用一盆水講清為什么5G這么快

你可能看過這個(gè)畫面，一部5G手機(jī)運(yùn)行著一個(gè)網(wǎng)速測(cè)試連接成功的瞬間速度直接拉滿，指針?biāo)浪赖膲涸诒肀P的最大值。5G為什么能有這么快的速度？它比4G先進(jìn)在哪里？它憑什么是新一代的移動(dòng)通信技術(shù)？

要說清楚這些問題，我們需要一點(diǎn)水的幫助。為什么要來幫忙呢？大家都知道，無論是1G，3G還是5G，無線通信靠的是電磁波，但是通信用的電磁波人眼是看不見的，而水波就可以被輕松的觀察到。所以這個(gè)視頻開頭先通過水波給大家講講無線通信的基本原理。

要說明白這個(gè)只需要三個(gè)道具，一個(gè)可以擺動(dòng)的方片裝做手機(jī)，一個(gè)海洋球裝作****，一個(gè)充氣泳池裝水。

他們的通信過程是這樣的，壓動(dòng)海洋球也就是我們的****產(chǎn)生水波，波把信息傳遞給方片，那這個(gè)波是如何攜帶信息的呢？

舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，如果我們壓它時(shí)用力一點(diǎn)水波就會(huì)比較大，就可以推起來方片；而我們壓它時(shí)小心一點(diǎn)，水波就會(huì)比較小，就推不起來方片。如果我把推起來當(dāng)作1推不起來當(dāng)作0，那么我們就獲得了一個(gè)非常低效的無線通信系統(tǒng)。

比如我想發(fā)一個(gè)字母Y給手機(jī)，查表發(fā)現(xiàn)Y的ASCII碼是01011001，那我們只需要制造小大小大大小小大的水波就可以了。那么問題來了，在這種機(jī)制下，如果讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣雀炷?？很?jiǎn)單，你發(fā)波發(fā)的快點(diǎn)不就可以了嗎？這就是5G速度快最重要的原因。

我們每秒發(fā)波一次，那我們的頻率就是1HZ.4G的最大單載波帶寬是20M，也就是20乘10的六次方HZ。現(xiàn)在商用的5G頻譜帶寬可有100MHZ，移動(dòng)通信發(fā)展最明顯的趨勢(shì)就是頻譜不斷變寬，2G使頻譜只有200kHZ只能滿足語音和文字的傳遞，3G時(shí)頻譜擴(kuò)大到了5MHZ，讓移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)成為可能，4G 20MHZ就可以流暢播放視頻。而5G就可以支持AR等更需要網(wǎng)速的應(yīng)用落地了。

但是為了安放更大的頻段信號(hào)本身的頻率也會(huì)變高，這就帶來了一些問題，大家都知道電磁波的波長(zhǎng)乘以頻率等于光速，而光速是一個(gè)定值，頻率變高了，波長(zhǎng)就得變短，而波長(zhǎng)變短的話，路徑損耗會(huì)變大，信號(hào)的繞射能力也會(huì)降低，****的覆蓋面積就會(huì)變小。

那有什么辦法能改善5G的覆蓋呢？很簡(jiǎn)單，再建一個(gè)****就可以了。5G時(shí)代除了很大的宏****來保證信號(hào)的覆蓋，還有很多微型****來補(bǔ)充宏****的盲區(qū)，但是光建****肯定是不行的，所以下個(gè)技術(shù)就很重要了，也就是波束賦形。

還是在水里，現(xiàn)在這種模式下水波是全方位擴(kuò)散出去的，但是用戶只是一個(gè)點(diǎn)而已，這就意味著很大的資源都被浪費(fèi)掉了，有沒有什么辦法把信息定向的發(fā)送給用戶呢？還真有，根據(jù)高中物理，如果我們?cè)谝粋€(gè)波旁邊放一個(gè)一樣的波，那么這兩個(gè)波波峰相遇的地方會(huì)傳得更遠(yuǎn)，而波峰和波谷相遇的地方會(huì)抵消掉。

而當(dāng)天線足夠多時(shí)，我們就可以定向的發(fā)送電磁波給用戶，不只是單純的把它全方向擴(kuò)散出去。這么做覆蓋距離就更遠(yuǎn)，信號(hào)強(qiáng)度也更強(qiáng)。通過大規(guī)模天線還可以形成多個(gè)波束，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，大大提升效率。

除了這些，5G還可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)叫全雙工的技術(shù)。什么叫全雙工呢？

這里我們來兩個(gè)錐形瓶舉例，這兩個(gè)瓶子，一個(gè)代表終端，一個(gè)代表****，里面的水代表數(shù)據(jù)。終端可以收到****的信息，也可以將信息發(fā)往****，但是它并不能同時(shí)同頻發(fā)出并接收信息，因?yàn)樵谕活l段里會(huì)有嚴(yán)重的干擾。

所謂全雙工，就是上傳和下載可以同時(shí)同頻進(jìn)行。那么可以打電話不就是全雙工嗎?是這樣，現(xiàn)有的雙工技術(shù)有兩種，一種叫時(shí)分雙工，就是把時(shí)間分開，在這種模式中上傳和下載是在不同的時(shí)隙中進(jìn)行，只是這個(gè)時(shí)間分割得太短，感覺不出來而已。還有一種叫頻分雙工，在這種模式下，把已有的頻寬分開，分別用于上傳和下載。這兩種一種犧牲了時(shí)間的利用率，這種犧牲了頻譜的利用率，而在5G下就有可能實(shí)現(xiàn)真正的同時(shí)同頻全雙工。這些就是5G高速的主要原因。