关于5G，看了这篇你就全明白了
最近各位社友的朋友圈都被华为孟晚舟事件刷屏了吧，大家有没有发现，不少文章中都反复提及一个词“5G”，今天就和大家详细讲讲5G到底是什么——这一切，要从一个“神奇的公式”说起。。。一个神奇的公式。。。就是这个公式。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/cfc5335367a345f1ad4d697ae4543896.jpeg还记得这个公式的童鞋，请骄傲地为自己鼓个掌。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/02fd2c7ad6184f60bc09ed55fc85d57c.jpeg如果不记得，或是看不懂，也没关系，小编解释一下。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/44f1824722e14844b4386f6a2dc9153d.png就是这个超简单的公式，蕴含了我们无线通信技术的博大精深。。。无论是往事随风的1G、2G、3G，还是意气风发的4G、5G，说来说去，都是在这个数学公式上做文章。。。且听我慢慢道来。。。有线？无线？……通信技术，无论什么黑科技白科技，只分两种——有线通信和无线通信我和你打电话，信息数据要么在空中传播（看不见、摸不着），要么在实物上传播（看得见、摸得着）。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/fdbde7d2d1d540bbb8ff8ba5f6d85939.jpeg在有线介质上传播数据，想要高速很容易。。。实验室中，单条光纤最大速度已达到了26Tbps。。。是传统网线的两万六千倍。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/097614c4374244bfa3f82e56595ea8c6.jpeg而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/408ddf54b17b4c31aa52600581902220.jpeg所以，5G重点是研究无线这部分的瓶颈突破。好大一个波。。。大家都知道，电波和光波都属于电磁波。。。电磁波的频率资源有限，根据不同的频率特性，有不同的用途。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/08f8507872294539b31657e9c37581ef.jpeg我们目前主要使用电波进行通信。。。当然，光波通信也在崛起，例如可见光通信LiFi（LightFidelity）▼图片来自网络http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/d891e709f60e44b0ac93ec5f6bc16609.jpeg不偏题，回到电波先。。。电波属于电磁波的一种，它的频率资源也是有限的。。。为了避免干扰和冲突，我们在电波这条公路上进一步划分车道，分配给不同的对象和用途。。。▼不同频率电波的用途http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/1bf985343d1e411a8acc8cdc8ef10fdb.jpeg大家注意上面图中的红色字体。一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信的。。。例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”，其实就是工作频段900MHz和800MHz的意思。。。目前主流的4G LTE，属于超高频和特高频。。。我们国家主要使用超高频：http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/13227982bb0d44a589cf847880101b89.jpeg随着1G、2G、3G、4G的发展，使用的频率是越来越高的。。。为什么呢？因为频率越高，速度越快。。。又为什么呢？因为频率越高，车道（频段）越宽。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/326bac3a3353499fab4152b777da41cf.jpeg看懂了吧。。。车道按指数级扩大。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/14c64ffc37774543a5043121b44fb5bd.png更高的频率→更大的带宽→更快的速度http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/e83fde59b3a04a4db0e66f984a20a8bd.png5G的频段具体是多少呢？上个月，我们国家工信部下发通知，明确了我国的5G初始中频频段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz两个频段同时，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见。目前，国际上主要使用28GHz进行试验（这个频段也有可能成为5G最先商用的频段）。如果按28GHz来算，根据前文我们提到的公式：http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/e11c8931bca542f19dcff2e717c28be2.png好啦，这个就是5G的第一个技术特点——毫米波继续，继续。。。既然，频率高这么好，你一定会问：“为什么以前我们不用高频率呢？”原因很简单——不是不想用。。。是用不起。。。电磁波的一个显著特点：频率越高（波长越短），就越趋近于直线传播（绕射能力越差）。。。而且，频率越高，传播过程中的衰减也越大。。。你看激光笔（波长635nm左右），射出的光是直的吧，挡住了就过不去了。。。再看卫星通信和GPS导航（波长1cm左右），如果有遮挡物，就没信号了吧。。。而且，卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向。。。稍微歪一点，都会有影响。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/b222ca80727e4315b1df6483f6bf2c72.png如果5G用高频段，那么它最大的问题，就是覆盖能力会大幅减弱。覆盖同一个区域，需要的基站数量将大大超过4G。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/fadad002043b44e8a2ef331df6bb2790.jpeg这就是为什么这些年，电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。。。基站就是要花钱买的啊。。。能不玩命争取么。。。有的频段甚至被称为——黄金频段。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/af6f9a98993c4628a715c4a2f3155346.jpeg这也是为什么5G时代，运营商拼命怼设备商。。。甚至威胁要自己研发通信设备。。。所以，基于以上原因。