Qual a diferença entre 5G e 4G?

Qual a diferença entre 5G e 4G?

A história de hoje começa com uma fórmula.

É uma fórmula simples, mas mágica.É simples porque tem apenas três letras.E é incrível porque é uma fórmula que contém o mistério da tecnologia de comunicação.

A fórmula é:

Permita-me explicar a fórmula, que é a fórmula básica da física, a velocidade da luz = comprimento de onda * frequência.

Sobre a fórmula, você pode dizer: se é 1G, 2G, 3G ou 4G, 5G, tudo por conta própria.

Com fio?Sem fio?

Existem apenas dois tipos de tecnologias de comunicação – comunicação com fio e comunicação sem fio.

Se eu ligar para você, os dados da informação estão no ar (invisíveis e intangíveis) ou no material físico (visível e tangível).

Se for transmitido nos materiais físicos, é uma comunicação com fio.É usado fio de cobre, fibra óptica, etc., todos chamados de mídia com fio.

Quando os dados são transmitidos por mídia com fio, a taxa pode atingir valores muito altos.

Por exemplo, no laboratório, a velocidade máxima de uma única fibra atingiu 26Tbps;é vinte e seis mil vezes o cabo tradicional.

Fibra ótica

A comunicação aérea é o gargalo da comunicação móvel.

O atual padrão móvel convencional é 4G LTE, uma velocidade teórica de apenas 150 Mbps (excluindo a agregação de operadora).Isso não é nada comparado ao cabo.

Portanto,se o 5G é para alcançar uma alta velocidade de ponta a ponta, o ponto crítico é romper o gargalo sem fio.

Como todos sabemos, a comunicação sem fio é o uso de ondas eletromagnéticas para comunicação.Ondas eletrônicas e ondas de luz são ambas ondas eletromagnéticas.

Sua frequência determina a função de uma onda eletromagnética.Ondas eletromagnéticas de frequências diferentes têm características diferentes e, portanto, têm outros usos.

Por exemplo, raios gama de alta frequência têm letalidade significativa e podem ser usados ​​para tratar tumores.

Atualmente, usamos principalmente ondas elétricas para comunicação.claro, há o surgimento de comunicações ópticas, como LIFI.

LiFi (fidelidade de luz), comunicação de luz visível.

Vamos voltar às ondas de rádio primeiro.

A eletrônica pertence a um tipo de onda eletromagnética.Seus recursos de frequência são limitados.

Dividimos a frequência em diferentes partes e as atribuímos a vários objetos e usos para evitar interferências e conflitos.

O uso de ondas de rádio de diferentes frequências

Nós usamos principalmenteMF-SHFpara comunicação por telefone móvel.

Por exemplo, “GSM900” e “CDMA800” geralmente se referem a GSM operando a 900MHz e CDMA operando a 800MHz.

Atualmente, o principal padrão de tecnologia 4G LTE do mundo pertence a UHF e SHF.

A China usa principalmente SHF

Como você pode ver, com o desenvolvimento de 1G, 2G, 3G, 4G, a frequência de rádio usada está ficando cada vez maior.

Por que?

Isso ocorre principalmente porque quanto maior a frequência, mais recursos de frequência disponíveis.Quanto mais recursos de frequência estiverem disponíveis, maior será a taxa de transmissão.

Frequência mais alta significa mais recursos, o que significa velocidade mais rápida.

Então, o que o 5G usa nas frequências específicas?

Como mostrado abaixo:

A faixa de frequência do 5G é dividida em dois tipos: um abaixo de 6GHz, que não é muito diferente dos nossos atuais 2G, 3G, 4G, e outro, que é alto, acima de 24GHz.

Atualmente, 28 GHz é a banda de teste internacional líder (a banda de frequência também pode se tornar a primeira banda de frequência comercial para 5G)

Se calculado por 28GHz, de acordo com a fórmula que mencionamos acima:

Bem, esse é o primeiro recurso técnico do 5G

onda milimétrica

Permita-me mostrar a tabela de frequência novamente:

Por favor, preste atenção à linha de fundo.Isso é umonda milimétrica!

Bem, já que as altas frequências são tão boas, por que não usamos as altas antes?

A razão é simples:

–não é que você não queira usar.É que você não pode pagar.

As características notáveis ​​das ondas eletromagnéticas: quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda, mais próximo da propagação linear (pior a capacidade de difração).Quanto maior a frequência, maior a atenuação no meio.

Olhe para sua caneta laser (o comprimento de onda é de cerca de 635 nm).A luz emitida é direta.Se você bloqueá-lo, não poderá passar.

Em seguida, observe as comunicações por satélite e a navegação GPS (comprimento de onda de cerca de 1 cm).Se houver uma obstrução, não haverá sinal.

O grande pote do satélite deve ser calibrado para apontar o satélite na direção certa, ou mesmo um leve desalinhamento afetará a qualidade do sinal.

Se a comunicação móvel usa a banda de alta frequência, seu problema mais significativo é a distância de transmissão significativamente reduzida e a capacidade de cobertura é bastante reduzida.

Para cobrir a mesma área, o número de estações base 5G necessárias excederá significativamente o 4G.

O que significa o número de estações base?O dinheiro, o investimento e o custo.

Quanto menor a frequência, mais barata será a rede e mais competitiva ela será.É por isso que todas as operadoras têm lutado por bandas de baixa frequência.

