Qual è la differenza tra 5G e 4G?
La storia di oggi inizia con una formula.
È una formula semplice ma magica.È semplice perché ha solo tre lettere.Ed è sorprendente perché è una formula che racchiude il mistero della tecnologia della comunicazione.
La formula è:
Permettetemi di spiegare la formula, che è la formula fisica di base, la velocità della luce = lunghezza d'onda * frequenza.
Riguardo alla formula, puoi dire: che si tratti di 1G, 2G, 3G o 4G, 5G, tutto da solo.
Cablato?Senza fili?
Esistono solo due tipi di tecnologie di comunicazione: la comunicazione cablata e la comunicazione wireless.
Se ti chiamo, i dati informativi sono o nell'aria (invisibili e intangibili) o nel materiale fisico (visibile e tangibile).
Se viene trasmesso sui materiali fisici, è una comunicazione cablata.Viene utilizzato filo di rame, fibra ottica, ecc., tutti indicati come supporti cablati.
Quando i dati vengono trasmessi su supporti cablati, la velocità può raggiungere valori molto elevati.
Ad esempio, in laboratorio, la velocità massima di una singola fibra ha raggiunto i 26 Tbps;è ventiseimila volte il cavo tradizionale.
Fibra ottica
La comunicazione aerea è il collo di bottiglia della comunicazione mobile.
L'attuale standard mobile mainstream è 4G LTE, una velocità teorica di soli 150 Mbps (esclusa l'aggregazione dell'operatore).Questo è assolutamente niente rispetto al cavo.
Perciò,se il 5G deve raggiungere un end-to-end ad alta velocità, il punto critico è superare il collo di bottiglia wireless.
Come tutti sappiamo, la comunicazione wireless è l'uso di onde elettromagnetiche per la comunicazione.Le onde elettroniche e le onde luminose sono entrambe onde elettromagnetiche.
La sua frequenza determina la funzione di un'onda elettromagnetica.Le onde elettromagnetiche di frequenze diverse hanno caratteristiche diverse e quindi hanno altri usi.
Ad esempio, i raggi gamma ad alta frequenza hanno una letalità significativa e possono essere usati per curare i tumori.
Attualmente utilizziamo principalmente le onde elettriche per la comunicazione.ovviamente, c'è l'ascesa delle comunicazioni ottiche, come LIFI.
LiFi (fedeltà della luce), comunicazione a luce visibile.
Torniamo prima alle onde radio.
L'elettronica appartiene a una specie di onda elettromagnetica.Le sue risorse di frequenza sono limitate.
Abbiamo diviso la frequenza in diverse parti e le abbiamo assegnate a vari oggetti e usi per evitare interferenze e conflitti.
| Nome della banda | Abbreviazione | Numero di banda ITU | Frequenza e lunghezza d'onda | Esempi di utilizzo |
| Frequenza estremamente bassa | ELFO | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Comunicazione con i sottomarini |
| Bassissima frequenza | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000 km | Comunicazione con i sottomarini |
| Frequenza ultra bassa | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicazione sottomarina, comunicazione all'interno delle miniere |
| Frequenza molto bassa | VLF | 4 | 3-30 KHz100-10 km | Navigazione, segnali orari, comunicazioni sottomarine, cardiofrequenzimetri wireless, geofisica |
| Bassa frequenza | LF | 5 | 30-300 KHz10-1 km | Navigazione, segnali orari, trasmissioni AM a onde lunghe (Europa e parti dell'Asia), RFID, radioamatori |
| Frequenza media | MF | 6 | 300-3.000 KHz1.000-100 m | Trasmissioni AM (onde medie), radioamatori, ARTVA |
| Alta frequenza | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Trasmissioni a onde corte, radio a banda cittadina, comunicazioni radio amatoriali e aeronautiche oltre l'orizzonte, RFID, radar oltre l'orizzonte, comunicazioni radio con creazione di collegamenti automatici (ALE) / onde del cielo a incidenza quasi verticale (NVIS), telefonia radio marina e mobile |
| Altissima frequenza | VHF | 8 | 30-300MHz10-1 m | FM, trasmissioni televisive, comunicazioni terra-aereo e aereo-aereo in linea di vista, comunicazioni mobili terrestri e marittime, radioamatori, radio meteorologiche |
| Altissima frequenza | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Trasmissioni televisive, forno a microonde, dispositivi/comunicazioni a microonde, radioastronomia, telefoni cellulari, LAN wireless, Bluetooth, ZigBee, GPS e radio ricetrasmittenti come radio mobili terrestri, FRS e GMRS, radio amatoriali, radio satellitari, sistemi di controllo remoto, ADSB |
| Altissima frequenza | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10 mm | Radioastronomia, dispositivi/comunicazioni a microonde, LAN wireless, DSRC, radar più moderni, satelliti per comunicazioni, trasmissioni televisive via cavo e via satellite, DBS, radioamatori, radio satellitari |
| Frequenza estremamente alta | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Radioastronomia, ripetitore radio a microonde ad alta frequenza, telerilevamento a microonde, radio amatoriale, arma a energia diretta, scanner a onde millimetriche, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o frequenza tremendamente alta | THz di THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imaging medico sperimentale per sostituire i raggi X, dinamica molecolare ultraveloce, fisica della materia condensata, spettroscopia nel dominio del tempo terahertz, calcolo/comunicazione terahertz, telerilevamento |
L'uso di onde radio di diverse frequenze
Utilizziamo principalmenteMF-SHFper la comunicazione con il cellulare.
