5G - одна из самых горячо обсуждаемых тем в последнее время. "Автономное вождение", "умный дом" и "Интернет всего" - все это в большей или меньшей степени связано с популярностью 5G. В настоящее время наша страна нажимает "кнопку быстрой перемотки" в развитии 5G, продвигая строительство новой инфраструктуры, углубляя интегрированное развитие со всеми слоями общества и внося свой вклад в развитие международной цифровой экономики.
Возможно, вы уже многое знаете о 5G: более широкая полоса пропускания, более высокая скорость, более плотные базовые станции, а также миллиметровые волны, макробазовые станции, микробазовые станции, D2D и т. д... Сегодня редактор расскажет вам о другой стороне 5G.
Я считаю, что в глазах многих людей "5G = более высокая скорость сети" - это усовершенствованная версия "супер 4G". Так является ли 5G просто более быстрой, чем 4G? Возможно, ответ не так прост...
Происхождение｜Сина
Почему 4G иногда работает быстро, а иногда медленно?
Давайте сначала рассмотрим 4G. Если вы пользовались 4G, то наверняка сталкивались с подобной ситуацией. В метро, переполненном людьми в пиковое время утром и вечером, скорость сети 4G на вашем мобильном телефоне становится чрезвычайно низкой. Как только вы окажетесь на открытом пространстве, скорость интернета вернется в норму.
Почему скорость интернета снижается в местах большого скопления людей? Будут ли в Интернете пробки? Если вы хотите это узнать, вам также нужно посмотреть, как работают базовые станции 4G.
Электромагнитные волны, излучаемые базовой станцией 4G, будут передаваться во все стороны, как волны на воде. В этих электромагнитных волнах содержится информация, которую получит ваш мобильный телефон.
Волны, распространившиеся по всем уголкам мира.
Когда к базовой станции одновременно подключено множество мобильных телефонов, базовая станция должна отправлять информацию, которую каждый должен прочитать, на свои мобильные телефоны.
В это время система будет отделять необходимую каждому человеку информацию, упаковывать ее в "маленькие пакеты" и передавать во все уголки страны с помощью электромагнитных волн в соответствии с заданным порядком.
4G использует режим 8 входов и 8 выходов, что означает, что система разделит загруженную из сети информацию на 8 небольших частей и отправит их по 8 каналам соответственно. Получатель собирает 8 частей информации и соединяет их вместе, чтобы получить полную информацию. Это похоже на двустороннюю линию с восемью полосами в прямом и обратном направлениях. Каждая часть информации, разделенная на "маленькие пакеты", похожа на автомобиль.
Поэтому, если количество подключенных мобильных телефонов особенно велико, скорость вашего интернета будет снижаться, как в пробках в утренние часы пик.
Origin｜Antenna System Industry Alliance
Как же увеличить скорость интернета? У нас есть два варианта!
Первый способ очень интуитивен, он заключается в том, чтобы передавать информацию быстрее, то есть чтобы каждый автомобиль ехал быстрее. Пусть ограниченные электромагнитные волны несут больше информации, что означает увеличение пропускной способности.
Второй способ - сделать "дорогу" шире и даже зарегистрировать "выделенную полосу" для каждого мобильного телефона. Это также самая привлекательная технология в 5G - Massive MIMO и beamforming.
Ваша эксклюзивная "быстрая полоса"
Технология 5G похожа на 4G. Он также использует методы множественного ввода и множественного вывода для разделения огромной информации на множество мелких частей, которые отправляются или принимаются последовательно, чтобы каждый мобильный телефон мог быстро обмениваться информацией с базовой станцией. .
Разница в том, что в 5G есть целых 64 канала передачи и 64 канала приема! Если построить более широкие дороги, проблема "перегруженности" естественным образом уменьшится. (Это называется мастерством Massive MIMO).
Однако на этом изменения в 5G не заканчиваются.
Электромагнитные волны базовой станции 4G излучаются почти равномерно. Базовая станция 5G будет передавать сигналы, направленные на подключенный мобильный телефон.
Когда базовая станция "обнаруживает" мобильный телефон, она формирует очень узкий луч электромагнитных волн и излучает его в направлении мобильного телефона, постоянно отслеживая его перемещение. При одновременном подключении нескольких мобильных телефонов базовая станция также будет испускать несколько лучей, направленных на каждый из них, и отслеживать их.
формирование луча
Origin｜Antenna System Industry Alliance
По сравнению с 4G, где все мы купаемся в масштабной электромагнитной волне, 5G предоставляет каждому мобильному телефону свою собственную "эксклюзивную полосу".
