Ano ang pagkakaiba ng 5G at 4G?
Ang kwento ngayon ay nagsisimula sa isang pormula.
Ito ay isang simple ngunit mahiwagang formula.Simple lang dahil tatlo lang ang letra nito.At nakakamangha dahil isa itong formula na naglalaman ng misteryo ng teknolohiya ng komunikasyon.
Ang formula ay:
Pahintulutan akong ipaliwanag ang formula, na siyang pangunahing formula ng pisika, ang bilis ng liwanag = wavelength * frequency.
Tungkol sa formula, maaari mong sabihin: kung ito ay 1G, 2G, 3G, o 4G, 5G, lahat sa sarili nitong.
Naka-wire?Wireless?
Mayroon lamang dalawang uri ng mga teknolohiya ng komunikasyon – komunikasyong wire at komunikasyong wireless.
Kung tatawagan kita, ang data ng impormasyon ay nasa hangin (invisible at intangible) o ang pisikal na materyal (visible at tangible).
Kung ito ay ipinadala sa mga pisikal na materyales, ito ay wired na komunikasyon.Ito ay ginagamit na tansong kawad, optical fiber., atbp., Lahat ay tinutukoy bilang wired media.
Kapag ang data ay ipinadala sa wired media, ang rate ay maaaring umabot sa napakataas na halaga.
Halimbawa, sa laboratoryo, ang pinakamataas na bilis ng isang solong hibla ay umabot sa 26Tbps;ito ay dalawampu't anim na libong beses ng tradisyonal na cable.
Optical Fiber
Ang airborne communication ay ang bottleneck ng mobile na komunikasyon.
Ang kasalukuyang pangunahing pamantayan sa mobile ay 4G LTE, isang teoretikal na bilis na 150Mbps lamang (hindi kasama ang carrier aggregation).Ito ay ganap na wala kumpara sa cable.
Samakatuwid,kung ang 5G ay upang makamit ang isang high-speed end-to-end, ang kritikal na punto ay upang masira ang wireless bottleneck.
Tulad ng alam nating lahat, ang wireless na komunikasyon ay ang paggamit ng mga electromagnetic wave para sa komunikasyon.Ang mga electronic wave at light wave ay parehong electromagnetic wave.
Tinutukoy ng dalas nito ang paggana ng isang electromagnetic wave.Ang mga electromagnetic wave ng iba't ibang frequency ay may iba't ibang katangian at sa gayon ay may iba pang gamit.
Halimbawa, ang mga high-frequency na gamma ray ay may malaking pagkamatay at maaaring magamit upang gamutin ang mga tumor.
Sa kasalukuyan, pangunahing ginagamit namin ang mga electric wave para sa komunikasyon.siyempre, mayroong pagtaas ng mga optical na komunikasyon, tulad ng LIFI.
LiFi (light fidelity), nakikitang liwanag na komunikasyon.
Balik muna tayo sa radio waves.
Ang mga elektroniko ay nabibilang sa isang uri ng electromagnetic wave.Ang mga mapagkukunan ng dalas nito ay limitado.
Hinati namin ang frequency sa iba't ibang bahagi at itinalaga ang mga ito sa iba't ibang bagay at gamit para maiwasan ang interference at conflict.
