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看懂5G,这一篇就够了!

前言:

看完这篇推文,相信你会对5G建立起基本的认知。那么5G将会如何影响体育产业,又会如何把体育产业推进到新高度呢?请持续关注体博会公众号,我们将在后续推文为您带来原创解读!

稍微年长些的朋友可能还记得,在上世纪90年代初,一种俗称“大哥大”的手提电话在中国市场横空出世。

这种“重量级”的移动电话厚实、笨重,形如黑色砖头,除了打电话没别的功能。而且由于当时基站数量少、信号不稳定,打电话还得经常靠吼……

“什么?大声点听不见!”

这款在当年的中国售价可达2-5万元的“大哥大”,首次实现了移动电话的模拟语音通信,是第一代移动通信技术(1G)的标志。

那个年代有部大哥大

就相当于如今有豪车、手表、GUCCI包……

到了2G时代,语音通信数字化,手机可以发短信了。

《无间道》电影截图

3G时代实现了多媒体通信,手机生产厂家顺势把屏幕做得更大,方便用户看图。

当年彩信方式推送手机报曾经红极一时

没想到很快被4G的浪潮拍在了沙滩上

到了4G,也就是我们正处的这个时代,蜂窝移动流量速度已经不输一般WiFi,不仅能看图还能看视频,地铁上看球也没问题。

一切似乎已经很美好,那我们还有必要追求下一个时代吗?下一个5G的时代又会是怎样的?

毫米波、微基站、多天线、D2D……全世界都在拐弯抹角地说着不同的5G,却很少人清楚这些名词意味着什么。

本文就用中学水平就能读懂的文字,直白的告诉你:

5G是什么?

穿上5G鞋,走路更快了(误)

通信技术,无非就是分有线/无线。信息数据要么在实物里传播,要么在空气中传播。在有线介质里(光纤、电缆、网线等等)传播数据,速率可以达到很高的数值;而移动通信依赖的空中传输,当前最先进的4G LTE的理论速率也只有150Mbps。要知道,目前单条光纤的理论速率已经达到26Tbps,是无线传输的1.73亿倍……

所以,5G要实现高速率,重点是突破无线传输速率的瓶颈。

要解释清楚5G是如何实现高速率的,就要先讲明白无线通信的介质——电磁波(包括电波和光波)。

我们目前主要使用电波进行通信。电波的频率资源是有限的,为了避免撞车,人们为“电波高速公路”划分了车道,分配给不同领域使用。

是的,这个微波就是微波炉的微波

自移动通信科技诞生以来,我们主要用从中频到超高频的频段进行手机通信。目前全球主流的4G LTE技术标准,就处在特高频到超高频这个区间。随着移动通信技术从1G发展到5G,使用的电波频率是越来越高的。因为频率越高,可调用的频率资源就越丰富,能实现的传输速率就越快。

那么5G使用的频率是多少呢?目前国际上主要在试验28GHz。根据波长等于光速除以频率的公式,28GHz下的波长大约是10.7毫米,这就是所谓的“毫米波”,5G时代的一大特征。

为什么之前不用毫米波通信呢?来,我们复习一下人教版九年级《物理》知识点:

电磁波频率越高,波长越短,越趋近于直线传播。

频率越高,在传播介质中的衰减也就越大。

所以但凡家里想支一口大锅收看卫星电视,必须把锅瞄准卫星的方向,稍微歪一点都不行。

“山那边的朋友,你们好吗?”