Ad esempio, "GSM900" e "CDMA800" si riferiscono spesso a GSM che opera a 900 MHz e CDMA che funziona a 800 MHz.
Allo stato attuale, lo standard tecnologico 4G LTE mainstream al mondo appartiene a UHF e SHF.
La Cina utilizza principalmente SHF
Come puoi vedere, con lo sviluppo di 1G, 2G, 3G, 4G, la frequenza radio utilizzata sta diventando sempre più alta.
Perché?
Ciò è principalmente dovuto al fatto che maggiore è la frequenza, maggiori sono le risorse di frequenza disponibili.Più risorse di frequenza sono disponibili, maggiore è la velocità di trasmissione che può essere raggiunta.
Una frequenza più alta significa più risorse, il che significa maggiore velocità.
Quindi, cosa usa il 5G con le frequenze specifiche?
Come mostrato di seguito:
La gamma di frequenza del 5G è divisa in due tipi: uno è inferiore a 6 GHz, che non è troppo diverso dai nostri attuali 2G, 3G, 4G e l'altro, che è alto, superiore a 24 GHz.
Attualmente, 28 GHz è la principale banda di test internazionale (la banda di frequenza potrebbe anche diventare la prima banda di frequenza commerciale per il 5G)
Se calcolato da 28GHz, secondo la formula che abbiamo menzionato sopra:
Bene, questa è la prima caratteristica tecnica del 5G
Onde millimetriche
Consentitemi di mostrare nuovamente la tabella delle frequenze:
| Nome della banda | Abbreviazione | Numero di banda ITU | Frequenza e lunghezza d'onda | Esempi di utilizzo |
| Frequenza estremamente bassa | ELFO | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Comunicazione con i sottomarini |
| Bassissima frequenza | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000 km | Comunicazione con i sottomarini |
| Frequenza ultra bassa | ULF | 3 | 300-3.000 Hz1.000-100 km | Comunicazione sottomarina, comunicazione all'interno delle miniere |
| Frequenza molto bassa | VLF | 4 | 3-30 KHz100-10 km | Navigazione, segnali orari, comunicazioni sottomarine, cardiofrequenzimetri wireless, geofisica |
| Bassa frequenza | LF | 5 | 30-300 KHz10-1 km | Navigazione, segnali orari, trasmissioni AM a onde lunghe (Europa e parti dell'Asia), RFID, radioamatori |
| Frequenza media | MF | 6 | 300-3.000 KHz1.000-100 m | Trasmissioni AM (onde medie), radioamatori, ARTVA |
| Alta frequenza | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Trasmissioni a onde corte, radio a banda cittadina, comunicazioni radio amatoriali e aeronautiche oltre l'orizzonte, RFID, radar oltre l'orizzonte, comunicazioni radio con creazione di collegamenti automatici (ALE) / onde del cielo a incidenza quasi verticale (NVIS), telefonia radio marina e mobile |
| Altissima frequenza | VHF | 8 | 30-300MHz10-1 m | FM, trasmissioni televisive, comunicazioni terra-aereo e aereo-aereo in linea di vista, comunicazioni mobili terrestri e marittime, radioamatori, radio meteorologiche |
| Altissima frequenza | UHF | 9 | 300-3.000 MHz1-0,1 m | Trasmissioni televisive, forno a microonde, dispositivi/comunicazioni a microonde, radioastronomia, telefoni cellulari, LAN wireless, Bluetooth, ZigBee, GPS e radio ricetrasmittenti come radio mobili terrestri, FRS e GMRS, radio amatoriali, radio satellitari, sistemi di controllo remoto, ADSB |
| Altissima frequenza | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10 mm | Radioastronomia, dispositivi/comunicazioni a microonde, LAN wireless, DSRC, radar più moderni, satelliti per comunicazioni, trasmissioni televisive via cavo e via satellite, DBS, radioamatori, radio satellitari |
| Frequenza estremamente alta | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Radioastronomia, ripetitore radio a microonde ad alta frequenza, telerilevamento a microonde, radio amatoriale, arma a energia diretta, scanner a onde millimetriche, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o frequenza tremendamente alta | THz di THF | 12 | 300-3.000 GHz1-0,1 mm | Imaging medico sperimentale per sostituire i raggi X, dinamica molecolare ultraveloce, fisica della materia condensata, spettroscopia nel dominio del tempo terahertz, calcolo/comunicazione terahertz, telerilevamento |
Si prega di prestare attenzione alla linea di fondo.È quello unonde millimetriche!