| Pangalan ng banda | Pagpapaikli | Numero ng ITU Band | Dalas at Haba ng daluyong | Mga Halimbawang Gamit |
| Napakababang Dalas | ELF | 1 | 3-30Hz100,000-10,000km | Komunikasyon sa mga submarino |
| Napakababang Dalas | SLF | 2 | 30-300Hz10,000-1,000km | Komunikasyon sa mga submarino |
| Napakababang Dalas | ULF | 3 | 300-3,000Hz1,000-100km | Submarine Communication, Komunikasyon sa loob ng mga minahan |
| Napakababang Dalas | VLF | 4 | 3-30KHz100-10km | Navigation, time signal, submarine communication, wireless heart rate monitor, geophysics |
| Mababang Dalas | LF | 5 | 30-300KHz10-1km | Navigation, mga signal ng oras, AM Longwave broadcasting (Europe at Parts of Asia), RFID, amateur radio |
| Katamtamang Dalas | MF | 6 | 300-3,000KHz1,000-100m | AM (medium-wave) broadcast, amateur radio, avalanche beacon |
| Mataas na Dalas | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Mga shortwave broadcast, citizens band radio, amateur radio at over-the-horizon aviation communications, RFID, over-the-horizon radar, automatic link establishment (ALE) / near-vertical incidence skywave (NVIS) radio communications, marine at mobile radio telephony |
| Napakataas na dalas | VHF | 8 | 30-300MHz10-1m | FM, mga broadcast sa telebisyon, line-of-sight ground-to-aircraft at aircraft-to-aircraft communications, land mobile at maritime mobile communications, amateur radio, weather radio |
| Napakataas na dalas | UHF | 9 | 300-3,000MHz1-0.1m | Mga broadcast sa telebisyon, microwave oven, microwave device/komunikasyon, radio astronomy, mobile phone, wireless LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS at two-way na radyo gaya ng land mobile, FRS at GMRS radio, amateur radio, satellite radio, Remote control System, ADSB |
| Super High frequency | SHF | 10 | 3-30GHz100-10mm | Astronomy ng radyo, mga aparatong microwave/komunikasyon, wireless LAN, DSRC, karamihan sa mga modernong radar, mga satellite ng komunikasyon, pagsasahimpapawid ng cable at satellite sa telebisyon, DBS, amateur radio, satellite radio |
| Lubhang mataas na dalas | EHF | 11 | 30-300GHz10-1mm | Astronomy ng radyo, high-frequency na microwave radio relay, microwave remote sensing, amateur radio, directed-energy weapon, millimeter wave scanner, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o Napakataas na dalas | THz ng THF | 12 | 300-3,000GHz1-0.1mm | Pang-eksperimentong medikal na imaging para palitan ang X-ray, ultrafast molecular dynamics, condensed-matter physics, terahertz time-domain spectroscopy, terahertz computing/communications, remote sensing |
Ang paggamit ng mga radio wave ng iba't ibang frequency
Pangunahing ginagamit naminMF-SHFpara sa komunikasyon sa mobile phone.
Halimbawa, ang "GSM900" at "CDMA800" ay madalas na tumutukoy sa GSM na tumatakbo sa 900MHz at CDMA na tumatakbo sa 800MHz.
Sa kasalukuyan, ang pangunahing pamantayan ng teknolohiyang 4G LTE sa mundo ay kabilang sa UHF at SHF.
Pangunahing ginagamit ng China ang SHF
Tulad ng nakikita mo, sa pag-unlad ng 1G, 2G, 3G, 4G, ang dalas ng radyo na ginagamit ay tumataas at tumataas.
Bakit?
Ito ay higit sa lahat dahil mas mataas ang dalas, mas maraming magagamit na mapagkukunan ng dalas.Ang mas maraming mapagkukunan ng dalas ay magagamit, mas mataas ang rate ng paghahatid ay maaaring makamit.
Ang mas mataas na dalas ay nangangahulugan ng mas maraming mapagkukunan, na nangangahulugan ng mas mabilis na bilis.
Kaya, ano ang ginagamit ng 5 G sa mga partikular na frequency?
Gaya ng ipinapakita sa ibaba:
Ang frequency range ng 5G ay nahahati sa dalawang uri: ang isa ay mas mababa sa 6GHz, na hindi masyadong naiiba sa aming kasalukuyang 2G, 3G, 4G, at ang isa pa, na mataas, sa itaas ng 24GHz.
