מה ההבדל בין 5G ל-4G?
הסיפור של היום מתחיל בנוסחה.
זוהי נוסחה פשוטה אך קסומה.זה פשוט כי יש לו רק שלוש אותיות.וזה מדהים כי זו נוסחה שמכילה את המסתורין של טכנולוגיית התקשורת.
הנוסחה היא:
הרשו לי להסביר את הנוסחה, שהיא נוסחת הפיסיקה הבסיסית, מהירות האור = אורך גל * תדר.
על הנוסחה, אתה יכול לומר: אם זה 1G, 2G, 3G, או 4G, 5G, הכל בפני עצמו.
חוטי?אַלחוּט?
יש רק שני סוגים של טכנולוגיות תקשורת - תקשורת חוטית ותקשורת אלחוטית.
אם אני מתקשר אליך, נתוני המידע נמצאים באוויר (בלתי נראה ובלתי מוחשי) או החומר הפיזי (גלוי ומוחשי).
אם זה מועבר על החומרים הפיזיים, זו תקשורת קווית.הוא משמש חוט נחושת, סיבים אופטיים וכו', כולם מכונים מדיה קווית.
כאשר נתונים מועברים על גבי מדיה קווית, הקצב יכול להגיע לערכים גבוהים מאוד.
לדוגמה, במעבדה, המהירות המרבית של סיב בודד הגיעה ל-26Tbps;זה פי עשרים ושש אלף מכבלים מסורתיים.
סיב אופטי
תקשורת מוטסת היא צוואר הבקבוק של התקשורת הניידת.
תקן הנייד המיינסטרים הנוכחי הוא 4G LTE, מהירות תיאורטית של 150Mbps בלבד (לא כולל צבירת ספקים).זה לגמרי כלום בהשוואה לכבלים.
לָכֵן,אם 5G אמור להשיג מהירות גבוהה מקצה לקצה, הנקודה הקריטית היא לפרוץ את צוואר הבקבוק האלחוטי.
כפי שכולנו יודעים, תקשורת אלחוטית היא שימוש בגלים אלקטרומגנטיים לתקשורת.גלים אלקטרוניים וגלי אור הם שניהם גלים אלקטרומגנטיים.
התדר שלו קובע את תפקידו של גל אלקטרומגנטי.לגלים אלקטרומגנטיים בתדרים שונים יש מאפיינים שונים ולכן יש להם שימושים אחרים.
לדוגמה, לקרני גמא בתדירות גבוהה יש קטלניות משמעותית וניתן להשתמש בהן לטיפול בגידולים.
כיום אנו משתמשים בעיקר בגלים חשמליים לתקשורת.כמובן, יש את עלייתה של תקשורת אופטית, כמו LIFI.
LiFi (נאמנות אור), תקשורת אור גלוי.
בוא נחזור קודם לגלי רדיו.
אלקטרוניקה שייכת לסוג של גל אלקטרומגנטי.משאבי התדירות שלו מוגבלים.
חילקנו את התדר לחלקים שונים והקצנו אותם לאובייקטים ושימושים שונים כדי למנוע הפרעות וקונפליקטים.