В чем преимущества такого подхода? Одно из них - более эффективное использование энергии электромагнитных волн. Для этого достаточно излучать пучок электромагнитных волн в направлении мобильного телефона. Нет необходимости излучать электромагнитные волны без разбора по всему миру.
Во-вторых, поскольку электромагнитные волны сконцентрированы в очень узкой области, сигналы, которые могут принимать мобильные телефоны, будут сильнее. Большинство из этих сигналов являются правильными, а бесполезных сигналов-помех будет меньше. Все мы знаем, что для повышения скорости Интернета, помимо увеличения пропускной способности, как часто говорят, эффективные сигналы также являются реальным методом.
Фазированная решетка и самый мощный радар
Друзья, которые читают это, могут спросить, как 5G может достичь того, чтобы электромагнитные лучи, несущие информацию, были направлены на мобильные телефоны и отслеживали их?
Все начинается с радара.
Как в играх, так и в кино- и телефильмах, большинство радаров должны постоянно вращаться. Это связано с тем, что ранние радары могли излучать электромагнитные волны только в определенном направлении для обнаружения положения вражеских самолетов. Для того чтобы контролировать все небо, база радара должна вращаться вместе с передающим оборудованием, чтобы просканировать все небо.
вращающийся радар
Origin | Kerbal Space Program
Но если вы любитель военной техники, то наверняка обнаружите, что большинство современных радаров имеют плоскую форму и, как правило, не сворачиваются. Такой радар называется радаром с фазированной решеткой.
Радар с фазированной решеткой на истребителе
Происхождение｜ Военная сеть
радар с фазированной решеткой
Происхождение｜Китайская служба новостей
Мы можем провести такой небольшой эксперимент. Бросьте в воду два камня и понаблюдайте за водной рябью. Вы обнаружите, что волны на воде не рассеиваются равномерно во всех направлениях, а имеют сильные колебания в одних направлениях, слабые колебания в других, а то и вовсе не имеют колебаний. Такова природа волн. Принцип суперпозиции.
Далее мы по-прежнему бросаем в воду два камня, но на этот раз пусть один камень войдет в воду первым, а другой - позже. Вы увидите, что феномен разной силы и слабости колебаний все еще присутствует, но направление изменилось, как будто был повернут на определенный угол.
Если немного изменить разницу во времени между входом камней в воду, то эта перспектива также значительно изменится. Другими словами, мы можем управлять направлением распределения силы волн в воде, стимулируя разницу во времени между двумя волнами.
Изменение разности фаз может изменить направление луча
Разницу в последовательности нескольких волн люди называют разностью фаз, а разность фаз может изменить распределение интенсивности и направление нового колебания, образованного суперпозицией этих волн. В этом и заключается принцип работы радара с фазированной решеткой.
В радаре с фазированной решеткой сотни передатчиков электромагнитных волн, и они могут генерировать электромагнитные волны независимо друг от друга. Изменяя разность фаз между сотнями пучков электромагнитных волн, можно менять направление и распределение интенсивности новых электромагнитных волн, генерируемых в результате их наложения, так что электромагнитные волны могут прочесывать большую часть неба без необходимости поворота базы радара.
После того как радар с фазированной решеткой обнаружит вражеский самолет, он также может изменить фазу каждой электромагнитной волны таким образом, чтобы последний луч плотно следовал за вражеским самолетом, не давая ему возможности скрыться.
Вам ничего не пришло в голову после прочтения этой статьи? Все верно, базовые станции 5G и радары с фазированной решеткой используют один и тот же принцип, а ваш мобильный телефон играет роль "вражеского самолета".
Базовая станция, которая не хочет быть радаром с фазированной решеткой, не подходит для 5G
Происхождение｜Sohu
Кроме того, на базовой станции 5G есть сотни устройств, излучающих электромагнитные волны. Регулируя фазу электромагнитных волн, базовая станция 5G может формировать множество областей с сильными колебаниями в пространстве, изменять их направление и отслеживать ваш мобильный телефон в любое время. Пусть электромагнитный сигнал с высокой интенсивностью и низким уровнем помех будет постоянно направлен на ваш мобильный телефон.
знаете ли вы! Помимо технологии фазированных решеток 5G, они также используются в медицинской ультразвуковой визуализации, которую принято называть B-ультразвуком.
Помимо технологий "Massive MIMO" и фазированных решеток, практическое использование 5G включает в себя и более детальные технические вопросы. Заинтересованные друзья могут узнать об этом сами!