5G?很屌嗎?
時間:2021-09-03 10:08:44
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[導(dǎo)讀]5G這么火它到底是什么?為什么那么屌?看完就全知道了引入從2020年初開始,5G好像一下子變得和新冠一樣出名了今年是5G商用的元年從國家戰(zhàn)略到百姓茶余飯后,5G被廣泛談及,而且被賦予能改變世界的極大希望國家層面,5G工業(yè)互聯(lián),5G新基建,5G車聯(lián)網(wǎng),5G一切(有點(diǎn)地攤大餅加一切的...
引入
從 2020 年初開始,5G 好像一下子變得和新冠一樣出名了今年是 5G 商用的元年從國家戰(zhàn)略到百姓茶余飯后,5G 被廣泛談及,而且被賦予能改變世界的極大希望國家層面,5G 工業(yè)互聯(lián), 5G 新基建,5G 車聯(lián)網(wǎng),5G 一切 (有點(diǎn)地攤 大餅加一切 的意思)百姓層面,5G 手機(jī)來了,用 5G 能秒傳電影、5G 玩游戲超順暢例如,一部 2G、3G 大小的電影,用 5G 網(wǎng)絡(luò) 秒秒鐘 就能下載下來5G 如此神奇的說,那到底 5G 是個什么東東呢?能講明白的人應(yīng)該是極少數(shù)的本文用拆解 圖解的方式,用最簡單、易懂的語言把屌爆 的 5G 呈現(xiàn)出來看完本文,你就全明白了 什么是 5G ? 為什么這么屌?淵源
曾經(jīng)的曾經(jīng),人們之間傳遞信息基本靠吼、靠飛鴿、靠狼煙烽火、靠書信到后來,一個叫麥克斯韋的外國老頭,發(fā)現(xiàn)空氣中有一種看不見摸不著的東西這種東西跑的比飛鴿快多了,能和光一樣快和光一樣快有多快呢?就這么說吧,人家繞著地球跑一圈只需要 0.13 秒是不是驚掉下巴了?你沒有看錯,就是大寫的 0.13 秒也就是說,這個玄幻的東西,1 秒鐘可以繞著地球跑 7 圈還多你肯定會說了:別鬧,這不是說胡話嗎,看不見?摸不著?還跑的快的沒影?后來人家老頭又說了,這玩意不但跑的飛快,還能帶著信息跑大家不信歸不信,但是也有少數(shù)老頭的信徒信了,拿來試了試這一試,可了不得了,離得老遠(yuǎn)的距離,這頭打一個字,那頭馬上能清楚的看到了看來人家老頭還真不是半夜說夢話,真是有這么個東西存在后來老頭管這玩意叫 電磁波 傍上跑這么快的大佬,通信的發(fā)展就開始起飛了一開始通過電磁波發(fā)電報,到后來就是人們比較熟悉的 2G ,再后來出了 3G, 又后來出了 4G有些人問娃紫,你搞 5G,這個 G 是什么意思呢?為什么不叫 2A, 3B, 4C, 5D 呢?其實(shí)很簡單,這個 G 是英文 generation 的第一個字母,表示一代的意思2G 就是第二代,3G 就是第三代,這么說多明白,非得搞個外文拽一下,搞的很高深的樣子好像不把人拽迷糊了,就稱不上高科技似的為什么沒有 1G 呢?其實(shí)是有的,只不過離我們比較久遠(yuǎn)而已,聽說過 大哥大 嗎?這哥們真有大哥的范,即能遠(yuǎn)距離通話,還能當(dāng)搬磚防身,別在腰上還能顯擺一下,果真多功能機(jī)80、90 年代,一個這家伙得大幾千塊,甚至上萬塊有沒有這玩意,成了暴發(fā)戶爆沒爆起來的標(biāo)志因此,大哥大 也就成了 1G 的代名詞后來 2000 年左右的 2 代,2008年左右出了 3 代,2014年出了 4 代,就這樣一代一代的演進(jìn)到現(xiàn)在的 5 代規(guī)則
社會很復(fù)雜,但凡是人與人交往,都是有規(guī)矩的,不守規(guī)則可是行不通的通信就是用來滿足人與人之間交往的工具,所以自然少不了規(guī)則移動通信繁瑣復(fù)雜,為了用最簡化的人話把通信講清楚,將通信比較交通來講述遵守規(guī)則的手機(jī)才能撩美女/ 帥哥,只要你知道號碼,不守規(guī)則是撩不了的和交通一樣一樣的,車輛要么都貼右邊走,要么都貼左邊走,反正得遵循一樣的規(guī)則不然,往哪開的車都有,肯定就撞亂套了,所以,和交通一樣,通信也是要制定通信規(guī)則的全世界給移動通信制定規(guī)則的組織有好幾個,比較有名的有 3GPP, 3GPP2, ITU 等,最有名的就是這個 3GPP每年來自全世界搞通信的公司都派代表聚集到一塊吵架,不,是討論一個議題一個議題 的討論,最后多方舉手達(dá)成一致,確定好每一條細(xì)致的通信規(guī)則然后把確定的規(guī)則寫成文章發(fā)往全世界再然后,全世界的通信公司就按這個規(guī)則生產(chǎn)手機(jī)、基站、智能手表、路由器等等等設(shè)備了之前的 2G, 3G, 4G 的規(guī)則都是這么來的,當(dāng)然 5G 也是這么搞出來的屌爆
前面做了這么多的鋪墊,終于到本文的正題了5G 和前面的 4G 相比主要有這么幾個大方面的提升- 傳輸?shù)乃俣瓤炝?,還記得秒傳高清電影不?
