Wat is het verschil tussen 5G en 4G?
Het verhaal van vandaag begint met een formule.
Het is een simpele maar magische formule.Het is eenvoudig omdat het maar drie letters heeft.En het is verbazingwekkend omdat het een formule is die het mysterie van communicatietechnologie bevat.
De formule is:
Sta me toe de formule uit te leggen, wat de basisfysicaformule is, de lichtsnelheid = golflengte * frequentie.
Over de formule kun je zeggen: of het nu 1G, 2G, 3G of 4G, 5G is, alles op zich.
Bedrade?Draadloze?
Er zijn slechts twee soorten communicatietechnologieën: draadcommunicatie en draadloze communicatie.
Als ik je bel, zijn de informatiegegevens ofwel in de lucht (onzichtbaar en ontastbaar) of het fysieke materiaal (zichtbaar en tastbaar).
Als het wordt verzonden op de fysieke materialen, is het bedrade communicatie.Er wordt gebruik gemaakt van koperdraad, optische vezels, enz., allemaal bekabelde media genoemd.
Wanneer gegevens via bekabelde media worden verzonden, kan de snelheid zeer hoge waarden bereiken.
In het laboratorium heeft de maximale snelheid van een enkele vezel bijvoorbeeld 26 Tbps bereikt;het is zesentwintigduizend keer traditionele kabel.
Glasvezel
Communicatie via de lucht is de bottleneck van mobiele communicatie.
De huidige reguliere mobiele standaard is 4G LTE, een theoretische snelheid van slechts 150 Mbps (exclusief carrier-aggregatie).Dit is helemaal niets vergeleken met kabel.
Daarom,als 5G end-to-end met hoge snelheid moet worden bereikt, is het kritieke punt het doorbreken van het draadloze knelpunt.
Zoals we allemaal weten, is draadloze communicatie het gebruik van elektromagnetische golven voor communicatie.Elektronische golven en lichtgolven zijn beide elektromagnetische golven.
De frequentie bepaalt de functie van een elektromagnetische golf.Elektromagnetische golven met verschillende frequenties hebben verschillende kenmerken en hebben dus andere toepassingen.
Hoogfrequente gammastralen hebben bijvoorbeeld een aanzienlijke dodelijkheid en kunnen worden gebruikt om tumoren te behandelen.
Momenteel gebruiken we vooral elektrische golven voor communicatie.natuurlijk is er de opkomst van optische communicatie, zoals LIFI.
LiFi (light fidelity), communicatie met zichtbaar licht.
Laten we eerst teruggaan naar radiogolven.
Elektronica behoort tot een soort elektromagnetische golf.De frequentiebronnen zijn beperkt.
We hebben de frequentie in verschillende delen verdeeld en toegewezen aan verschillende objecten en gebruiken om interferentie en conflicten te voorkomen.
| Band naam | Afkorting | ITU-bandnummer | Frequentie en golflengte | Voorbeeld toepassingen |
| Extreem lage frequentie | ELF | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Communicatie met onderzeeërs |
| Super lage frequentie | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000km | Communicatie met onderzeeërs |
| Ultra lage frequentie | ULF | 3 | 300-3000 Hz1.000-100 km | Onderzeese communicatie, communicatie binnen mijnen |
| Zeer lage frequentie | VLF | 4 | 3-30 KHz100-10 km | Navigatie, tijdsignalen, onderzeese communicatie, draadloze hartslagmeters, geofysica |
| Lage frequentie | LF | 5 | 30-300 kHz10-1km | Navigatie, tijdsignalen, AM Longwave-uitzendingen (Europa en delen van Azië), RFID, amateurradio |
| Gemiddelde frequentie | MF | 6 | 300-3.000 KHz1.000-100 meter | AM-uitzendingen (middengolf), amateurradio, lawinebakens |
| Hoge frequentie | HF | 7 | 3-30 MHz100-10M | Kortegolfuitzendingen, burgerbandradio, amateurradio en over-the-horizon luchtvaartcommunicatie, RFID, over-the-horizon radar, automatische verbindingsinstelling (ALE) / near-vertical incident skywave (NVIS) radiocommunicatie, mariene en mobiele radiotelefonie |
| Hele hoge frequentie | VHF | 8 | 30-300 MHz10-1m | FM, televisie-uitzendingen, gezichtslijn van grond naar vliegtuig en vliegtuig naar vliegtuig communicatie, landmobiele en maritieme mobiele communicatie, amateurradio, weerradio |
| Ultra hoge frequentie | UHF | 9 | 300-3000 MHz1-0.1m | Televisie-uitzendingen, magnetronoven, microgolfapparaten/communicatie, radioastronomie, mobiele telefoons, draadloos LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS en tweewegradio's zoals landmobiele, FRS- en GMRS-radio's, amateurradio, satellietradio, afstandsbedieningssystemen, ADSB |
| Superhoge frequentie | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10mm | Radioastronomie, microgolfapparaten/communicatie, draadloos LAN, DSRC, de meeste moderne radars, communicatiesatellieten, kabel- en satelliettelevisie-uitzendingen, DBS, amateurradio, satellietradio |
| Extreem hoge frequentie | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Radioastronomie , hoogfrequente microgolfradiorelais , microgolfteledetectie , amateurradio , wapen met gerichte energie , millimetergolfscanner , Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz of Enorm hoge frequentie | THz van THF | 12 | 300-3000 GHz1-0,1 mm | Experimentele medische beeldvorming ter vervanging van röntgenstralen, ultrasnelle moleculaire dynamica, fysica van gecondenseerde materie, terahertz tijddomeinspectroscopie, terahertz computing/communicatie, teledetectie |
Het gebruik van radiogolven van verschillende frequenties
Wij gebruiken voornamelijkMF-SHFvoor mobiele telefooncommunicatie.