移动通信如果用了高频段,那么它最大的问题,就是传输距离会大幅缩短,覆盖能力会大幅减弱。因此,覆盖同样大小的区域,需要的5G基站数量将远远超过4G时代。

基站数量上升意味着成本的大幅提高。据产业链消息透露,5G试商用阶段的单基站价格为50-60万元,部署成熟期的单基站价格也要30-40万元。如果以这样的成本铺开5G移动通信基站的建设,就算是“基建狂魔”的中国也吃不消啊。

因此,要想完成5G建设,必须寻找成本低的新方式缓解成本压力。

这个新方式就是微基站。

微基站是一个相对于宏基站的概念,个头小、覆盖面低,但是造价便宜,可以“寄生”在城市的任何角落。

智慧路灯概念图

未来的微基站将很可能加载在路灯上

这么多基站在身边,会不会对人体造成辐射呢?其实不会。想象一下,在我国北方冬天的室内取暖,如果屋里只有一个很大的炭火盆,是不是人们都得拼命往中间挤才够温暖?距离远的太冷(没信号),距离近的太热(功率过大),如果人手一个暖宝宝,就刚刚好。

第三个问题,我们来说说消失的天线

从早期的大哥大,再到后来的翻盖手机,手机天线都是重要的组成部分。到了智能触屏手机的时代,手机变得四四方方,再也没有突出的天线了。

手机不再需要天线了吗?还是要的,只是不用那么长而已。

上文提到,随着手机通信频率越来越高,波长变得越来越短,天线也就跟着变得越来越短。等到毫米波通信普及之后,适配5G的手机中的天线也将变成毫米级。

这样一来,天线不仅可以完全塞进手机里,而且可以一口气塞好多根……

这就是大规模多天线技术(Massive MIMO)。MIMO是Multiple-Input&Multiple-Output的缩写,中文译为“多进多出”,意即多根天线发送,多根天线接收。在4G LTE时代,移动通信已经有MIMO了,但天线数量不多,只能说是个初级形态。到了5G时代,天线数量大大增加。

以前的基站,天线根数数得过来。

5G时代,天线数量不再按“根”算了,而是按“阵”。

天线阵列概念图

3D打印5G天线阵列,是不是很炫酷

在基站上布设天线阵列,通过对射频信号相位的控制,可以把相互作用后的电磁波波瓣变得异常狭窄,就像把灯泡发射出的直线光束弄弯,这样就能按需指向需要服务的手机,并根据手机的移动转换方向。

这种空间复用技术,就叫做波束赋形。从全方向的信号覆盖过渡到精准的指向服务,在相同的空间内波束之间互不干扰,通信线路变得更多,也就极大地提升了基站的服务能力。

灯光只能是直的,网络信号却可以是弯的

在目前的移动通信网络中,即使是两个人面对面拨打手机,或者从微信上发个照片/表情包,信号都得先去最近的基站绕一圈,再到达对方的手机。

但在5G时代,这种情况就不一定了。这就是Device to Device(设备到设备),简称D2D。同一基站下的两个用户进行通信,数据将不再通过基站,而是直接从一台手机到另一台手机。

这样的方式,节省了大量的空中资源,也减轻了基站的压力。

不过,你要是觉得这样就不用付钱,那可就大错特错了。数据虽然是D2D,但是控制信号还是要过基站的。

有了5G时代毫秒级的低延迟,对速度和性能的“感知”才能真正成为现实,物联网的设想才有可能实现。物联网(Internet of Things)本质上是互联网的延伸,只不过终端不再是计算机(个人电脑PC或者服务器),而是嵌入式计算机系统及其配套的传感器,如可穿戴设备、环境监控设备、虚拟现实设备等等。只要有硬件或者产品连上网络,发生数据交互,就叫物联网。

从科技发展的潮流来看,将更多的电器设备连接进互联网,更容易被人操控,是一种必然,但这对无线通信速度有着很高的要求,只有在5G的未来才能实现。

深圳市物联网智能技术应用协会通过与各行业建立专业委员会的形式,致力于帮助企业打通生态链条,推动产业发展。深圳国际体育博览会也将积极促进物联网应用在体育产业率先落地,开创新的蓝海市场。

看到这里,相信你已经对5G有了基本认识了。那么5G将会如何影响体育产业,又会如何把体育产业推进到新高度呢?请持续关注体博会公众号,我们将在后续推文为您带来原创解读!

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