- 時間延遲低了,到底多低,毫秒級,下面詳談
- 能連接的手機(jī)數(shù)量多了,到底能連多少個?下面詳談
- 用戶體驗(yàn),秒傳高清電影
- 連接密度,1 平方米可以放一個手機(jī)
- 時延,消息從發(fā)送到接收是毫秒級的(須知1 秒 = 1000 毫秒)
- 移動性,在 500 ?公里每小時的火車上,高清晰電影照看不卡(現(xiàn)在最快的高鐵時速為 350 公里每小時,打電話仍還會卡頓)
- 峰值速率20Gbps,概念就是如果是峰值速率,1 秒鐘能下載 10 部高清電影
- 流量密度,30T 每平方公里,概念就是支持 1 平方公里內(nèi) 1 秒鐘能傳 600 萬張圖片,或者 600 萬首歌曲,或者秒傳 20000 部 《紅樓夢》長度的小說
大帶寬
在 4G 時代,手機(jī)的通信帶寬是 20M, 也就是說現(xiàn)在的絕大多數(shù)手機(jī)就是在 20M 的寬帶上刷劇、打的游戲什么是 20M 帶寬?還記得前面說的麥克斯韋那老頭發(fā)現(xiàn)的電磁波嗎?在交通中,道路的寬度是用 米 來衡量的, 路寬 3 米,路寬 5 米人們對電磁波的衡量是按帶寬來衡量的,因此 20M 就是個電磁波里的量而已,和 路寬3 米一樣的概念到了 5G ,手機(jī)最大可以在 100M 帶寬上傳電影、刷電視劇5G 和 4G 相比整整提升了 5 倍就像原來 3 米寬的單行道,現(xiàn)在一條單行道修到了 15 米寬高密度
這個密度指的是基站的密度,也就是 1 平方公里范圍內(nèi)基站的數(shù)量基站這個概念對于非通信專業(yè)的人來說,應(yīng)該不太了解先科普一下基站這個概念,基站就是長這么個樣子的多天線
多天線技術(shù)在 4G 時就引入了,只是當(dāng)時基站一側(cè)天線數(shù)量普遍還比較少一般基站側(cè)為 8 根,手機(jī)端天線數(shù)只有 1-2 根看官是不是轉(zhuǎn)著手機(jī)找天線呢?不用找了,隨著天線技術(shù)的演進(jìn),天線都集成到了手機(jī)內(nèi)部了不像以前的手機(jī),天線是露在外面的上圖對比一下,看中間曾經(jīng)的諾基亞神機(jī)到了 4G、5G 時代,手機(jī)的天線基本就是最右邊圖中綠色貼片的樣子了,在外面是看不到的天線是干啥的呢?幾乎所有數(shù)據(jù)的發(fā)送都是要通過天線發(fā)射出去的連孩兒的遙控汽車都不例外的,如果沒有天線,遙控的距離就大大的縮水了為了方便表述,我們假設(shè)每根天線能傳輸 1 路數(shù)據(jù)如果手機(jī)里面集成了 1 片天線,就只能收、發(fā) 1 路數(shù)據(jù)如果手機(jī)里面貼了 2 片天線,就能同時收、發(fā) 2 路數(shù)據(jù)了現(xiàn)在,在 5G 最新的手機(jī)里面貼了 4 片天線,因此,最多可以同時發(fā) 4 路數(shù)據(jù)如此算來,那 5G 比 2G、3G 時代手機(jī)就又快了 2-4 倍再來看一下基站一側(cè)的天線情況還是直接上圖說話吧
波束賦形
什么叫波束賦形?簡單的說,就是將信號對準(zhǔn)目標(biāo)方向發(fā)射在 2G, 3G 中信號都是向四面八方發(fā)射的,不管接收信號的對象在哪4G 里大部分信號也是這樣毫無目標(biāo)的發(fā)射的這就會導(dǎo)致一個問題,信號能量有限,跑不遠(yuǎn)同樣的一鍋粥,分成 8 份和分成 1 份相比,哪種情況分得粥多?顯然,是分成一份的時候分得的多,分 8 份只能得 八分之一, 分 80 份就只能得到 八十分之一了波束賦形和向四面八方發(fā)射信號就像分粥一樣波束賦形中,發(fā)射信號的能量都集中在一個方向四面八方發(fā)射中,信號的能量被分成了無數(shù)份,每一份的能量就極大的衰弱了主席曾說過:傷其十指,不如斷其一指只在目標(biāo)方向上發(fā)力,不四面出擊,波束賦形就是這個意思直接上圖對比說明吧服務(wù)下沉