| שם הלהקה | נוֹטָרִיקוֹן | מספר להקת ITU | תדר ואורך גל | שימושים לדוגמה |
| תדר נמוך במיוחד | שֵׁדוֹן | 1 | 3-30 הרץ100,000-10,000 ק"מ | תקשורת עם צוללות |
| תדר סופר נמוך | SLF | 2 | 30-300 הרץ10,000-1,000 ק"מ | תקשורת עם צוללות |
| תדר נמוך במיוחד | ULF | 3 | 300-3,000 הרץ1,000-100 ק"מ | תקשורת צוללת, תקשורת בתוך מוקשים |
| תדר נמוך מאוד | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 ק"מ | ניווט, אותות זמן, תקשורת צוללת, מדי דופק אלחוטיים, גיאופיזיקה |
| תדירות נמוכה | LF | 5 | 30-300KHz10-1 ק"מ | ניווט, אותות זמן, שידור AM Longwave (אירופה וחלקים מאסיה), RFID, רדיו חובבים |
| תדר בינוני | MF | 6 | 300-3,000KHz1,000-100 מ' | שידורי AM (גל בינוני), רדיו חובבים, משואות מפולת |
| תדר גבוה | HF | 7 | 3-30 מגה-הרץ100-10 מיליון | שידורי גלים קצרים, רדיו תזמורת אזרחים, רדיו חובבים ותקשורת תעופה מעבר לאופק, RFID, מכ"ם מעל האופק, הקמת קישורים אוטומטיים (ALE) / תקשורת רדיו גלים כמעט אנכיים (NVIS), טלפוניה רדיו ימית וסלולרית |
| תדירות גבוהה מאוד | VHF | 8 | 30-300 מגה-הרץ10-1 מ' | FM, שידורי טלוויזיה, תקשורת קו ראייה קרקע למטוס ומטוס למטוס, תקשורת ניידת יבשתית וימית, רדיו חובבים, רדיו מזג אוויר |
| תדר גבוה במיוחד | UHF | 9 | 300-3,000 מגה-הרץ1-0.1 מ' | שידורי טלוויזיה, תנור מיקרוגל, מכשירי מיקרוגל/תקשורת, רדיו אסטרונומיה, טלפונים ניידים, LAN אלחוטי, בלוטות', ZigBee, GPS ומכשירי רדיו דו-כיווניים כגון ניידים יבשתיים, רדיו FRS ו-GMRS, רדיו חובבים, רדיו לווייני, מערכות שלט רחוק, ADSB |
| תדר סופר גבוה | SHF | 10 | 3-30GHz100-10 מ"מ | אסטרונומיה רדיו, מכשירי מיקרוגל/תקשורת, LAN אלחוטי, DSRC, מכ"מים מודרניים ביותר, לווייני תקשורת, שידורי טלוויזיה בכבלים ובלוויין, DBS, רדיו חובבים, רדיו לווייני |
| תדירות גבוהה במיוחד | EHF | 11 | 30-300GHz10-1 מ"מ | רדיו אסטרונומיה, ממסר רדיו מיקרוגל בתדר גבוה, חישה מרחוק במיקרוגל, רדיו חובבים, נשק באנרגיה מכוונת, סורק גלים מילימטר, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz או תדר גבוה במיוחד | THz של THF | 12 | 300-3,000GHz1-0.1 מ"מ | הדמיה רפואית נסיונית להחלפת קרני רנטגן, דינמיקה מולקולרית מהירה במיוחד, פיזיקה של חומר מעובה, ספקטרוסקופיה של תחום זמן טרהרץ, מחשוב/תקשורת טרה-הרץ, חישה מרחוק |
השימוש בגלי רדיו בתדרים שונים
אנחנו משתמשים בעיקרMF-SHFלתקשורת בטלפון נייד.
לדוגמה, "GSM900" ו-"CDMA800" מתייחסים לעתים קרובות ל-GSM הפועל בתדר 900MHz ו-CDMA הפועל בתדר 800MHz.
נכון לעכשיו, תקן טכנולוגיית 4G LTE המיינסטרים בעולם שייך ל-UHF ו-SHF.
סין משתמשת בעיקר ב-SHF
כפי שניתן לראות, עם ההתפתחות של 1G, 2G, 3G, 4G, תדר הרדיו בשימוש הולך ועולה.
למה?
זה בעיקר בגלל שככל שהתדירות גבוהה יותר, כך יש יותר משאבי תדירות זמינים.ככל שיש יותר משאבי תדר זמינים, כך ניתן להגיע לקצב השידור גבוה יותר.
תדירות גבוהה יותר פירושה יותר משאבים, כלומר מהירות גבוהה יותר.
אז במה 5 G משתמש בתדרים הספציפיים?
כפי שמוצג מטה:
טווח התדרים של 5G מתחלק לשני סוגים: האחד מתחת ל-6GHz, שאינו שונה מדי מה-2G, 3G, 4G הנוכחי שלנו, והשני, שהוא גבוה, מעל 24GHz.
