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
