5G กับ 4G ต่างกันอย่างไร?

5G กับ 4G ต่างกันอย่างไร?

เรื่องราวของวันนี้เริ่มต้นด้วยสูตร

มันเป็นสูตรที่เรียบง่าย แต่มีมนต์ขลังมันง่ายเพราะมีเพียงสามตัวอักษรและที่น่าทึ่งเพราะเป็นสูตรที่มีความลึกลับของเทคโนโลยีการสื่อสาร

สูตรคือ:

ผมขออธิบายสูตรที่เป็นสูตรพื้นฐานทางฟิสิกส์ ความเร็วแสง = ความยาวคลื่น * ความถี่

คุณสามารถพูดเกี่ยวกับสูตรว่า: ไม่ว่าจะเป็น 1G, 2G, 3G หรือ 4G, 5G ทั้งหมดด้วยตัวของมันเอง

สาย?ไร้สาย?

เทคโนโลยีการสื่อสารมีเพียงสองประเภทเท่านั้น - การสื่อสารผ่านสายและการสื่อสารไร้สาย

ถ้าฉันโทรหาคุณ ข้อมูลที่อยู่ในอากาศ (มองไม่เห็นและไม่มีตัวตน) หรือวัสดุทางกายภาพ (มองเห็นและจับต้องได้)

ถ้ามันถูกส่งผ่านวัสดุทางกายภาพ มันคือการสื่อสารแบบมีสายมีการใช้ลวดทองแดง ใยแก้วนำแสง ฯลฯ ทั้งหมดเรียกว่าสื่อแบบมีสาย

เมื่อข้อมูลถูกส่งผ่านสื่อแบบใช้สาย อัตรานี้สามารถเข้าถึงค่าที่สูงมากได้

ตัวอย่างเช่น ในห้องปฏิบัติการ ความเร็วสูงสุดของเส้นใยเดี่ยวสูงถึง 26Tbps;เป็นสองหมื่นหกพันเท่าของสายเคเบิลแบบดั้งเดิม

ใยแก้วนำแสง

การสื่อสารทางอากาศเป็นคอขวดของการสื่อสารเคลื่อนที่

มาตรฐานมือถือกระแสหลักในปัจจุบันคือ 4G LTE ซึ่งมีความเร็วตามทฤษฎีเพียง 150Mbps (ไม่รวมการรวมผู้ให้บริการ)ไม่มีอะไรเทียบได้กับสายเคเบิล

ดังนั้น,หากต้องการให้ 5G บรรลุความเร็วสูงแบบ end-to-end จุดสำคัญคือการฝ่าฟันคอขวดของเครือข่ายไร้สาย

อย่างที่เราทราบกันดีว่าการสื่อสารแบบไร้สายคือการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการสื่อสารคลื่นอิเล็กทรอนิกส์และคลื่นแสงต่างก็เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความถี่กำหนดการทำงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่างกันมีลักษณะเฉพาะต่างกัน จึงมีประโยชน์อื่นๆ

ตัวอย่างเช่น รังสีแกมมาความถี่สูงมีผลทำให้เสียชีวิตได้อย่างมีนัยสำคัญและสามารถใช้รักษาเนื้องอกได้

ปัจจุบันเราใช้คลื่นไฟฟ้าในการสื่อสารเป็นหลักแน่นอนว่ามีการสื่อสารด้วยแสงเช่น LIFI เพิ่มขึ้น

LiFi (ความเที่ยงตรงของแสง) การสื่อสารด้วยแสงที่มองเห็นได้

กลับมาที่คลื่นวิทยุกันก่อน

อิเล็กทรอนิกส์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งทรัพยากรความถี่มีจำกัด

เราแบ่งความถี่ออกเป็นส่วนต่างๆ และกำหนดให้กับวัตถุต่างๆ และใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนและความขัดแย้ง

การใช้คลื่นวิทยุความถี่ต่างๆ

เราใช้เป็นหลักMF-SHFสำหรับการสื่อสารทางโทรศัพท์มือถือ

ตัวอย่างเช่น “GSM900” และ “CDMA800” มักจะอ้างถึง GSM ที่ทำงานที่ 900MHz และ CDMA ทำงานที่ 800MHz

ในปัจจุบัน มาตรฐานเทคโนโลยี 4G LTE กระแสหลักของโลกเป็นของ UHF และ SHF

จีนใช้ SHF เป็นหลัก

อย่างที่คุณเห็น ด้วยการพัฒนาของ 1G, 2G, 3G, 4G คลื่นความถี่วิทยุที่ใช้จะสูงขึ้นเรื่อยๆ

