5G的基础知识实务

2019年是5G元年 这个开始了5G的建设各种声音都有，不管声音问题，今天聊聊技术的基础知识。

1、一个简单且神奇的公式（光速=波长×频率）

今天的话题，从一个公式开始讲起。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。

这个公式，就是它——这是物理学的基本公式，光速=波长×频率。

对于这个公式，可以这么说：无论是 1G、2G、3G，还是 4G、5G，万变不离其宗，全部都是在它身上做文章，没有跳出它的“五指山”。

2、有线？无线？

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。

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）。

如果是在实体物质上传播，就是有线通信，基本上就是用的铜线、光纤这些线缆，统称为有线介质。

而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在。

所以，5G 如果要实现端到端的高速率，重点是突破无线这部分的瓶颈。

3、好神奇的波（电磁波）

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。

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。

大家能看出来，随着 1G、2G、3G、4G 的发展，使用的电波频率是越来越高的。

这是为什么呢？

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。

更高的频率→更多的资源→更快的速度

那么，5G 使用的频率具体是多少呢？

5G 的频率范围，分为两种：一种是 6GHz 以下，这个和目前我们的2/3/4G 差别不算太大。还有一种，就很高了，在 24GHz 以上。

目前，国际上主要使用 28GHz 进行试验

4、毫米波

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。

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。

覆盖同一个区域，需要的 5G 基站数量，将大大超过 4G。基站数量意味着什么？钱啊！投资啊！成本啊！

所以，基于以上原因，在高频率的前提下，为了减轻网络建设方面的成本压力，5G 必须寻找新的出路。

出路有哪些呢？

首先，就是微基站。

5、微基站

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！

其实，微基站现在就有不少，尤其是城区和室内，经常能看到。

5G 时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。

6、天线去哪了？

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？

其实，我们并不是不需要天线，而是我们的天线变小了。

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。

随着时间变化，我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也就跟着变短啦！

毫米波通信，天线也变成毫米级。。。

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。。。

这就是 5G 的第三大杀手锏——

7、Ｍassive MIMO（多天线技术）

MIMO 就是“多进多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天线发送，多根天线接收。

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。

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）。

手机里面都能塞好多根天线，基站就更不用说了。

以前的基站，天线就那么几根：

5G 时代，天线数量不是按根来算了，是按“阵”。。。“天线阵列”。。

8、波束赋形

大家都见过灯泡发光吧？

其实，基站发射信号的时候，就有点像灯泡发光。

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。。。

基站也是一样，大量的能量和资源都浪费了。

我们能不能找到一只无形的手，把散开的光束缚起来呢？

这样既节约了能量，也保证了要照亮的区域有足够的光。

答案是：可以。

这就是——波 束 赋 形

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，而且能跟据手机的移动而转变方向。

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。

直的都能掰成弯的。。。还有什么是通信砖家干不出来的？

9、Ｄ２Ｄ

5G 的第五大特点——D2D，也就是 Device to Device（设备到设备）

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。。。

这样，就节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。