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/79962de6e6214530abf0f2ee49eba02a.jpeghttp://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/7e08a7d9bf9f4c9ca1021ba473f99cbe.jpeg在高频率的前提下，为了减轻覆盖方面的成本压力，5G必须寻找新的出路。。。首先，是微基站。微基站基站有两种，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，建一个覆盖一大片 ▼http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/b0a7ac4013b84b64b17852d0dc064122.jpeg以后更多的将是微基站，到处都装，随处可见。▼微基站 看上去是不是很酷炫？http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/5cc609959b784793ad71060ce6aeaa94.jpeg微基站的造型有很多种，灵活地与周围的环境相融合（伪装），不会让用户在心理上产生不适。。。提醒基站对人体健康不会造成影响。而且，恰好相反，其实基站数量越多，辐射反而越小！你想一下，冬天，一群人的房子里，一个大功率取暖器好，还是几个小功率取暖器好？大功率方案▼http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/c6406e5d9ec842d98a27595c8c758700.jpeg小功率方案▼http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/0ae827910ff44899a6c36b015ec2e29e.jpeg基站越小巧，数量越多，覆盖就越好，速度就越快。。。天线去哪了？大家有没有发现，以前大哥大都有很长的天线，早期的手机也有突出来的小天线，为什么后来我们就看不到带天线的手机了？http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/747ed32388e04061a3f77ce8622faf2d.jpeg有人说，是因为信号好了，不需要天线了。。。其实不对。。。信号再好，也不能没有天线。。。更主要的原因是——天线变小了。。。根据天线特性，天线长度应与波长成正比，大约在1/10~1/4之间。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/af13b73799a94aceb45303bd1e2f51f2.png频率越高，波长越短，天线也就跟着变短啦！毫米波，天线也变成毫米级。。。这就意味着，天线完全可以塞进手机的里面，甚至可以塞很多根。。。这就是5G的第三大杀手锏——Ｍassive MIMOMIMO就是“多进多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天线发送，多根天线接收。在LTE时代就已经有MIMO了，5G继续发扬光大，变成了加强版的Massive MIMO（Massive：大规模的，大量的）。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/3713c8de55e24c1daefdb574b42e6baf.jpeg手机都能塞好多根，基站就更不用说了。。。▼以前的基站，天线就那么几根。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/21fe98880e794682a5ab39bfbfad2dfc.jpeg5G时代，就不是按根来算了，是按“阵”。。。“天线阵列”。。。▼天线多得排成阵了。。。一眼看去一大片的节奏。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/9851a0e877d04279bcb5d6c5a8d84583.jpeg不过，天线之间的距离也不能太近。因为天线特性要求，多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。不要问我为什么，去问科学家。。。你是直的？还是弯的？大家都见过灯泡发光吧？其实，基站发射信号的时候，就有点像灯泡发光。信号是向四周发射的，对于光，当然是照亮整个房间，如果只是想照亮某个区域或物体，那么，大部分的光都浪费了。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/cb9ce7d2d36447488da046a11a97b40f.jpeg基站也是一样，大量的能量和资源都浪费了。我们能不能找到一只无形的手，把散开的光束缚起来呢？这样既节约了能量，也保证了要照亮的区域有足够的光。答案是：可以。这就是——波束赋形波束赋形在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向。这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大地提高基站的服务容量。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/45b4e577cec24b609f71f468e252fe4c.jpeg直的都能掰成弯的。。。还有什么是通信砖家干不出来的？别收我钱，行不行？在目前的通信网络中，即使是两个人面对面拨打对方的手机（或手机对传照片），信号都是通过基站进行中转的，包括控制信令和数据包。。。而在5G时代，这种情况就不一定了。。。5G的第五大特点——D2D，也就是Device to Device。Ｄ２Ｄ5G时代，同一基站下的两个用户，如果互相进行通信，他们的数据将不再通过基站转发，而是直接手机到手机。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/1837cba263bf4bbda47b65eb6c6ec9a4.jpeg这样，就节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。不过，如果你觉得这样就不用付钱，那你就图样图森破了。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/8e61199a2e334f2290db41eef700f5a1.jpeg控制消息还是要从基站走的，而且用着频谱资源，运营商爸爸怎么可能放过你。。。
后记。。。写着写着，发现洋洋洒洒写的有点多。。。能看到这的，都是真爱。。。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181216/b84bd4355f0748d7ae6652963ee19081.jpeg相信大家通过本文对5G和她背后的通信知识已经有了深刻理解，而这一切，都只是源于一个如今小学生都能看懂的数学公式。。。通信技术并不神秘，5G作为通信技术皇冠上最耀眼的宝石，也不是什么遥不可及的创新革命技术，它更多是对现有通信技术的演进。正如一位高人所说——通信技术的极限，并不是技术工艺方面的限制，而是建立在严谨数学基础上的推论，在可以遇见的未来是基本不可能突破的。如何在科学原理的范畴内，进一步发掘通信的潜力，是通信行业众多奋斗者们孜孜不倦的追求。。。
作者：小枣君来源：鲜枣课堂（ID： xzclasscom）
每天工作之余读一篇您的文章 倍感放松啊 老师，我懂了 没懂 假装看懂了回复一下 虽然不懂，但还是回复一下 谢谢楼主的分享，对5G总算有了一个更深层次的了解。 谢谢老师分享知识。 多谢，学习5G 大概知道是怎么一个回事了，谢谢分享。