具體是多少呢？

 

上個月，我們國家工信部下發通知
，明確了我國的5G初始中頻頻段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段。

 

同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見。

 

目前
，國際上主要使用28GHz進行試驗（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。

 

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

 

 

好啦

，這個就是5G的第一個技術特點——

 

 

既然，頻率高這麼好
，你一定會問：“為什麼以前我們不用高頻率呢

？”

 

原因很簡單——不是不想用，是用不起！

 

電磁波的一個顯著特點：頻率越高（波長越短），就越趨近於直線傳播（繞射能力越差）。而且
，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大。

 

你看激光筆（波長635nm左右），射出的光是直的吧
，擋住了就過不去了。

 

再看衛星通信和GPS導航（波長1cm左右）
，如果有遮擋物，就沒信號了吧。

 

而且

，衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向。稍微歪一點

，都會有影響。

 

 

如果5G用高頻段，那麼它最大的問題，就是覆蓋能力會大幅減弱。覆蓋同一個區域，需要的基站數量將大大超過4G。

 

 

這就是為什麼這些年
，電信、移動
、聯通為了低頻段而爭得頭破血流。

 

基站就是要花錢買的啊，能不玩命爭取麼
？有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。

 

 

這也是為什麼5G時代，運營商拚命懟設備商，甚至威脅要自己研發通信設備。

 

所以
，基於以上原因。

 

在高頻率的前提下，為了減輕覆蓋方麵的成本壓力
，5G必須尋找新的出路。

 

首先
，是微基站。

 

 

基站有兩種，微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小

，宏基站很大！以前都是大的基站，建一個覆蓋一大片：

 

 

以後更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。

 

微基站　看上去是不是很酷炫？

 

微基站的造型有很多種
，靈活地與周圍的環境相融合（偽裝）
，不會讓用戶在心理上產生不適。

 

提醒基站對人體健康不會造成影響。——小棗君宣

 

而且

，恰好相反
，其實基站數量越多，輻射反而越小！你想一下，冬天
，一群人的房子裏

，一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好？

 

大功率方案

 

小功率方案

 

基站越小巧，數量越多
，覆蓋就越好，速度就越快。

 

 

大家有沒有發現，以前大哥大都有很長的天線，早期的手機也有突出來的小天線
，為什麼後來我們就看不到帶天線的手機了？

 

 

有人說，是因為信號好了
，不需要天線了。

 

其實不對。信號再好
，也不能沒有天線。更主要的原因是——天線變小了。

 

根據天線特性
，天線長度應與波長成正比，大約在1/10~1/4之間。

 

 

頻率越高，波長越短，天線也就跟著變短啦！毫米波，天線也變成毫米級。這就意味著，天線完全可以塞進手機的裏麵，甚至可以塞很多根。

 

這就是5G的第三大殺手鐧—— Ｍassive MIMOMIMO 就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送
，多根天線接收。在LTE時代就已經有MIMO了，5G繼續發揚光大，變成了加強版的Massive　MIMO（Massive：大規模的，大量的）。

 

 

手機都能塞好多根，基站就更不用說了。

 

以前的基站，天線就那麼幾根

 

5G時代，就不是按根來算了
，是按“陣”。。。“天線陣列”

 

天線多得排成陣了，一眼看去一大片的節奏

 

不bu過guo
，天tian線xian之zhi間jian的de距ju離li也ye不bu能neng太tai近jin。因yin為wei天tian線xian特te性xing要yao求qiu，多duo天tian線xian陣zhen列lie要yao求qiu天tian線xian之zhi間jian的de距ju離li保bao持chi在zai半ban個ge波bo長chang以yi上shang。不bu要yao問wen我wo為wei什shen麼me，去qu問wen科ke學xue家jia。

 

 

大家都見過燈泡發光吧？

 

其qi實shi
，基ji站zhan發fa射she信xin號hao的de時shi候hou
，就jiu有you點dian像xiang燈deng泡pao發fa光guang。信xin號hao是shi向xiang四si周zhou發fa射she的de，對dui於yu光guang，當dang然ran是shi照zhao亮liang整zheng個ge房fang間jian
，如ru果guo隻zhi是shi想xiang照zhao亮liang某mou個ge區qu域yu或huo物wu體ti
，那na麼me
，大da部bu分fen的de光guang都dou浪lang費fei了le。

 

 

基(ji)站(zhan)也(ye)是(shi)一(yi)樣(yang)，大(da)量(liang)的(de)能(neng)量(liang)和(he)資(zi)源(yuan)都(dou)浪(lang)費(fei)了(le)。我(wo)們(men)能(neng)不(bu)能(neng)找(zhao)到(dao)一(yi)隻(zhi)無(wu)形(xing)的(de)手(shou)，把(ba)散(san)開(kai)的(de)光(guang)束(shu)縛(fu)起(qi)來(lai)呢(ne)？這(zhe)樣(yang)既(ji)節(jie)約(yue)了(le)能(neng)量(liang)，也(ye)保(bao)證(zheng)了(le)要(yao)照(zhao)亮(liang)的(de)區(qu)域(yu)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)光(guang)。答(da)案(an)是(shi)：可以。

 

這就是——

 

 

波束賦形：zaijizhanshangbushetianxianzhenlie
，tongguoduishepinxinhaoxiangweidekongzhi，shidexianghuzuoyonghoudediancibodebobanbiandefeichangxiazhai
，bingzhixiangtasuotigongfuwudeshouji，erqienenggenjushoujideyidongerzhuanbianfangxiang。

 

這(zhe)種(zhong)空(kong)間(jian)複(fu)用(yong)技(ji)術(shu)，由(you)全(quan)向(xiang)的(de)信(xin)號(hao)覆(fu)蓋(gai)變(bian)為(wei)了(le)精(jing)準(zhun)指(zhi)向(xiang)性(xing)服(fu)務(wu)
，波(bo)束(shu)之(zhi)間(jian)不(bu)會(hui)幹(gan)擾(rao)
，在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)空(kong)間(jian)中(zhong)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)通(tong)信(xin)鏈(lian)路(lu)，極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)基(ji)站(zhan)的(de)服(fu)務(wu)容(rong)量(liang)。

 

 

直的都能掰成彎的。。。還有什麼是通信磚家幹不出來的？

 

 

在目前的通信網絡中，即使是兩個人麵對麵撥打對方的手機（或手機對傳照片）

，信號都是通過基站進行中轉的
，包括控製信令和數據包。

 

而在5G時代，這種情況就不一定了。

 

5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device。

 

 

5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據將不再通過基站轉發，而是直接手機到手機。

 

 

這樣，就節約了大量的空中資源
，也減輕了基站的壓力。不過，如果你覺得這樣就不用付錢，那你就圖樣圖森破了。

 

控製消息還是要從基站走的，而且用著頻譜資源，運營商爸爸怎麼可能放過你。

 

 

能看到這的
，都是真愛

 

相信大家通過本文對5G和她背後的通信知識已經有了深刻理解
，而這一切，都隻是源於一個如今小學生都能看懂的數學公式。。。通信技術並不神秘，5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石，也不是什麼遙不可及的創新革命技術，它更多是對現有通信技術的演進。正如一位高人所說——“通信技術的極限，並不是技術工藝方麵的限製
，而是建立在嚴謹數學基礎上的推論，在可以遇見的未來是基本不可能突破的。”如何在科學原理的範疇內
，進一步發掘通信的潛力，是通信行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求。

 

（來源：鮮棗課堂公眾號）