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從1G到5G手機上網發生了哪些變化?簡述網絡時代發展史

2020-02-09  q1338
從1G到5G手機上網發生了哪些變化?簡述網絡時代發展史

現在我們使用手機看一條5分鐘的視頻

大約用掉45M的流量

而網速則至少150KB/S才能流暢播放

這些視頻數據從它的服務器送往離你最近的基站

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也就是我們經常在路上看到的鐵塔

它會調制這些數據

再通過天線發送電磁波信號

你手機的天線會收到這些數據

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解調收到的信號

由基帶處理器轉換成二進制數據存入內存

CPU會將這些數據幀解碼

這條視頻就可以在你的手機上播放了

而手機使用的通信標準就直接影響你的上網體驗

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1979年日本NTT部署了第1個1G通信標準的網絡

1G網絡把人說話的聲波疊加在無線電載波上

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這種信號也被稱為模擬信號

只能用來打電話

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那個時代手機就是大哥大

90年代開始通信技術進入2G時代

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模擬信號被0和1組成的數字信號取代

手機可以上網

很長一段時間

手機的網速只有每秒40KB左右

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用手機偷菜的時候只有文字

這是因為2G網絡的帶寬太小

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這張圖中我們用不同的顏色標注出不同無線通信技術使用的頻段

無線通信必須在規定好的頻段內進行

每個頻段占用一段連續的電磁波譜

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然后被分為多個信道

而帶寬指的是信道所允許的最高頻率和最低頻率的差

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就像管道越寬水流量越大一樣

根據香農-哈特利定律

帶寬越大網速越快

GSM的帶寬只有200KHz

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把3G通訊標準CDMA則達到5MHz赫茲相差25倍

這樣你的網速從2G時代的40KB/S進化到以Mb為單位

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而4G時代帶寬被提升到了20MHz

配合更加高效的調制方案

提升頻譜效率

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4G可以提供每秒100Mbps以上的網速

網絡的進步和移動應用的發展是互相推動的

智能手機的出現

促成了3G網絡2009年在中國的大規模商用

而4G網絡則帶動了近兩年來短視頻應用的增長

如今手機應用對網絡的性能又提出了更高的要求

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比如實現3D結構光視頻通信

將你的三維形象傳輸到對方的屏幕上

就需要近1Gbps的帶寬

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而物聯網自動駕駛等業務

還對網絡的容量和延遲有很高的要求

5G網絡應運而生

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首先為了實現最高20Gb/s的網速

5G必然要進一步提高帶寬到1GHz以上

但是6GHz以下沒有足夠的空余來安放帶寬如此龐大的頻段

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因此5G網絡使用了波長在1~10毫米的高頻電磁波也稱毫米波

那么問題來了

毫米波雖然可以帶來更快的網速

但短波的掩飾能力很差

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長距離信號衰竭也很嚴重

這時候我們就需要將電磁波的能量更加集中的利用起來

直接發往接收方的方向

就像一個普通的燈泡換成手電筒一樣

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為此5G引入了相控陣天線來配合毫米波

與傳統的一根天線發射

另一個天線接收不同

相控陣天線上有多根天線

因此可以通過干涉增強特定方向的信號

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干涉指的是兩列以上的波在空間上產生疊加形成新波的現象

電磁波也是一種波

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天線陣列的每一根天線都可以調節自己發射的電磁波的相位

在空間中形成干涉

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實現波束成型

這樣不但提高能量效率

還可以降低不同用戶之間通信的互相干擾

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允許單一基站接入海量的設備

提升基站容量

使物聯網真正成為可能

比起帶寬和容量

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延遲可能是5G真正讓人的震撼的地方

單天線系統發射的電磁波會因為建筑反射的原因引起干涉

進而導致信號衰落

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這就需要交織編碼來改善衰落導致的信號差錯

這一過程會產生至少33s的延遲

5G的相控陣天線

由于有多個天線組成陣列

可以大大減少由于隨機的干涉而產生的衰落

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因而簡化交織編碼過程

將延遲降低到1ms

5G雖然帶來了巨大的性能提升

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但射頻芯片、天線和相關算法的升級也大幅提升了研發難度

帶來諸如手機自干擾、毫米波球面覆蓋等技術問題

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這也給移動終端廠商提出了更大的挑戰

云游戲讓大量數據在云端被計算再傳輸回手機

從1G到5G手機上網發生了哪些變化?簡述網絡時代發展史

用手機就能流暢體驗3A大作

3D全息影像等各類技術也終于有機會真正落地

5G手機將成為萬物互聯的中樞

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