5G通信技术科普

5G简单科普5G简介，5G特点•全称：第五代移动通信网络•理论速率：在200MHz频宽下，极限吞吐可达20Gbps（2.5Gb/s）•eMBB（EnhancedMobileBroadband）极高的速率•mMTC（MassiveMachineTypeCommunication）极大的容量•URLLC（UltraReliableLowLatencyCommunications）极低的时延3.低时延2.大容量1.高速率5G应用场景•高速上传下载•3D视频，4K、8K视频流播放，直播•工作、生活、娱乐全都在云上处理完成•AR、VR技术•物联网（万物互联）•智慧城市•智慧家居•智慧电网•实时物流•远程医疗•车联网•远程驾驶•工业控制通信方式1.有线通信光纤通信（实验室单根光纤理论传输26Tbps），铜缆通信2.无线通信主流通信制式标准4GLTE，目前最高也就150Mbps（不包含载波聚合技术）载波聚合技术使用载波聚合技术可以提升4G的下行速率峰值达到300Mbps，载波聚合相当于整合连续或者离散的频谱（带宽），将多条“小水管”整合成“大水管”供用户使用（实际技术要复杂得多），使得网络速率得到成倍的提升。通信基础一个简单且神奇的公式C=λν5G技术科普从一个公式开始讲起。这是一个既简单又神奇的公式。说它简单，是因为它一共只有3个字母。而说它神奇，是因为这个公式蕴含了博大精深的通信技术奥秘；无论是1G、2G、3G，还是4G、5G，万变不离其宗，都离不开这个五指山【光速=波长×频率】大家都知道，无线通信就是利用电磁波进行通信。电波和光波，都属于电磁波。电磁波的功能特性，是由它的频率决定的。不同频率的电磁波，有不同的属性特点，从而有不同的用途。例如，高频的γ射线，具有很大的杀伤力，可以用来治疗肿瘤。X射线用于医学成像诊断和X射线结晶学，甚至可以用于太空深空通信（X射线通信的最大理论速率可达40000Tbps）电磁波电波属于电磁波的一种，它的频率资源是有限的。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。请大家注意图中的红色字体。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」，其实意思就是指，工作频段在900MHz的GSM，和工作频段在800MHz的CDMA。目前全球主流的4GLTE技术标准，属于特高频和超高频不同频率电波的用途随着1G、2G、3G、4G的发展，使用的电波频率是越来越高的。这就扯出了一个新的点：载频频率，决定了一个时刻内传输的比特流，比如1HZ的载频1S只做一次变化，而bit是靠什么来表征信息的？是靠代表0，1两种不同的电平的不同的排列方式表征的，1hz最多1S传输2bit流，而1Mhz明显的要多多了。所以射频的频率高，一个时间段内传输的bit流就多。频率越高，速度越快5G的频率范围，分为两种：一种是6GHz以下，这个和目前我们的2/3/4G差别不算太大。还有一种，就很高了，在24GHz以上。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）。5G的频率如果按28GHz来算，根据前文我们提到的公式：这个就是5G的第一个技术特点——毫米波通信电磁波的显著特点：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。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。卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向，否则哪怕稍微歪一点，都会影响信号质量。移动通信如果用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。高频率的缺点覆盖同一个区域，需要的5G基站数量，将大大超过4G。5G基站宏基站微基站皮基站5G基站大功率方案小功率方案到了5G时代，微基站会更多，基站数量越多。那么多基站在身边，会不会对人体造成影响？恰恰相反，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？天线进化随着时间变化，我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也就跟着变短啦！毫米波通信，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的另一杀手锏——ＭassiveMIMO（大容量多天线技术MIMO：Multiple-InputMultiple-Output多天线发送接收）天线进化毫米波通信，不仅是终端天线也变成毫米，基站天线也变成毫米级，所以可以看到是阵列性质的天线排列。根据天线特性要求，多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。如果距离近了，就会互相干扰，影响信号的收发。以前的基站天线现在的天线阵列波速赋形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。。。基站也是一样，大量的能量和资源都浪费了。那么就需要波速赋形技术。波束赋形；在基站上布设天线阵列，通过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。D2D在目前的移动通信网络中，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DevicetoDevice（设备到设备）5G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，这样，就节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。端到端是不是可以不用付费了？如果你觉得这样就不用付钱，那你就图样图森破了。控制消息还是要从基站走的，你用着授权频谱资源，运营商爸爸怎么可能放过你。该交还是得交。后记•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。•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。