נכון לעכשיו, 28GHz הוא פס הבדיקה הבינלאומי המוביל (פס התדרים עשוי להפוך גם לפס התדרים המסחרי הראשון עבור 5G)
אם מחושב לפי 28GHz, לפי הנוסחה שהזכרנו לעיל:
ובכן, זו התכונה הטכנית הראשונה של 5G
מילימטר-גל
הרשה לי להציג שוב את טבלת התדרים:
| שם הלהקה | נוֹטָרִיקוֹן | מספר להקת ITU | תדר ואורך גל | שימושים לדוגמה |
| תדר נמוך במיוחד | שֵׁדוֹן | 1 | 3-30 הרץ100,000-10,000 ק"מ | תקשורת עם צוללות |
| תדר סופר נמוך | SLF | 2 | 30-300 הרץ10,000-1,000 ק"מ | תקשורת עם צוללות |
| תדר נמוך במיוחד | ULF | 3 | 300-3,000 הרץ1,000-100 ק"מ | תקשורת צוללת, תקשורת בתוך מוקשים |
| תדר נמוך מאוד | VLF | 4 | 3-30KHz100-10 ק"מ | ניווט, אותות זמן, תקשורת צוללת, מדי דופק אלחוטיים, גיאופיזיקה |
| תדירות נמוכה | LF | 5 | 30-300KHz10-1 ק"מ | ניווט, אותות זמן, שידור AM Longwave (אירופה וחלקים מאסיה), RFID, רדיו חובבים |
| תדר בינוני | MF | 6 | 300-3,000KHz1,000-100 מ' | שידורי AM (גל בינוני), רדיו חובבים, משואות מפולת |
| תדר גבוה | HF | 7 | 3-30 מגה-הרץ100-10 מיליון | שידורי גלים קצרים, רדיו תזמורת אזרחים, רדיו חובבים ותקשורת תעופה מעבר לאופק, RFID, מכ"ם מעל האופק, הקמת קישורים אוטומטיים (ALE) / תקשורת רדיו גלים כמעט אנכיים (NVIS), טלפוניה רדיו ימית וסלולרית |
| תדירות גבוהה מאוד | VHF | 8 | 30-300 מגה-הרץ10-1 מ' | FM, שידורי טלוויזיה, תקשורת קו ראייה קרקע למטוס ומטוס למטוס, תקשורת ניידת יבשתית וימית, רדיו חובבים, רדיו מזג אוויר |
| תדר גבוה במיוחד | UHF | 9 | 300-3,000 מגה-הרץ1-0.1 מ' | שידורי טלוויזיה, תנור מיקרוגל, מכשירי מיקרוגל/תקשורת, רדיו אסטרונומיה, טלפונים ניידים, LAN אלחוטי, בלוטות', ZigBee, GPS ומכשירי רדיו דו-כיווניים כגון ניידים יבשתיים, רדיו FRS ו-GMRS, רדיו חובבים, רדיו לווייני, מערכות שלט רחוק, ADSB |
| תדר סופר גבוה | SHF | 10 | 3-30GHz100-10 מ"מ | אסטרונומיה רדיו, מכשירי מיקרוגל/תקשורת, LAN אלחוטי, DSRC, מכ"מים מודרניים ביותר, לווייני תקשורת, שידורי טלוויזיה בכבלים ובלוויין, DBS, רדיו חובבים, רדיו לווייני |
| תדירות גבוהה במיוחד | EHF | 11 | 30-300GHz10-1 מ"מ | רדיו אסטרונומיה, ממסר רדיו מיקרוגל בתדר גבוה, חישה מרחוק במיקרוגל, רדיו חובבים, נשק באנרגיה מכוונת, סורק גלים מילימטר, Wireless Lan 802.11ad |
| Terahertz או תדר גבוה במיוחד | THz של THF | 12 | 300-3,000GHz1-0.1 מ"מ | הדמיה רפואית נסיונית להחלפת קרני רנטגן, דינמיקה מולקולרית מהירה במיוחד, פיזיקה של חומר מעובה, ספקטרוסקופיה של תחום זמן טרהרץ, מחשוב/תקשורת טרה-הרץ, חישה מרחוק |
נא לשים לב לשורה התחתונה.האם זה אמילימטר-גל!
ובכן, מכיוון שתדרים גבוהים כל כך טובים, מדוע לא השתמשנו בתדר גבוה קודם?
הסיבה פשוטה:
-זה לא שאתה לא רוצה להשתמש בו.זה שאתה לא יכול להרשות את זה.