Sa kasalukuyan, ang 28GHz ang nangungunang international test band (ang frequency band ay maaari ding maging unang commercial frequency band para sa 5G)
Kung kinakalkula ng 28GHz, ayon sa formula na binanggit namin sa itaas:
Well, iyon ang unang teknikal na tampok ng 5G
Milimeter-alon
Pahintulutan akong ipakita muli ang talahanayan ng dalas:
| Pangalan ng banda | Pagpapaikli | Numero ng ITU Band | Dalas at Haba ng daluyong | Mga Halimbawang Gamit |
| Napakababang Dalas | ELF | 1 | 3-30Hz100,000-10,000km | Komunikasyon sa mga submarino |
| Napakababang Dalas | SLF | 2 | 30-300Hz10,000-1,000km | Komunikasyon sa mga submarino |
| Napakababang Dalas | ULF | 3 | 300-3,000Hz1,000-100km | Submarine Communication, Komunikasyon sa loob ng mga minahan |
| Napakababang Dalas | VLF | 4 | 3-30KHz100-10km | Navigation, time signal, submarine communication, wireless heart rate monitor, geophysics |
| Mababang Dalas | LF | 5 | 30-300KHz10-1km | Navigation, mga signal ng oras, AM Longwave broadcasting (Europe at Parts of Asia), RFID, amateur radio |
| Katamtamang Dalas | MF | 6 | 300-3,000KHz1,000-100m | AM (medium-wave) broadcast, amateur radio, avalanche beacon |
| Mataas na Dalas | HF | 7 | 3-30MHz100-10M | Mga shortwave broadcast, citizens band radio, amateur radio at over-the-horizon aviation communications, RFID, over-the-horizon radar, automatic link establishment (ALE) / near-vertical incidence skywave (NVIS) radio communications, marine at mobile radio telephony |
| Napakataas na dalas | VHF | 8 | 30-300MHz10-1m | FM, mga broadcast sa telebisyon, line-of-sight ground-to-aircraft at aircraft-to-aircraft communications, land mobile at maritime mobile communications, amateur radio, weather radio |
| Napakataas na dalas | UHF | 9 | 300-3,000MHz1-0.1m | Mga broadcast sa telebisyon, microwave oven, microwave device/komunikasyon, radio astronomy, mobile phone, wireless LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS at two-way na radyo gaya ng land mobile, FRS at GMRS radio, amateur radio, satellite radio, Remote control System, ADSB |
| Super High frequency | SHF | 10 | 3-30GHz100-10mm | Astronomy ng radyo, mga aparatong microwave/komunikasyon, wireless LAN, DSRC, karamihan sa mga modernong radar, mga satellite ng komunikasyon, pagsasahimpapawid ng cable at satellite sa telebisyon, DBS, amateur radio, satellite radio |
| Lubhang mataas na dalas | EHF | 11 | 30-300GHz10-1mm | Astronomy ng radyo, high-frequency na microwave radio relay, microwave remote sensing, amateur radio, directed-energy weapon, millimeter wave scanner, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz o Napakataas na dalas | THz ng THF | 12 | 300-3,000GHz1-0.1mm | Pang-eksperimentong medikal na imaging para palitan ang X-ray, ultrafast molecular dynamics, condensed-matter physics, terahertz time-domain spectroscopy, terahertz computing/communications, remote sensing |
Mangyaring bigyang-pansin ang ilalim na linya.Iyon ba ay amilimetro-alon!
Well, dahil napakaganda ng mga high frequency, bakit hindi namin ginamit ang high frequency noon?
Ang dahilan ay simple:
–hindi naman sa ayaw mong gamitin ito.Ito ay na hindi mo kayang bayaran ito.
Ang mga kahanga-hangang katangian ng electromagnetic waves: mas mataas ang frequency, mas maikli ang wavelength, mas malapit sa linear propagation (mas malala ang diffraction ability).Kung mas mataas ang frequency, mas malaki ang attenuation sa medium.
Tingnan ang iyong laser pen (ang haba ng daluyong ay halos 635nm).Tuwid ang ilaw na nailalabas.Kung haharangin mo ito, hindi ka makakalagpas.
Pagkatapos ay tingnan ang mga komunikasyon sa satellite at GPS navigation (ang haba ng daluyong ay humigit-kumulang 1cm).Kung may sagabal, walang signal.
Ang malaking palayok ng satellite ay dapat na naka-calibrate upang ituro ang satellite sa tamang direksyon, o kahit na isang bahagyang misalignment ay makakaapekto sa kalidad ng signal.