ทำไม

สาเหตุหลักเป็นเพราะยิ่งความถี่สูง ทรัพยากรความถี่ก็จะยิ่งมีมากขึ้นยิ่งมีทรัพยากรความถี่มากเท่าใด อัตราการส่งข้อมูลก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ความถี่ที่สูงขึ้นหมายถึงทรัพยากรที่มากขึ้น ซึ่งหมายถึงความเร็วที่เร็วขึ้น

แล้ว 5G ใช้ความถี่เฉพาะอะไร?

ดังที่แสดงด้านล่าง:

ช่วงความถี่ของ 5G แบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทหนึ่งต่ำกว่า 6GHz ซึ่งไม่แตกต่างจาก 2G, 3G, 4G ในปัจจุบันมากนัก และอีกประเภทหนึ่งคือช่วงความถี่สูงที่สูงกว่า 24GHz

ปัจจุบัน 28GHz เป็นแถบทดสอบชั้นนำระดับสากล (แถบความถี่นี้อาจกลายเป็นแถบความถี่เชิงพาณิชย์แถบแรกสำหรับ 5G)

หากคำนวณด้วย 28GHz ตามสูตรที่เรากล่าวไว้ข้างต้น:

นั่นคือคุณสมบัติทางเทคนิคแรกของ 5G

คลื่นมิลลิเมตร

ให้ฉันแสดงตารางความถี่อีกครั้ง:

โปรดใส่ใจกับบรรทัดล่างสุดนั่นคือคลื่นมิลลิเมตร!

ก็ในเมื่อความถี่สูงนั้นดีมาก ทำไมเราไม่ใช้ความถี่สูงมาก่อนล่ะ?

เหตุผลนั้นง่าย:

– ไม่ใช่ว่าคุณไม่ต้องการใช้มันมันคือคุณไม่สามารถจ่ายได้

ลักษณะเด่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: ยิ่งความถี่สูง ความยาวคลื่นยิ่งสั้น ยิ่งเข้าใกล้การแพร่กระจายเชิงเส้น (ความสามารถในการเลี้ยวเบนยิ่งแย่ลง)ยิ่งความถี่สูง การลดทอนในตัวกลางก็จะยิ่งมากขึ้น

ดูที่ปากกาเลเซอร์ของคุณ (ความยาวคลื่นประมาณ 635 นาโนเมตร)แสงที่ปล่อยออกมาเป็นเส้นตรงถ้าขวางก็เข้าไม่ได้

จากนั้นดูที่การสื่อสารผ่านดาวเทียมและการนำทาง GPS (ความยาวคลื่นประมาณ 1 ซม.)หากมีสิ่งกีดขวางจะไม่มีสัญญาณ

หม้อขนาดใหญ่ของดาวเทียมต้องได้รับการปรับเทียบเพื่อชี้ดาวเทียมไปในทิศทางที่ถูกต้อง มิฉะนั้นการวางแนวผิดพลาดเพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ

หากการสื่อสารเคลื่อนที่ใช้ย่านความถี่สูง ปัญหาที่สำคัญที่สุดคือระยะการส่งข้อมูลสั้นลงอย่างมาก และความสามารถในการครอบคลุมจะลดลงอย่างมาก

เพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่เดียวกัน จำนวนสถานีฐาน 5G ที่ต้องการจะเกิน 4G อย่างมาก

จำนวนสถานีฐานหมายถึงอะไร?เงิน การลงทุน และค่าใช้จ่าย

ยิ่งความถี่ต่ำเท่าใด เครือข่ายก็จะยิ่งถูกลงเท่านั้น และยิ่งแข่งขันได้มากขึ้นเท่านั้นนั่นเป็นสาเหตุที่ผู้ให้บริการทุกรายพยายามดิ้นรนหาย่านความถี่ต่ำ

บางแถบเรียกว่าแถบความถี่ทองคำ

ดังนั้น ด้วยเหตุผลข้างต้นภายใต้สมมติฐานของความถี่สูง เพื่อลดแรงกดดันด้านต้นทุนของการสร้างเครือข่าย 5G จึงต้องหาทางออกใหม่

และทางออกคืออะไร?