"GSM900" en "CDMA800" verwijzen bijvoorbeeld vaak naar GSM op 900 MHz en CDMA op 800 MHz.
Op dit moment behoort 's werelds reguliere 4G LTE-technologiestandaard tot UHF en SHF.
China gebruikt voornamelijk SHF
Zoals u kunt zien, wordt met de ontwikkeling van 1G, 2G, 3G, 4G de gebruikte radiofrequentie steeds hoger.
Waarom?
Dit komt vooral omdat hoe hoger de frequentie, hoe meer frequentiebronnen beschikbaar zijn.Hoe meer frequentiebronnen beschikbaar zijn, hoe hoger de transmissiesnelheid kan worden bereikt.
Hogere frequentie betekent meer bronnen, wat een hogere snelheid betekent.
Dus, wat gebruikt 5G de specifieke frequenties?
Zoals hieronder getoond:
Het frequentiebereik van 5G is verdeeld in twee typen: de ene is lager dan 6 GHz, wat niet veel verschilt van onze huidige 2G, 3G, 4G, en de andere, die hoog is, boven de 24 GHz.
Momenteel is 28GHz de toonaangevende internationale testband (de frequentieband kan ook de eerste commerciële frequentieband voor 5G worden)
Indien berekend door 28GHz, volgens de formule die we hierboven noemden:
Nou, dat is het eerste technische kenmerk van 5G
Millimetergolf
Sta me toe de frequentietabel nog eens te laten zien:
| Band naam | Afkorting | ITU-bandnummer | Frequentie en golflengte | Voorbeeld toepassingen |
| Extreem lage frequentie | ELF | 1 | 3-30Hz100.000-10.000 km | Communicatie met onderzeeërs |
| Super lage frequentie | SLF | 2 | 30-300Hz10.000-1.000km | Communicatie met onderzeeërs |
| Ultra lage frequentie | ULF | 3 | 300-3000 Hz1.000-100 km | Onderzeese communicatie, communicatie binnen mijnen |
| Zeer lage frequentie | VLF | 4 | 3-30 KHz100-10 km | Navigatie, tijdsignalen, onderzeese communicatie, draadloze hartslagmeters, geofysica |
| Lage frequentie | LF | 5 | 30-300 kHz10-1km | Navigatie, tijdsignalen, AM Longwave-uitzendingen (Europa en delen van Azië), RFID, amateurradio |
| Gemiddelde frequentie | MF | 6 | 300-3.000 KHz1.000-100 meter | AM-uitzendingen (middengolf), amateurradio, lawinebakens |
| Hoge frequentie | HF | 7 | 3-30 MHz100-10M | Kortegolfuitzendingen, burgerbandradio, amateurradio en over-the-horizon luchtvaartcommunicatie, RFID, over-the-horizon radar, automatische verbindingsinstelling (ALE) / near-vertical incident skywave (NVIS) radiocommunicatie, mariene en mobiele radiotelefonie |
| Hele hoge frequentie | VHF | 8 | 30-300 MHz10-1m | FM, televisie-uitzendingen, gezichtslijn van grond naar vliegtuig en vliegtuig naar vliegtuig communicatie, landmobiele en maritieme mobiele communicatie, amateurradio, weerradio |
| Ultra hoge frequentie | UHF | 9 | 300-3000 MHz1-0.1m | Televisie-uitzendingen, magnetronoven, microgolfapparaten/communicatie, radioastronomie, mobiele telefoons, draadloos LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS en tweewegradio's zoals landmobiele, FRS- en GMRS-radio's, amateurradio, satellietradio, afstandsbedieningssystemen, ADSB |
| Superhoge frequentie | SHF | 10 | 3-30 GHz100-10mm | Radioastronomie, microgolfapparaten/communicatie, draadloos LAN, DSRC, de meeste moderne radars, communicatiesatellieten, kabel- en satelliettelevisie-uitzendingen, DBS, amateurradio, satellietradio |
| Extreem hoge frequentie | EHF | 11 | 30-300 GHz10-1 mm | Radioastronomie , hoogfrequente microgolfradiorelais , microgolfteledetectie , amateurradio , wapen met gerichte energie , millimetergolfscanner , Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz of Enorm hoge frequentie | THz van THF | 12 | 300-3000 GHz1-0,1 mm | Experimentele medische beeldvorming ter vervanging van röntgenstralen, ultrasnelle moleculaire dynamica, fysica van gecondenseerde materie, terahertz tijddomeinspectroscopie, terahertz computing/communicatie, teledetectie |
Let op de bottom line.Is dat eenmillimetergolf!
