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
這些視頻數據將從伺服器
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
數碼訊號取代
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
但射頻晶片、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
宅在臥室里掌控全家的智能設備
身臨其境般和朋友互動