Kung ang mobile na komunikasyon ay gumagamit ng high-frequency band, ang pinakamahalagang problema nito ay ang makabuluhang pinaikling distansya ng transmission, at ang kakayahan sa coverage ay lubhang nababawasan.
Upang masakop ang parehong lugar, ang bilang ng mga 5G base station na kinakailangan ay higit na lalampas sa 4G.
Ano ang ibig sabihin ng bilang ng mga base station?Ang pera, puhunan, at ang gastos.
Kung mas mababa ang dalas, mas magiging mura ang network, at mas magiging mapagkumpitensya ito.Iyon ang dahilan kung bakit nahirapan ang lahat ng carrier para sa mga low-frequency na banda.
Ang ilang mga banda ay tinatawag pa nga - ang mga gintong frequency band.
Samakatuwid, batay sa mga dahilan sa itaas, sa ilalim ng premise ng mataas na dalas, upang mabawasan ang presyon ng gastos ng pagtatayo ng network, ang 5G ay dapat makahanap ng bagong paraan.
At ano ang mga paraan palabas?
Una, mayroong micro base station.
Micro base station
Mayroong dalawang uri ng base station, micro base station at macro base station.Tingnan ang pangalan, at ang micro base station ay maliit;ang macro base station ay napakalaki.
Macro base station:
Upang masakop ang isang malaking lugar.
Micro base station:
Napakaliit.
Maraming micro base stations ngayon, lalo na sa urban areas at indoor, madalas na makikita.
Sa hinaharap, pagdating sa 5G, marami pa, at mai-install ang mga ito kahit saan, halos kahit saan.
Maaari mong itanong, magkakaroon ba ng anumang epekto sa katawan ng tao kung napakaraming base station ang nasa paligid?
Ang sagot ko ay – hindi.
Kung mas maraming base station ang mayroon, mas kaunti ang radiation.
Isipin ito, sa taglamig, sa isang bahay na may grupo ng mga tao, mas mabuti bang magkaroon ng isang high-power heater o ilang low-power heaters?
Ang maliit na base station, mababang kapangyarihan at angkop para sa lahat.
Kung isang malaking base station lamang, ang radiation ay makabuluhan at masyadong malayo, walang signal.
Nasaan ang antenna?
Napansin mo ba na ang mga cell phone ay may mahabang antenna sa nakaraan, at ang mga unang mobile phone ay may maliliit na antenna?Bakit wala tayong antenna ngayon?
Buweno, hindi naman sa hindi natin kailangan ng mga antenna;ito ay ang aming mga antenna ay lumiliit.
Ayon sa mga katangian ng antenna, ang haba ng antena ay dapat na proporsyonal sa haba ng daluyong, humigit-kumulang sa pagitan ng 1/10 ~ 1/4
Habang nagbabago ang panahon, ang dalas ng komunikasyon ng ating mga mobile phone ay nagiging mas mataas, at ang wavelength ay nagiging mas maikli at mas maikli, at ang antenna ay magiging mas mabilis.
Milimeter-wave na komunikasyon, ang antenna ay nagiging millimeter-level
Nangangahulugan ito na ang antenna ay maaaring ipasok nang buo sa mobile phone at kahit na ilang mga antenna.
Ito ang pangatlong susi ng 5G
Napakalaking MIMO (Multi-antenna technology)
MIMO, na nangangahulugang maramihang-input, maramihang-output.
Sa panahon ng LTE, mayroon na tayong MIMO, ngunit ang bilang ng mga antenna ay hindi masyadong marami, at masasabi lamang na ito ay ang naunang bersyon ng MIMO.
Sa panahon ng 5G, ang teknolohiya ng MIMO ay naging isang pinahusay na bersyon ng Massive MIMO.
Ang isang cell phone ay maaaring lagyan ng maraming antenna, hindi banggitin ang mga cell tower.
Sa dating base station, kakaunti lang ang antenna.
Sa panahon ng 5G, ang bilang ng mga antenna ay hindi sinusukat sa pamamagitan ng mga piraso ngunit sa pamamagitan ng "Array" antenna array.