Nou, aangezien hoge frequenties zo goed zijn, waarom gebruikten we dan niet eerder hoge frequenties?
De reden is simpel:
– het is niet dat je het niet wilt gebruiken.Het is dat je het niet kunt betalen.
De opmerkelijke kenmerken van elektromagnetische golven: hoe hoger de frequentie, hoe korter de golflengte, hoe dichter bij de lineaire voortplanting (hoe slechter het diffractievermogen).Hoe hoger de frequentie, hoe groter de demping in het medium.
Kijk naar je laserpen (golflengte is ongeveer 635nm).Het uitgestraalde licht is recht.Als je het blokkeert, kom je er niet doorheen.
Kijk dan naar satellietcommunicatie en GPS-navigatie (golflengte is ongeveer 1 cm).Als er een obstructie is, is er geen signaal.
De grote potmeter van de satelliet moet worden gekalibreerd om de satelliet in de juiste richting te wijzen, anders zal zelfs een kleine foutieve uitlijning de signaalkwaliteit beïnvloeden.
Als mobiele communicatie de hoogfrequente band gebruikt, is het belangrijkste probleem de aanzienlijk kortere transmissieafstand en wordt de dekkingscapaciteit aanzienlijk verminderd.
Om hetzelfde gebied te bestrijken, zal het aantal benodigde 5G-basisstations aanzienlijk hoger zijn dan 4G.
Wat betekent het aantal basisstations?Het geld, de investering en de kosten.
Hoe lager de frequentie, hoe goedkoper het netwerk zal zijn en hoe competitiever het zal zijn.Dat is de reden waarom alle dragers hebben gestreden voor laagfrequente banden.
Sommige banden worden zelfs de gouden frequentiebanden genoemd.
Daarom moet 5G, op basis van de bovenstaande redenen, onder het uitgangspunt van hoge frequentie, om de kostendruk van netwerkconstructie te verminderen, een nieuwe uitweg vinden.
En wat zijn de uitwegen?
Ten eerste is er het micro-basisstation.
Micro-basisstation
Er zijn twee soorten basisstations, microbasisstations en macrobasisstations.Kijk naar de naam en het microbasisstation is klein;het macrobasisstation is enorm.
Macro-basisstation:
Om een groot gebied te bestrijken.
Micro-basisstation:
Heel klein.
Veel micro-basisstations zijn nu vaak te zien, vooral in stedelijke gebieden en binnenshuis.
In de toekomst, als het om 5G gaat, zullen er nog veel meer zijn, en ze zullen overal, bijna overal worden geïnstalleerd.
U vraagt zich misschien af: zal er enige invloed zijn op het menselijk lichaam als er zoveel basisstations in de buurt zijn?
Mijn antwoord is - nee.
Hoe meer basisstations er zijn, hoe minder straling er is.
Denk er eens over na, in de winter, in een huis met een groep mensen, is het beter om één krachtige verwarming te hebben of meerdere verwarmingen met laag vermogen?
Het kleine basisstation, laag vermogen en geschikt voor iedereen.
Als alleen een groot basisstation de straling aanzienlijk is en te ver weg, is er geen signaal.
Waar is de antenne?
Is het je opgevallen dat mobiele telefoons in het verleden een lange antenne hadden en vroege mobiele telefoons kleine antennes?Waarom hebben we nu geen antennes?
Nou, het is niet zo dat we geen antennes nodig hebben;het is dat onze antennes kleiner worden.