המאפיינים המדהימים של גלים אלקטרומגנטיים: ככל שהתדר גבוה יותר, אורך הגל קצר יותר, כך קרוב יותר להתפשטות הליניארית (יכולת העקיפה גרועה יותר).ככל שהתדירות גבוהה יותר, ההנחתה במדיום גדולה יותר.
הסתכל בעט הלייזר שלך (אורך הגל הוא בערך 635 ננומטר).האור הנפלט ישר.אם אתה חוסם את זה, אתה לא יכול לעבור אותו.
לאחר מכן הסתכלו על תקשורת לוויינית וניווט GPS (אורך הגל הוא בערך 1 ס"מ).אם יש חסימה, לא יהיה אות.
הסיר הגדול של הלוויין חייב להיות מכויל כך שיכוון את הלוויין לכיוון הנכון, או אפילו חוסר יישור קל ישפיע על איכות האות.
אם התקשורת הסלולרית משתמשת בפס התדרים הגבוהים, הבעיה המשמעותית ביותר שלה היא מרחק השידור המקוצר משמעותית, ויכולת הכיסוי מצטמצמת מאוד.
כדי לכסות את אותו שטח, מספר תחנות הבסיס של 5G שיידרשו יעלה משמעותית על 4G.
מה המשמעות של מספר תחנות הבסיס?הכסף, ההשקעה והעלות.
ככל שהתדירות נמוכה יותר, כך הרשת תהיה זולה יותר ותהיה תחרותית יותר.זו הסיבה שכל הספקים נאבקו על רצועות תדרים נמוכים.
להקות מסוימות אפילו נקראות - פסי תדר הזהב.
לכן, בהתבסס על הסיבות לעיל, בהנחה של תדירות גבוהה, כדי להפחית את לחץ העלויות של בניית רשת, 5G חייב למצוא דרך חדשה החוצה.
ומהן הדרך החוצה?
ראשית, יש את תחנת המיקרו-בסיס.
תחנת בסיס מיקרו
ישנם שני סוגים של תחנות בסיס, תחנות בסיס מיקרו ותחנות בסיס מאקרו.תסתכל על השם, ותחנת המיקרו בסיס זעירה;תחנת הבסיס של המאקרו היא עצומה.
תחנת בסיס מאקרו:
כדי לכסות שטח גדול.
תחנת בסיס מיקרו:
קטן מאוד.
לעתים קרובות ניתן לראות תחנות בסיס מיקרו רבות, במיוחד באזורים עירוניים ובפנים.
בעתיד, כשזה מגיע ל-5G, יהיו עוד רבים, והם יותקנו בכל מקום, כמעט בכל מקום.
אתה יכול לשאול, האם תהיה השפעה כלשהי על גוף האדם אם כל כך הרבה תחנות בסיס בסביבה?
התשובה שלי היא -לא.
ככל שיש יותר תחנות בסיס, יש פחות קרינה.
תחשוב על זה, בחורף, בבית עם קבוצת אנשים, האם עדיף תנור חימום אחד בעוצמה גבוהה או כמה תנורי חימום בעוצמה נמוכה?
תחנת הבסיס הקטנה, הספק נמוך ומתאימה לכולם.
אם רק תחנת בסיס גדולה, הקרינה משמעותית ורחוקה מדי, אין אות.
איפה האנטנה?
האם שמתם לב שלטלפונים סלולריים הייתה אנטנה ארוכה בעבר, ולטלפונים ניידים מוקדמים היו אנטנות קטנות?למה אין לנו אנטנות עכשיו?
ובכן, זה לא שאנחנו לא צריכים אנטנות;זה שהאנטנות שלנו הולכות וקטנות יותר.
על פי מאפייני האנטנה, אורך האנטנה צריך להיות פרופורציונלי לאורך הגל, בערך בין 1/10 ~ 1/4
ככל שהזמן משתנה, תדירות התקשורת של הטלפונים הניידים שלנו הולכת וגדלה, ואורך הגל הולך ומתקצר, וגם האנטנה תהפוך למהירה יותר.
תקשורת גלי מילימטר, האנטנה הופכת גם לרמת מילימטר
המשמעות היא שניתן להכניס את האנטנה כולה לטלפון הנייד ואפילו מספר אנטנות.
זהו המפתח השלישי של 5G
MIMO מאסיבי (טכנולוגיית ריבוי אנטנות)
MIMO, כלומר ריבוי כניסות, פלט מרובה.
