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這麼多年 你知道你的手機是怎麼上網的嗎?

你現在正在看的這條視頻

將用掉你45MB流量

網速至少要150 KB/s

才能流暢播放

這些視頻數據將從服務器

送往離你最近的基站

也就是這個你經常在路上看到的鐵塔

它會調製這些數據

再通過天線發送電磁波信號

你手機的天線會收到這些數據

解調收到的信號

由基帶處理器轉為二進制數據

存入內存

CPU會將這些數據幀解碼

這條視頻就可以在你的手機上播放了

而你的手機使用的通信標準

就直接影響你的上網體驗

1979年日本 NTT部署了

第一個1G通信標準的網絡

1G網絡把人說話的聲波

疊加在無線電載波上

這種信號也被稱為模擬信號

只能用來打電話

那個時代的手機就是大哥大

90年代開始

通信技術進入2G時代

模擬信號被0和1組成的

數字信號取代

手機也可以上網了

很長一段時間

手機的網速只有每秒40 kb左右

用手機偷菜的時候只有文字

這是因為2G網絡的帶寬太小

這張圖中

我們用不同的顏色標註出

不同無線通信技術使用的頻段

無線通信必須在

規定好的頻段內進行

每個頻段佔用一段連續的電磁波譜

然後被分為多個信道

而帶寬指的是信道所允許的

最高頻率和最低頻率的差

就像管道越寬水流量越大一樣

根據香農-哈特利定律

帶寬越大,網速越快

GSM的帶寬只有200 kHz

而3G通信標準 WCDMA

則達到了5 MHz

相差25倍

你的網速從2G時代的40 kb/s

進化到了以 Mb為單位

而4G時代

帶寬被提升到20 MHz

配合更加高效的調製方案

提升頻譜效率

4G可以提供

100 Mbps以上的網速

網絡的進步和移動應用的發展

是互相推動的

智能手機的出現

促成了3G網絡2009年

在中國的大規模商用

而4G網絡則帶動了

近兩年來短視頻應用的增長

如今手機應用對網絡的性能

又提出了更高的要求

比如實現3D結構光視頻通信

將你的三維形象

傳輸到對方的屏幕上

就需要近1 Gbps的帶寬

而物聯網、自動駕駛等業務

還對網絡的容量和延遲

有很高的要求

5G網絡應運而生

首先為了實現最高

20 Gbps的網速

5G必然要進一步提高帶寬

到1 GHz以上

但是6 GHz以下沒有足夠的空餘

來安放帶寬如此龐大的頻段

因此5G網絡使用了波長在

1到10mm的高頻電磁波

也稱毫米波

那麼問題來了

毫米波雖然可以帶來更快的網速

但是短波的衍射能力很差

長距離的信號衰減也很嚴重

這時候我們就需要將電磁波的能量

更加集中地利用起來

直接發往接收方的方向

就像將一個普通的燈泡

換成手電筒一樣

為此5G引入了相控陣天線

來配合毫米波

與傳統的一根天線發射

另一根天線接受不同

相控陣天線上有多根天線

因此可以通過干涉

增強特定方向的信號

干涉指的是

兩列以上的波

在空間上產生疊加

形成新波的現象

電磁波也是一種波

天線陣列的每一根天線都可以

調節自己發射的電磁波的相位

在空間中形成干涉

實現波束成型

這樣不但提高了能量效率

還可以降低不同用戶之間

通信的相互干擾

允許單一基站接入海量的設備

提升基站容量

使物聯網真正成為可能

比起帶寬和容量

延遲可能是5G

真正讓人震撼的地方

單天線系統發射的電磁波

會因為建築物反射等原因

引起干涉進而導致信號衰落

這就需要交織編碼

來改善衰落導致的信號差錯

這一過程會產生

至少33ms的延遲

5G的相控陣天線

由於有多個天線組成陣列

可以大大減少由於

隨機的干涉產生的衰落

因而簡化交織編碼過程

將延遲降低到1ms

5G雖然帶來了巨大的性能提升

但射頻芯片、天線

和相關算法的升級

也大幅提升了研發難度

帶來諸如手機自干擾

毫米波球面覆蓋等技術問題

隨着5G的鋪開

手機也將出現更多顛覆性應用

雲遊戲讓大量數據

在雲端被計算

再傳輸回手機

用手機就能流暢體驗3A大作

3D全息影像等各類技術

也終於有機會真正落地

憑藉在3D領域的積累

在3D虛擬社交等領域進行探索

為用戶帶來身臨其境的感受

5G手機將成為萬物互聯的中樞

也許在不久以後

你也可以拿着下一代的手機

像 Sheldon一樣

宅在卧室里掌控全家的智能設備

身臨其境般和朋友互動

阿波羅網責任編輯:李華 來源:回形針PaperClip 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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