อย่างแรกคือสถานีฐานไมโคร

สถานีฐานไมโคร

มีสถานีฐานสองประเภท ได้แก่ สถานีฐานขนาดเล็กและสถานีฐานขนาดใหญ่ดูชื่อแล้วสถานีฐานขนาดเล็กมีขนาดเล็กสถานีฐานมาโครมีขนาดใหญ่มาก

สถานีฐานมาโคร:

เพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่

สถานีฐานไมโคร:

ขนาดเล็กมาก.

ปัจจุบันสามารถพบเห็นสถานีฐานขนาดเล็กจำนวนมาก โดยเฉพาะในเขตเมืองและในอาคาร

ในอนาคต เมื่อพูดถึง 5G จะมีอีกมากมาย และจะติดตั้งทุกที่ เกือบทุกที่

คุณอาจถามว่าจะมีผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์หรือไม่หากมีสถานีฐานจำนวนมากอยู่รอบๆ

คำตอบของฉันคือ – ไม่

ยิ่งมีสถานีฐานมาก รังสีก็ยิ่งมีน้อย

ลองคิดดูว่าในฤดูหนาวในบ้านที่มีผู้คนจำนวนมาก จะดีกว่าไหมถ้ามีเครื่องทำความร้อนกำลังสูงหนึ่งเครื่องหรือเครื่องทำความร้อนพลังงานต่ำหลายเครื่อง

สถานีฐานขนาดเล็ก พลังงานต่ำ และเหมาะสำหรับทุกคน

หากเป็นเพียงสถานีฐานขนาดใหญ่ การแผ่รังสีมีนัยสำคัญและอยู่ไกลเกินไปก็ไม่มีสัญญาณ

เสาอากาศอยู่ที่ไหน

คุณสังเกตหรือไม่ว่าโทรศัพท์มือถือมีเสาอากาศยาวในอดีต และโทรศัพท์มือถือในยุคแรก ๆ มีเสาอากาศขนาดเล็กทำไมเราไม่มีเสาอากาศตอนนี้?

ไม่ใช่ว่าเราไม่ต้องการเสาอากาศก็คือเสาอากาศของเรามีขนาดเล็กลง

ตามลักษณะของเสาอากาศ ความยาวของเสาอากาศควรเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น ประมาณระหว่าง 1/10 ~1/4

เมื่อเวลาผ่านไป ความถี่ในการสื่อสารของโทรศัพท์มือถือของเราจะสูงขึ้น และความยาวคลื่นก็สั้นลงเรื่อยๆ และเสาอากาศก็จะเร็วขึ้นด้วย

การสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตร เสาอากาศก็กลายเป็นระดับมิลลิเมตรเช่นกัน

ซึ่งหมายความว่าสามารถเสียบเสาอากาศเข้ากับโทรศัพท์มือถือได้ทั้งหมดและแม้แต่หลายเสาอากาศ

นี่คือคีย์ที่สามของ 5G

MIMO ขนาดใหญ่ (เทคโนโลยีหลายเสาอากาศ)

MIMO ซึ่งหมายถึงหลายอินพุตหลายเอาต์พุต

ในยุค LTE เรามี MIMO อยู่แล้ว แต่จำนวนเสาอากาศมีไม่มากนัก เรียกได้ว่ามันคือ MIMO รุ่นก่อนหน้าเท่านั้น

ในยุค 5G เทคโนโลยี MIMO กลายเป็นเวอร์ชันปรับปรุงของ Massive MIMO

โทรศัพท์มือถือสามารถยัดเสาอากาศได้หลายเสา ไม่ต้องพูดถึงเสาสัญญาณ

ในสถานีฐานก่อนหน้านี้มีเสาอากาศเพียงไม่กี่เสา

ในยุค 5G จำนวนเสาอากาศไม่ได้วัดจากจำนวนชิ้น แต่วัดจากอาร์เรย์เสาอากาศ "Array"

อย่างไรก็ตาม เสาอากาศไม่ควรอยู่ใกล้กันเกินไป

เนื่องจากลักษณะของสายอากาศ ชุดสายอากาศแบบหลายสายจึงจำเป็นต้องรักษาระยะห่างระหว่างสายอากาศให้สูงกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นหากเข้าใกล้เกินไปจะรบกวนซึ่งกันและกันและส่งผลต่อการส่งและรับสัญญาณ

เมื่อสถานีฐานส่งสัญญาณ ก็เหมือนหลอดไฟ

สัญญาณจะถูกส่งไปยังบริเวณโดยรอบแน่นอนว่าสำหรับแสงคือการส่องสว่างทั่วทั้งห้องหากเพียงเพื่อแสดงให้เห็นพื้นที่หรือวัตถุใดวัตถุหนึ่ง แสงส่วนใหญ่ก็จะสูญเปล่า

สถานีฐานเหมือนกันสูญเสียพลังงานและทรัพยากรจำนวนมาก

แล้วถ้าเราจะหามือที่มองไม่เห็นมามัดแสงที่กระจัดกระจายได้ล่ะ?

