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(多天线技术)
09
微基站
这就是——波 束 赋 形
毫米波
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。
宏基站:
频率越低,网络建设就越省钱,竞争起来就越有利。
出路有哪些呢?
例如,高频的 γ 射线,具有很大的杀伤力,可以用来治疗肿瘤。
而空中传播这部分,才是移动通信的瓶颈所在。
这就是 5G 的第三大杀手锏——
如下图所示:
5G 的第五大特点——D2D,也就是 Device to Device(设备到设备)。
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,在可以预见的未来是基本不可能突破的。
MIMO 就是“多进多出”(Multiple-Input Multiple-Output),多根天线发送,多根天线接收。
目前主流的移动通信标准,是 4G LTE,理论速率只有 150Mbps(不包括载波聚合)。这个和有线是完全没办法相比的。
03
一个简单且神奇的公式
而在 5G 时代,这种情况就不一定了。
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)。
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。
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。如果距离近了,就会互相干扰,影响信号的收发。
以前的基站,天线就那么几根:
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?
07
目前全球主流的 4G LTE 技术标准,属于特高频和超高频。
我的回答是——不会。
覆盖同一个区域,需要的 5G 基站数量,将大大超过 4G。
应该不难理解吧?频率资源就像车厢,越高的频率,车厢越多,相同时间内能装载的信息就越多。
不偏题,回到电波先。
那么,5G 使用的频率具体是多少呢?
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。
好啦,今天就到这里吧。
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。
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。。。
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。
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,这个星球上有无数的人都在为之魂牵梦绕。
这也是为什么,5G 时代,运营商拼命怼设备商,希望基站降价。(如果真的上 5G,按以往的模式,设备商就发大财了。)
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 LiFi。
通信技术,无论什么黑科技白科技,归根到底,就分为两种——有线通信和无线通信。
有线?无线?
这样既节约了能量,也保证了要照亮的区域有足够的光。
且听我慢慢道来。
Massive MIMO
控制消息还是要从基站走的,你用着频谱资源,运营商怎么可能放过你。。。
06
这是为什么呢?
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。
答案是:可以。
今天的故事,从一个公式开始讲起。
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。
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。。。
大功率方案▼
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)。
到了 5G 时代,继续把 MIMO 技术发扬光大,现在变成了加强版的 Massive MIMO(Massive:大规模的,大量的)。
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!
以光纤为例,在实验室中,单条光纤最大速度已达到了26Tbps。。。是传统网线的两万六千倍。。。
不过,如果你觉得这样就不用付钱,那你就想多了。
其实,和传统认知恰好相反,事实上,基站数量越多,辐射反而越小!
原因很简单——不是不想用,是用不起。
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。。。
好了,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?”
11
我们能不能找到一只无形的手,把散开的光束缚起来呢?
02
继续,继续!
请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。
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的理解。而这一切,都只是源于一个小学生都能看懂的数学公式。不是吗?
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。
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,而且能根据手机的移动而转变方向。
解释一下,上面这个公式,这是物理学的基本公式,光速=波长×频率。
这个公式,就是它——
我们国家主要使用超高频:
05
请允许我再发一遍刚才那个频率对照表:
后记
你肯定会问,那么多基站在身边,会不会对人体造成影响?
在有线介质上传播数据,速率可以达到很高的数值。
微基站:
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。
这主要是因为,频率越高,能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富,能实现的传输速率就越高。
如果按 28GHz 来算,根据前文我们提到的公式:
别收我钱,行不行?
D2D
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,为什么现在我们的手机都没有天线了?
04
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。
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。
以后,到了 5G 时代,微基站会更多,到处都会装上,几乎随处可见。
毫米波通信,天线也变成毫米级。。。
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。
在 LTE 时代,我们就已经有 MIMO 了,但是天线数量并不算多,只能说是初级版的 MIMO。
电波属于电磁波的一种,它的频率资源是有限的。
其实,微基站现在就有不少,尤其是城区和室内,经常能看到。
请注意看最下面一行,是不是就是“毫米波”?
好神奇的波
大家都见过灯泡发光吧?
波束赋形
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正如一位高人所说——
首先,就是微基站。
天线去哪了?
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