這個技術(shù)在行業(yè)里叫作 邊緣計算, 英文叫 MEC, 聽起來是不是很屌這是個怎么回事呢?容我慢慢道來以前的數(shù)據(jù)傳輸是這樣的畫風(fēng),直接上圖- 手機(jī)發(fā)送要看電影的請示“我要看《金剛川》”
- 你的請示從手機(jī)發(fā)出去以后,下一站是基站
- 基站經(jīng)過層層網(wǎng)關(guān)再把你的請示發(fā)送到核心網(wǎng)
- 核心網(wǎng)再把你的請示經(jīng)過網(wǎng)關(guān)、防火墻發(fā)到因特網(wǎng)上
- 因特網(wǎng)根據(jù)你的請示把內(nèi)容找出來,再按原路返回來
編碼升級
用快遞運(yùn)送易碎物品時,要在箱子里加很多細(xì)軟的東東,泡沫板、氣泡膜等,防止道路顛簸,導(dǎo)致物品損壞畫風(fēng)是這個樣子的設(shè)計升級
對 5G 拆解到這,基本上也拆的差不多了,再有就是比較抽象的了你會說 5G 也太簡單了吧,就這么點(diǎn)東西這是娃紫絞盡腦汁,把問題都簡單化,用個例子類比一下,還有些具體的細(xì)節(jié)提升,非常抽象的不太好講清楚的細(xì)節(jié)就不講了,容易繞迷糊了獨(dú)孤九劍學(xué)個 7 成基本上就能算高手了5G 了解到這些,能說明白,你就已經(jīng)不簡單了再說一說這個比較抽象的 設(shè)計升級在通信中要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不僅僅是你關(guān)心的影片,還要有控制數(shù)據(jù)什么叫控制數(shù)據(jù)呢?比如上節(jié)中,你發(fā)上去的“我要看金剛川”的請示就是控制信號這類信號也是要占帶寬資源的,但是它沒有給你提供需要的東西打個比方,公交車是用來運(yùn)送乘客的,但是并不是車內(nèi)所有的座位都是給乘客用的還有司機(jī)、乘務(wù)人員、安保人員這些人也是要占一些座位的,但是這些人不能算是乘客5G 里面的控制信號就像是公交車?yán)锏某藙?wù)人員乘務(wù)人員越多,能載的乘客就越少而希望的是乘務(wù)人員越少越好,那樣,能載的乘客就會越多5G 的設(shè)計也是按這個樸素的思想來的,看看,也挺簡單的基于這個原理,上面開 3GPP 會議的人就開始盤算了,怎么能將控制信號縮減到最少,這樣在帶寬一定的情況下,能傳輸?shù)挠杏玫臄?shù)據(jù)就會多了在經(jīng)過不斷的爭吵后,將 2G, 3G, 4G 中一些控制性的信號就和平的砍掉了重新設(shè)計數(shù)據(jù)的調(diào)度方法和資源結(jié)構(gòu),最大限度的減少控制的數(shù)量,使傳輸有用數(shù)據(jù)的資源就相對變多了以參考信號為例表述,一些參考信號進(jìn)行了重新設(shè)計和升級直接上圖寫在結(jié)尾
5G 性能屌到爆基本上就是從這些地方作的改進(jìn)總結(jié)起來主要這么幾點(diǎn):- 道路弄的寬了,帶寬變大了
- 基站的密度變大了,間距變小了,信號變好了
- 天線數(shù)量變多了,同時能傳的路數(shù)變多了
- 將波束對準(zhǔn)目標(biāo),傳得遠(yuǎn)且信號好
- 服務(wù)下沉到離你最近,節(jié)省傳輸?shù)臅r間
- 編碼升級,道路狀況好的時候,箱子里放的泡沫板少了
- 設(shè)計升級,把公交車上的乘務(wù)人員數(shù)量減少,容納的乘客就多了
我是張巧龍,一名教電子的大學(xué)老師,歡迎關(guān)注!