Gayunpaman, ang mga antenna ay hindi dapat masyadong magkalapit.
Dahil sa mga katangian ng mga antenna, ang isang multi-antenna array ay nangangailangan na ang distansya sa pagitan ng mga antenna ay dapat panatilihing higit sa kalahating haba ng daluyong.Kung sila ay masyadong malapit, sila ay makagambala sa isa't isa at makakaapekto sa paghahatid at pagtanggap ng mga signal.
Kapag ang base station ay nagpapadala ng signal, ito ay parang bombilya.
Ang signal ay ibinubuga sa paligid.Para sa liwanag, siyempre, ay upang maipaliwanag ang buong silid.Kung ilarawan lamang ang isang partikular na lugar o bagay, karamihan sa liwanag ay nasasayang.
Ang base station ay pareho;maraming enerhiya at mapagkukunan ang nasasayang.
Kaya, kung makakahanap ba tayo ng di-nakikitang kamay upang itali ang nakakalat na liwanag?
Ito ay hindi lamang nakakatipid ng enerhiya ngunit tinitiyak din na ang lugar na iilaw ay may sapat na liwanag.
Ang sagot ay oo.
Ito ayBeamforming
Ang beamforming o spatial na pag-filter ay isang pamamaraan sa pagpoproseso ng signal na ginagamit sa mga array ng sensor para sa pagpapadala o pagtanggap ng signal ng direksyon.Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga elemento sa isang antenna array upang ang mga signal sa mga partikular na anggulo ay makaranas ng nakabubuo na interference habang ang iba ay nakakaranas ng mapanirang interference.Maaaring gamitin ang beamforming sa parehong pagpapadala at pagtanggap ng mga dulo upang makamit ang spatial selectivity.
Ang spatial na teknolohiyang multiplexing na ito ay nagbago mula sa omnidirectional signal coverage hanggang sa tumpak na mga serbisyo ng direksyon, ay hindi makagambala sa pagitan ng mga beam sa parehong espasyo upang magbigay ng higit pang mga link sa komunikasyon, makabuluhang mapabuti ang kapasidad ng serbisyo ng base station.
Sa kasalukuyang mobile network, kahit na magkaharap ang dalawang tao, ipinapadala ang mga signal sa pamamagitan ng mga base station, kabilang ang mga control signal at data packet.
Ngunit sa panahon ng 5G, hindi naman ganoon ang sitwasyon.
Ang ikalimang makabuluhang tampok ng 5G —D2Day device to device.
Sa panahon ng 5G, kung ang dalawang user sa ilalim ng parehong base station ay nakikipag-usap sa isa't isa, ang kanilang data ay hindi na ipapasa sa pamamagitan ng base station ngunit direkta sa mobile phone.
Sa ganitong paraan, nakakatipid ito ng maraming mapagkukunan ng hangin at binabawasan ang presyon sa base station.
Ngunit, kung sa tingin mo ay hindi mo kailangang magbayad sa ganitong paraan, mali ka.
Ang control message ay kailangan ding pumunta mula sa base station;ginagamit mo ang spectrum resources.Paano ka pakakawalan ng mga Operator?
Ang teknolohiya ng komunikasyon ay hindi mahiwaga;bilang koronang hiyas ng teknolohiya ng komunikasyon, ang 5G ay hindi isang hindi maabot na teknolohiya ng rebolusyong pagbabago;ito ay higit na ebolusyon ng umiiral na teknolohiya ng komunikasyon.
Tulad ng sinabi ng isang eksperto—
Ang mga limitasyon ng teknolohiya ng komunikasyon ay hindi limitado sa mga teknikal na limitasyon ngunit mga hinuha batay sa mahigpit na matematika, na imposibleng masira kaagad.
At kung paano higit na tuklasin ang potensyal ng komunikasyon sa loob ng saklaw ng mga prinsipyong pang-agham ay ang walang humpay na pagtugis ng maraming tao sa industriya ng komunikasyon.
Oras ng post: Hun-02-2021