Bene, dato che le alte frequenze sono così buone, perché non abbiamo usato l'alta frequenza prima?
Il motivo è semplice:
– non è che non vuoi usarlo.È che non te lo puoi permettere.
Le notevoli caratteristiche delle onde elettromagnetiche: maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza d'onda, più vicina alla propagazione lineare (peggiore è la capacità di diffrazione).Maggiore è la frequenza, maggiore è l'attenuazione nel mezzo.
Guarda la tua penna laser (la lunghezza d'onda è di circa 635 nm).La luce emessa è dritta.Se lo blocchi, non puoi farcela.
Quindi guarda le comunicazioni satellitari e la navigazione GPS (la lunghezza d'onda è di circa 1 cm).Se c'è un ostacolo, non ci sarà alcun segnale.
Il piatto grosso del satellite deve essere calibrato per puntare il satellite nella giusta direzione, altrimenti anche un leggero disallineamento influirà sulla qualità del segnale.
Se la comunicazione mobile utilizza la banda ad alta frequenza, il suo problema più significativo è la distanza di trasmissione significativamente ridotta e la capacità di copertura è notevolmente ridotta.
Per coprire la stessa area, il numero di stazioni base 5G necessarie supererà notevolmente il 4G.
Cosa significa il numero di stazioni base?I soldi, gli investimenti e il costo.
Più bassa è la frequenza, più economica sarà la rete e più competitiva sarà.Ecco perché tutti i vettori hanno lottato per le bande a bassa frequenza.
Alcune bande sono anche chiamate: le bande di frequenza d'oro.
Pertanto, sulla base delle ragioni di cui sopra, con la premessa dell'alta frequenza, per ridurre la pressione sui costi della costruzione della rete, il 5G deve trovare una nuova via d'uscita.
E quali sono le vie d'uscita?
Innanzitutto, c'è la micro stazione base.
Microstazione base
Esistono due tipi di stazioni base, micro stazioni base e macro stazioni base.Guarda il nome e la micro stazione base è minuscola;la stazione base macro è enorme.
Stazione base macro:
Per coprire una vasta area.
Microstazione base:
Molto piccolo.
Molte micro stazioni base ora, specialmente nelle aree urbane e al chiuso, sono spesso visibili.
In futuro, quando si parlerà di 5G, ce ne saranno molti di più, e saranno installati ovunque, quasi ovunque.
Potresti chiedere, ci sarà qualche impatto sul corpo umano se ci sono così tante stazioni base in giro?
La mia risposta è: no.
Più stazioni base ci sono, meno radiazioni ci sono.
Pensaci, in inverno, in una casa con un gruppo di persone, è meglio avere un riscaldatore ad alta potenza o più riscaldatori a bassa potenza?
La stazione base piccola, a bassa potenza e adatta a tutti.
Se solo una grande stazione base, la radiazione è significativa e troppo lontana, non c'è segnale.
Dov'è l'antenna?
Hai notato che in passato i telefoni cellulari avevano un'antenna lunga e che i primi telefoni cellulari avevano antenne piccole?Perché non abbiamo le antenne ora?
Beh, non è che non abbiamo bisogno di antenne;è che le nostre antenne stanno diventando più piccole.
