这么多年 你知道你的手机是怎么上网的吗?

你现在正在看的这条视频

将用掉你45MB流量

网速至少要150 KB/s

才能流畅播放

这些视频数据将从服务器

送往离你最近的基站

也就是这个你经常在路上看到的铁塔

它会调制这些数据

再通过天线发送电磁波信号

你手机的天线会收到这些数据

解调收到的信号

由基带处理器转为二进制数据

存入内存

CPU会将这些数据帧解码

这条视频就可以在你的手机上播放了

而你的手机使用的通信标准

就直接影响你的上网体验

1979年日本 NTT部署了

第一个1G通信标准的网络

1G网络把人说话的声波

叠加在无线电载波上

这种信号也被称为模拟信号

只能用来打电话

那个时代的手机就是大哥大

90年代开始

通信技术进入2G时代

模拟信号被0和1组成的

数字信号取代

手机也可以上网了

很长一段时间

手机的网速只有每秒40 kb左右

用手机偷菜的时候只有文字

这是因为2G网络的带宽太小

这张图中

我们用不同的颜色标注出

不同无线通信技术使用的频段

无线通信必须在

规定好的频段内进行

每个频段占用一段连续的电磁波谱

然后被分为多个信道

而带宽指的是信道所允许的

最高频率和最低频率的差

就像管道越宽水流量越大一样

根据香农-哈特利定律

带宽越大，网速越快

GSM的带宽只有200 kHz

而3G通信标准 WCDMA

则达到了5 MHz

相差25倍

你的网速从2G时代的40 kb/s

进化到了以 Mb为单位

而4G时代

带宽被提升到20 MHz

配合更加高效的调制方案

提升频谱效率

4G可以提供

100 Mbps以上的网速

网络的进步和移动应用的发展

是互相推动的

智能手机的出现

促成了3G网络2009年

在中国的大规模商用

而4G网络则带动了

近两年来短视频应用的增长

如今手机应用对网络的性能

又提出了更高的要求

比如实现3D结构光视频通信

将你的三维形象

传输到对方的屏幕上

就需要近1 Gbps的带宽

而物联网、自动驾驶等业务

还对网络的容量和延迟

有很高的要求

5G网络应运而生

首先为了实现最高

20 Gbps的网速

5G必然要进一步提高带宽

到1 GHz以上

但是6 GHz以下没有足够的空余

来安放带宽如此庞大的频段

因此5G网络使用了波长在

1到10mm的高频电磁波

也称毫米波

那么问题来了

毫米波虽然可以带来更快的网速

但是短波的衍射能力很差

长距离的信号衰减也很严重

这时候我们就需要将电磁波的能量

更加集中地利用起来

直接发往接收方的方向

就像将一个普通的灯泡

换成手电筒一样

为此5G引入了相控阵天线

来配合毫米波

与传统的一根天线发射

另一根天线接受不同

相控阵天线上有多根天线

因此可以通过干涉

增强特定方向的信号

干涉指的是

两列以上的波

在空间上产生叠加

形成新波的现象

电磁波也是一种波

天线阵列的每一根天线都可以

调节自己发射的电磁波的相位

在空间中形成干涉

实现波束成型

这样不但提高了能量效率

还可以降低不同用户之间

通信的相互干扰

允许单一基站接入海量的设备

提升基站容量

使物联网真正成为可能

比起带宽和容量

延迟可能是5G

真正让人震撼的地方

单天线系统发射的电磁波

会因为建筑物反射等原因

引起干涉进而导致信号衰落

这就需要交织编码

来改善衰落导致的信号差错

这一过程会产生

至少33ms的延迟

5G的相控阵天线

由于有多个天线组成阵列

可以大大减少由于

随机的干涉产生的衰落

因而简化交织编码过程

将延迟降低到1ms

5G虽然带来了巨大的性能提升

但射频芯片、天线

和相关算法的升级

也大幅提升了研发难度

带来诸如手机自干扰

毫米波球面覆盖等技术问题

随着5G的铺开

手机也将出现更多颠覆性应用

云游戏让大量数据

在云端被计算

再传输回手机

用手机就能流畅体验3A大作

3D全息影像等各类技术

也终于有机会真正落地

凭借在3D领域的积累

在3D虚拟社交等领域进行探索

为用户带来身临其境的感受

5G手机将成为万物互联的中枢

也许在不久以后

你也可以拿着下一代的手机

像 Sheldon一样

宅在卧室里掌控全家的智能设备

身临其境般和朋友互动

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