Volgens de kenmerken van de antenne moet de lengte van de antenne evenredig zijn met de golflengte, ongeveer tussen 1/10 ~ 1/4
Naarmate de tijd verandert, wordt de communicatiefrequentie van onze mobiele telefoons steeds hoger en wordt de golflengte steeds korter en wordt de antenne ook sneller.
Millimetergolfcommunicatie, de antenne wordt ook millimeterniveau
Dit betekent dat de antenne volledig in de mobiele telefoon kan worden gestoken en zelfs meerdere antennes.
Dit is de derde sleutel van 5G
Massive MIMO (Multi-antennetechnologie)
MIMO, wat meerdere invoer, meerdere uitvoer betekent.
In het LTE-tijdperk hebben we al MIMO, maar het aantal antennes is niet te veel, en er kan alleen maar worden gezegd dat dit de eerdere versie van MIMO is.
In het 5G-tijdperk wordt MIMO-technologie een verbeterde versie van Massive MIMO.
Een mobiele telefoon kan worden gevuld met meerdere antennes, om nog maar te zwijgen van zendmasten.
In het vorige basisstation waren er maar een paar antennes.
In het 5G-tijdperk wordt het aantal antennes niet gemeten in stukjes, maar in de “Array” antenne-array.
De antennes mogen echter niet te dicht bij elkaar staan.
Vanwege de kenmerken van antennes vereist een array met meerdere antennes dat de afstand tussen de antennes groter is dan de halve golflengte.Als ze te dichtbij komen, gaan ze elkaar storen en beïnvloeden ze de verzending en ontvangst van signalen.
Wanneer het basisstation een signaal uitzendt, is het als een gloeilamp.
Het signaal wordt uitgezonden naar de omgeving.Want licht is natuurlijk om de hele kamer te verlichten.Al was het maar om een bepaald gebied of object te illustreren, het meeste licht wordt verspild.
Het basisstation is hetzelfde;veel energie en grondstoffen worden verspild.
Dus, als we een onzichtbare hand kunnen vinden om het verstrooide licht vast te binden?
Dit bespaart niet alleen energie, maar zorgt er ook voor dat de te verlichten ruimte voldoende licht heeft.
Het antwoord is ja.
Dit isStraalvorming
Beamforming of ruimtelijke filtering is een signaalverwerkingstechniek die wordt gebruikt in sensorarrays voor gerichte signaaloverdracht of -ontvangst.Dit wordt bereikt door elementen in een antenne-array te combineren, zodat signalen onder bepaalde hoeken constructieve interferentie ervaren, terwijl andere destructieve interferentie ervaren.Beamforming kan worden gebruikt aan zowel de zend- als de ontvangstzijde om ruimtelijke selectiviteit te bereiken.
Deze ruimtelijke multiplextechnologie is veranderd van omnidirectionele signaaldekking naar nauwkeurige directionele diensten, interfereert niet tussen stralen in dezelfde ruimte om meer communicatieverbindingen te bieden, waardoor de servicecapaciteit van het basisstation aanzienlijk wordt verbeterd.
In het huidige mobiele netwerk, zelfs als twee mensen elkaar face-to-face bellen, worden de signalen doorgegeven via basisstations, inclusief besturingssignalen en datapakketten.
Maar in het 5G-tijdperk is deze situatie niet noodzakelijkerwijs het geval.
Het vijfde belangrijke kenmerk van 5G —D2Dis apparaat naar apparaat.
Als in het 5G-tijdperk twee gebruikers onder hetzelfde basisstation met elkaar communiceren, worden hun gegevens niet meer via het basisstation doorgestuurd, maar rechtstreeks naar de mobiele telefoon.
Op deze manier bespaart het veel luchtbronnen en vermindert het de druk op het basisstation.
Maar als je denkt dat je op deze manier niet hoeft te betalen, dan heb je het mis.
Het besturingsbericht moet ook van het basisstation komen;u gebruikt de spectrumbronnen.Hoe konden de operators je laten gaan?
Communicatietechnologie is niet mysterieus;als het kroonjuweel van communicatietechnologie is 5G geen onbereikbare technologie voor innovatierevolutie;het is meer de evolutie van bestaande communicatietechnologie.
Zoals een expert zei:
De grenzen van communicatietechnologie zijn niet beperkt tot technische beperkingen, maar gevolgtrekkingen op basis van rigoureuze wiskunde, die onmogelijk binnenkort kan worden doorbroken.
En hoe het potentieel van communicatie binnen het kader van wetenschappelijke principes verder kan worden onderzocht, is de onvermoeibare zoektocht van veel mensen in de communicatie-industrie.
Posttijd: 02-jun-2021