Secondo le caratteristiche dell'antenna, la lunghezza dell'antenna dovrebbe essere proporzionale alla lunghezza d'onda, approssimativamente tra 1/10 ~ 1/4
Con il passare del tempo, la frequenza di comunicazione dei nostri telefoni cellulari sta aumentando e la lunghezza d'onda sta diventando sempre più corta e anche l'antenna diventerà più veloce.
Comunicazione a onde millimetriche, anche l'antenna diventa a livello millimetrico
Ciò significa che l'antenna può essere inserita interamente nel telefono cellulare e anche in diverse antenne.
Questa è la terza chiave del 5G
Massive MIMO (tecnologia multi-antenna)
MIMO, che significa input multipli, output multipli.
Nell'era LTE, abbiamo già MIMO, ma il numero di antenne non è eccessivo e si può solo dire che è la versione precedente di MIMO.
Nell'era del 5G, la tecnologia MIMO diventa una versione potenziata del Massive MIMO.
Un telefono cellulare può essere riempito con più antenne, per non parlare delle torri cellulari.
Nella stazione base precedente c'erano solo poche antenne.
Nell'era del 5G, il numero di antenne non è misurato in pezzi ma dall'array di antenne "Array".
Tuttavia, le antenne non dovrebbero essere troppo vicine tra loro.
A causa delle caratteristiche delle antenne, un array multi-antenna richiede che la distanza tra le antenne sia mantenuta al di sopra della metà della lunghezza d'onda.Se si avvicinano troppo, interferiranno tra loro e influenzeranno la trasmissione e la ricezione dei segnali.
Quando la stazione base trasmette un segnale, è come una lampadina.
Il segnale viene emesso nell'ambiente circostante.Perché la luce, ovviamente, deve illuminare l'intera stanza.Anche solo per illustrare una particolare area o oggetto, la maggior parte della luce viene sprecata.
La stazione base è la stessa;molte energie e risorse vengono sprecate.
Quindi, se possiamo trovare una mano invisibile per legare la luce diffusa?
Ciò non solo consente di risparmiare energia, ma garantisce anche che l'area da illuminare abbia luce sufficiente.
La risposta è si.
Questo èBeamforming
Il beamforming o il filtraggio spaziale è una tecnica di elaborazione del segnale utilizzata negli array di sensori per la trasmissione o la ricezione del segnale direzionale.Ciò si ottiene combinando elementi in un array di antenne in modo che i segnali a particolari angolazioni subiscano un'interferenza costruttiva mentre altri subiscano un'interferenza distruttiva.Il beamforming può essere utilizzato sia in trasmissione che in ricezione per ottenere la selettività spaziale.
Questa tecnologia di multiplexing spaziale è passata dalla copertura del segnale omnidirezionale a servizi direzionali precisi, non interferirà tra i raggi nello stesso spazio per fornire più collegamenti di comunicazione, migliorando significativamente la capacità del servizio della stazione base.
Nell'attuale rete mobile, anche se due persone si chiamano faccia a faccia, i segnali vengono ritrasmessi attraverso le stazioni base, compresi i segnali di controllo ei pacchetti di dati.
Ma nell'era del 5G, questa situazione non è necessariamente così.
La quinta caratteristica significativa del 5G:D2Dè da dispositivo a dispositivo.
Nell'era del 5G, se due utenti sotto la stessa stazione base comunicano tra loro, i loro dati non verranno più inoltrati attraverso la stazione base ma direttamente al telefono cellulare.
In questo modo risparmia molte risorse aeree e riduce la pressione sulla stazione base.
Ma se pensi di non dover pagare in questo modo, allora ti sbagli.
Anche il messaggio di controllo deve partire dalla stazione base;si utilizzano le risorse dello spettro.Come hanno potuto gli Operatori lasciarti andare?
La tecnologia della comunicazione non è misteriosa;in quanto gioiello della corona della tecnologia della comunicazione, il 5G non è una tecnologia di rivoluzione dell'innovazione irraggiungibile;è più l'evoluzione della tecnologia di comunicazione esistente.
Come ha detto un esperto—
I limiti della tecnologia della comunicazione non si limitano a limiti tecnici ma a inferenze basate su una matematica rigorosa, che è impossibile rompere in breve tempo.
E come esplorare ulteriormente il potenziale della comunicazione nell'ambito dei principi scientifici è l'instancabile ricerca di molte persone nel settore della comunicazione.
Tempo di pubblicazione: giu-02-2021