Algumas bandas são até chamadas de bandas de frequência de ouro.

Portanto, com base nas razões acima, sob a premissa de alta frequência, para reduzir a pressão de custo da construção da rede, o 5G deve encontrar uma nova saída.

E quais são as saídas?

Primeiro, há a microestação base.

microestação base

Existem dois tipos de estações base, estações base micro e estações base macro.Veja o nome e a microestação base é minúscula;a estação base macro é enorme.

Estação base macro:

Para cobrir uma grande área.

Microestação base:

Muito pequeno.

Muitas microestações base agora, especialmente em áreas urbanas e internas, podem ser vistas com frequência.

No futuro, quando se trata de 5G, haverá muitos mais, e eles serão instalados em todos os lugares, quase em todos os lugares.

Você pode perguntar, haverá algum impacto no corpo humano se tantas estações base estiverem por perto?

Minha resposta é – não.

Quanto mais estações base houver, menos radiação haverá.

Pense bem, no inverno, numa casa com um grupo de pessoas, é melhor ter um aquecedor de alta potência ou vários aquecedores de baixa potência?

A pequena estação base, de baixa potência e adequada para todos.

Se apenas uma grande estação base, a radiação é significativa e muito longe, não há sinal.

Onde está a antena?

Você já reparou que os telefones celulares tinham uma antena longa no passado e os primeiros telefones celulares tinham antenas pequenas?Por que não temos antenas agora?

Bem, não é que não precisemos de antenas;é que nossas antenas estão ficando menores.

De acordo com as características da antena, o comprimento da antena deve ser proporcional ao comprimento de onda, aproximadamente entre 1/10 ~1/4

À medida que o tempo muda, a frequência de comunicação de nossos telefones celulares está aumentando, e o comprimento de onda está ficando cada vez mais curto, e a antena também ficará mais rápida.

Comunicação de ondas milimétricas, a antena também se torna milimétrica

Isso significa que a antena pode ser inserida inteiramente no celular e até em várias antenas.

Esta é a terceira chave do 5G

Massive MIMO (tecnologia multi-antena)

MIMO, que significa múltiplas entradas, múltiplas saídas.

Na era LTE, já temos MIMO, mas o número de antenas não é muito, e só podemos dizer que é a versão anterior do MIMO.

Na era 5G, a tecnologia MIMO se torna uma versão aprimorada do Massive MIMO.

Um telefone celular pode ser recheado com várias antenas, sem falar nas torres de celular.

Na estação base anterior, havia apenas algumas antenas.

Na era 5G, o número de antenas não é medido por peças, mas pelo conjunto de antenas “Array”.

No entanto, as antenas não devem estar muito próximas umas das outras.

Devido às características das antenas, um arranjo de múltiplas antenas requer que a distância entre as antenas seja mantida acima de meio comprimento de onda.Se eles se aproximarem muito, eles irão interferir um no outro e afetar a transmissão e recepção de sinais.

Quando a estação base transmite um sinal, é como uma lâmpada.

O sinal é emitido para o ambiente.Pois a luz, é claro, deve iluminar toda a sala.Se apenas para ilustrar uma determinada área ou objeto, a maior parte da luz é desperdiçada.

A estação base é a mesma;muita energia e recursos são desperdiçados.

Então, se podemos encontrar uma mão invisível para amarrar a luz espalhada?

Isso não apenas economiza energia, mas também garante que a área a ser iluminada tenha luz suficiente.

A resposta é sim.

Isso éBeamforming

Beamforming ou filtragem espacial é uma técnica de processamento de sinal usada em matrizes de sensores para transmissão ou recepção de sinal direcional.Isso é obtido pela combinação de elementos em um arranjo de antenas de modo que os sinais em determinados ângulos sofram interferência construtiva enquanto outros sofram interferência destrutiva.Beamforming pode ser usado nas extremidades de transmissão e recepção para alcançar a seletividade espacial.

Esta tecnologia de multiplexação espacial mudou de cobertura de sinal omnidirecional para serviços direcionais precisos, não interfere entre feixes no mesmo espaço para fornecer mais links de comunicação, melhora significativamente a capacidade de serviço da estação base.

Na rede móvel atual, mesmo que duas pessoas liguem uma para a outra, os sinais são retransmitidos por meio de estações base, incluindo sinais de controle e pacotes de dados.

Mas na era 5G, essa situação não é necessariamente o caso.

A quinta característica significativa do 5G —D2Dé dispositivo para dispositivo.

Na era 5G, se dois usuários na mesma estação base se comunicarem, seus dados não serão mais encaminhados pela estação base, mas diretamente para o celular.

Desta forma, economiza muitos recursos aéreos e reduz a pressão na estação base.

Mas, se você acha que não precisa pagar dessa forma, está enganado.

A mensagem de controle também precisa ir da estação base;você usa os recursos do espectro.Como os operadores puderam deixar você ir?

A tecnologia de comunicação não é misteriosa;como a joia da coroa da tecnologia de comunicação, o 5G não é uma tecnologia de revolução de inovação inalcançável;é mais a evolução da tecnologia de comunicação existente.

Como disse um especialista—

Os limites da tecnologia de comunicação não se limitam a limitações técnicas, mas a inferências baseadas em matemática rigorosa, impossíveis de quebrar rapidamente.

E como explorar ainda mais o potencial da comunicação dentro do escopo dos princípios científicos é a busca incansável de muitos profissionais da comunicação.