ซึ่งไม่เพียงช่วยประหยัดพลังงาน แต่ยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าบริเวณที่จะส่องสว่างมีแสงสว่างเพียงพอ

คำตอบคือใช่

นี่คือบีมฟอร์มมิ่ง

Beamforming หรือการกรองเชิงพื้นที่เป็นเทคนิคการประมวลผลสัญญาณที่ใช้ในอาร์เรย์เซ็นเซอร์สำหรับการส่งหรือรับสัญญาณทิศทางสิ่งนี้ทำได้โดยการรวมองค์ประกอบในอาร์เรย์เสาอากาศเพื่อให้สัญญาณที่มุมใดมุมหนึ่งประสบกับสัญญาณรบกวนที่สร้างสรรค์ ในขณะที่สัญญาณอื่น ๆ พบกับสัญญาณรบกวนที่ทำลายล้างสามารถใช้ Beamforming ได้ทั้งที่ปลายด้านส่งและด้านรับเพื่อให้ได้การเลือกเชิงพื้นที่

เทคโนโลยีมัลติเพล็กซิ่งเชิงพื้นที่นี้เปลี่ยนจากการครอบคลุมสัญญาณรอบทิศทางเป็นบริการทิศทางที่แม่นยำ จะไม่รบกวนระหว่างลำแสงในพื้นที่เดียวกันเพื่อให้มีการเชื่อมโยงการสื่อสารมากขึ้น ปรับปรุงความสามารถในการให้บริการสถานีฐานอย่างมีนัยสำคัญ

ในเครือข่ายมือถือปัจจุบัน แม้ว่าคนสองคนจะโทรหากันแบบเห็นหน้ากัน สัญญาณจะถูกส่งผ่านสถานีฐาน รวมถึงสัญญาณควบคุมและแพ็กเก็ตข้อมูล

แต่ในยุค 5G สถานการณ์นี้ไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้นเสมอไป

คุณสมบัติสำคัญประการที่ห้าของ 5G —ดีทูดีเป็นอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์

ในยุค 5G หากผู้ใช้สองคนภายใต้สถานีฐานเดียวกันสื่อสารกัน ข้อมูลของพวกเขาจะไม่ถูกส่งต่อผ่านสถานีฐานอีกต่อไป แต่จะส่งผ่านไปยังโทรศัพท์มือถือโดยตรง

ด้วยวิธีนี้จะช่วยประหยัดทรัพยากรทางอากาศและลดแรงกดดันต่อสถานีฐาน

แต่ถ้าคุณคิดว่าคุณไม่ต้องจ่ายด้วยวิธีนี้ คุณคิดผิด

ข้อความควบคุมจำเป็นต้องไปจากสถานีฐานด้วยคุณใช้ทรัพยากรสเปกตรัมโอเปอเรเตอร์จะปล่อยคุณไปได้อย่างไร

เทคโนโลยีการสื่อสารไม่ใช่เรื่องลึกลับในฐานะอัญมณีมงกุฎของเทคโนโลยีการสื่อสาร 5 G ไม่ใช่เทคโนโลยีการปฏิวัตินวัตกรรมที่เข้าถึงไม่ได้ยิ่งเป็นวิวัฒนาการของเทคโนโลยีการสื่อสารที่มีอยู่

ดังที่ผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งกล่าวว่า—

ขีดจำกัดของเทคโนโลยีการสื่อสารไม่ได้จำกัดอยู่เพียงข้อจำกัดทางเทคนิคเท่านั้น แต่เป็นการอนุมานโดยอาศัยหลักคณิตศาสตร์ที่เคร่งครัด ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะทำลายในไม่ช้า

และวิธีการสำรวจศักยภาพของการสื่อสารเพิ่มเติมภายในขอบเขตของหลักการทางวิทยาศาสตร์คือการแสวงหาอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยของคนจำนวนมากในอุตสาหกรรมการสื่อสาร