בעידן LTE, כבר יש לנו MIMO, אבל מספר האנטנות אינו גדול מדי, וניתן רק לומר שזו הגרסה הקודמת של MIMO.
בעידן ה-5G, טכנולוגיית MIMO הופכת לגרסה משופרת של Massive MIMO.
טלפון סלולרי יכול להיות ממולא במספר אנטנות, שלא לדבר על מגדלים סלולריים.
בתחנת הבסיס הקודמת, היו רק כמה אנטנות.
בעידן ה-5G, מספר האנטנות לא נמדד לפי חתיכות אלא לפי מערך האנטנות "מערך".
עם זאת, האנטנות לא צריכות להיות קרובות מדי זו לזו.
בגלל המאפיינים של אנטנות, מערך מרובה אנטנות דורש שהמרחק בין האנטנות יישמר מעל חצי אורך גל.אם הם מתקרבים מדי, הם יפריעו זה לזה וישפיעו על שידור וקליטה של אותות.
כאשר תחנת הבסיס משדרת אות, זה כמו נורה.
האות נפלט אל הסביבה.שכן האור, כמובן, הוא להאיר את כל החדר.ולו רק כדי להמחיש אזור או חפץ מסוים, רוב האור מתבזבז.
תחנת הבסיס זהה;הרבה אנרגיה ומשאבים מבוזבזים.
אז אם נוכל למצוא יד בלתי נראית לקשור את האור המפוזר?
זה לא רק חוסך באנרגיה אלא גם מבטיח שבאזור המיועד יש מספיק אור.
התשובה היא כן.
זהיצירת אלומה
יצירת קרן או סינון מרחבי היא טכניקת עיבוד אותות המשמשת במערכי חיישנים לשידור או קליטה של אותות כיוונית.זה מושג על ידי שילוב אלמנטים במערך אנטנות כך שאותות בזוויות מסוימות יחוו הפרעות בונה בעוד שאחרים חווים הפרעות הרסניות.ניתן להשתמש ב-beamforming הן בקצוות המשדר והן בקצוות כדי להשיג סלקטיביות מרחבית.
טכנולוגיית ריבוי מרחבית זו השתנתה מכיסוי אות כל-כיווני לשירותי כיוונים מדויקים, לא תפריע בין אלומות באותו מרחב כדי לספק יותר קישורי תקשורת, לשפר משמעותית את קיבולת השירות של תחנת הבסיס.
ברשת הסלולרית הנוכחית, גם אם שני אנשים מתקשרים זה לזה פנים אל פנים, האותות מועברים דרך תחנות בסיס, כולל אותות בקרה וחבילות נתונים.
אבל בעידן ה-5G, המצב הזה לא בהכרח המצב.
התכונה המשמעותית החמישית של 5G -D2Dהוא מכשיר למכשיר.
בעידן ה-5G, אם שני משתמשים תחת אותה תחנת בסיס מתקשרים זה עם זה, הנתונים שלהם לא יועברו עוד דרך תחנת הבסיס אלא ישירות לטלפון הנייד.
באופן זה, זה חוסך משאבי אוויר רבים ומפחית את הלחץ על תחנת הבסיס.
אבל, אם אתה חושב שאתה לא צריך לשלם בדרך זו, אז אתה טועה.
הודעת הבקרה צריכה לעבור גם מתחנת הבסיס;אתה משתמש במשאבי הספקטרום.איך יכלו המפעילים לשחרר אותך?
טכנולוגיית התקשורת אינה מסתורית;כיהלום שבכתר של טכנולוגיית התקשורת, 5 G אינו טכנולוגיית מהפכת חדשנות בלתי ניתנת להשגה;זוהי יותר האבולוציה של טכנולוגיית התקשורת הקיימת.
כפי שאמר מומחה אחד-
הגבולות של טכנולוגיית התקשורת אינם מוגבלים למגבלות טכניות אלא למסקנות המבוססות על מתמטיקה קפדנית, שאי אפשר לשבור אותה תוך זמן קצר.
וכיצד להמשיך ולחקור את הפוטנציאל של תקשורת במסגרת העקרונות המדעיים הוא המרדף הבלתי נלאה של אנשים רבים בתעשיית התקשורת.
זמן פרסום: יוני-02-2021