5Gと4Gの違いは何ですか？

5Gと4Gの違いは何ですか？

今日の話は公式から始まります。

シンプルだけど魔法のような方程式です。3文字しかないので簡単です。そして通信技術の謎が込められた式だからすごい。

式は次のとおりです。

式を説明させてください。これは基本的な物理学の公式であり、光の速さ = 波長 * 周波数です。

式について言えば、1G、2G、3G、または 4G、5G のいずれであっても、すべてが独立しています。

有線？無線？

通信技術には、有線通信と無線通信の 2 種類しかありません。

私があなたに電話した場合、情報データは空気中 (目に見えない無形) または物理的な素材 (目に見える有形) のいずれかにあります。

物理的な素材で送信する場合は、有線通信です。銅線、光ファイバーなどを使用しており、すべて有線メディアと呼ばれています。

データが有線メディアを介して送信される場合、レートは非常に高い値に達する可能性があります。

たとえば、実験室では、単一のファイバーの最大速度は 26Tbps に達しました。従来のケーブルの 2 万 6000 倍です。

光ファイバ

空中通信は、モバイル通信のボトルネックです。

現在の主流のモバイル規格は 4G LTE で、理論上の速度はわずか 150Mbps (キャリア アグリゲーションを除く) です。これは、ケーブルと比較してまったく何もありません。

したがって、5Gでエンドツーエンドの高速化を実現するには、ワイヤレスのボトルネックを打破することが重要なポイントとなります。

ご存じのように、無線通信は電磁波を利用した通信です。電波も光波も電磁波です。

その周波数は、電磁波の機能を決定します。異なる周波数の電磁波は異なる特性を持っているため、他の用途があります。

たとえば、高周波ガンマ線は致死率が高く、腫瘍の治療に使用できます。

現在、私たちは主に電波を通信に利用しています。もちろん、LIFI のような光通信の台頭もあります。

LiFi（ライトフィデリティ）、可視光通信。

まず電波に戻りましょう。

電子機器は電磁波の一種です。その周波数リソースは限られています。

周波数をさまざまな部分に分割し、それらをさまざまなオブジェクトと用途に割り当てて、干渉と競合を回避しました。

異なる周波数の電波の使用

主に使用していますMF-SHF携帯電話通信用。

たとえば、「GSM900」と「CDMA800」は、多くの場合、900MHz で動作する GSM と 800MHz で動作する CDMA を指します。

現在、世界の主流の 4G LTE 技術規格は、UHF と SHF に属しています。

中国は主にSHFを使用

ご覧のとおり、1G、2G、3G、4Gの発展に伴い、使用される無線周波数はますます高くなっています。

なぜ？

これは主に、周波数が高いほど、より多くの周波数リソースを使用できるためです。使用可能な周波数リソースが多いほど、より高い伝送速度を実現できます。

周波数が高いほどリソースが多くなり、速度が速くなります。

では、5G は特定の周波数を何に使用するのでしょうか?

以下に示すように：

5Gの周波数範囲は、現在の2G、3G、4Gとあまり変わらない6GHz以下と、24GHz以上の高い周波数帯の2種類に分かれます。

現在、28GHz は主要な国際テスト バンドです (周波数バンドは、5G の最初の商用周波数バンドにもなる可能性があります)。

上記の式に従って、28GHz で計算すると、次のようになります。

それが5Gの最初の技術的特徴です

ミリ波

頻度表をもう一度表示させてください。

底値に注意してください。それはミリ波！

では、高周波は非常に優れているのに、なぜ以前は高周波を使用しなかったのでしょうか。

理由は簡単です。

– 使いたくないわけではありません。それはあなたがそれを買う余裕がないということです。

電磁波の顕著な特徴は、周波数が高くなるほど波長が短くなり、直線伝搬に近づく（回折能力が低下する）ことです。周波数が高いほど、媒体での減衰が大きくなります。

レーザー ペンを見てください (波長は約 635nm)。放たれる光はまっすぐ。ブロックすると、通り抜けられません。

次に、衛星通信とGPS航法（波長は約1cm）を見てみましょう。障害物がある場合、信号はありません。

衛星の大きなポットは、衛星を正しい方向に向けるように調整する必要があります。そうしないと、わずかなずれでも信号品質に影響します。

移動体通信が高周波帯域を使用する場合、最大の問題は伝送距離が大幅に短くなることであり、カバレッジ能力が大幅に低下します。

同じエリアをカバーするために必要な5G基地局の数は、4Gを大幅に上回ります。

基地局の数とは？お金、投資、そしてコスト。

周波数が低いほど、ネットワークは安価になり、競争力が高まります。そのため、すべての通信事業者が低周波数帯域を求めて苦労してきました。

一部のバンドは、ゴールド周波数バンドと呼ばれることさえあります。

したがって、上記の理由に基づいて、高周波の前提の下で、ネットワーク構築のコスト圧力を軽減するために、5G は新しい方法を見つける必要があります。

そして、抜け道は何ですか？

まず、マイクロ基地局です。

マイクロ基地局

基地局には、マイクロ基地局とマクロ基地局の2種類があります。名前を見ると、マイクロ基地局はとても小さいです。マクロ基地局は巨大です。

マクロ基地局:

広いエリアをカバーする。

マイクロ基地局:

非常に少ない。

現在、都市部や屋内を中心に多くのマイクロ基地局が見られるようになりました。

将来、5​​G に関しては、さらに多くのものが登場し、ほぼすべての場所に設置されることになります。

これだけ多くの基地局が周辺にあると、人体に影響はありますか?

私の答えは–いいえです。

基地局が多ければ多いほど、放射線は少なくなります。

考えてみてください、冬に人が集まる家では、強力なヒーターを1つ使用するのと、低電力のヒーターをいくつか使用するのとではどちらが良いでしょうか。

小型基地局、低消費電力で誰にでも適しています。

大規模な基地局のみの場合、放射が大きく、遠すぎると信号がありません。

アンテナはどこですか？

昔の携帯電話のアンテナは長く、初期の携帯電話のアンテナは小さかったことに気づきましたか?なぜ今アンテナを持っていないのですか？

アンテナが必要ないわけではありません。それは私たちのアンテナが小さくなっているということです。

アンテナの特性によると、アンテナの長さは波長に比例する必要があり、約 1/10 ~ 1/4 の間です。

時代の変化に伴い、携帯電話の通信周波数はますます高くなり、波長はどんどん短くなり、アンテナも高速化していきます。

ミリ波通信、アンテナもミリ波化

これは、アンテナを完全に携帯電話や複数のアンテナに挿入できることを意味します。

これが5Gの第三の鍵

Massive MIMO (マルチアンテナ技術)

MIMO、つまり多入力多出力。

LTE時代にはすでにMIMOはありますが、アンテナ数はそれほど多くなく、MIMOの前身としか言いようがありません。

5G 時代では、MIMO テクノロジーは Massive MIMO の拡張バージョンになります。

携帯電話には、基地局は言うまでもなく、複数のアンテナが詰め込まれている場合があります。

以前の基地局にはアンテナが数本しかありませんでした。

5G時代のアンテナ数は、本数ではなく「アレイ」アンテナアレイで測ります。

ただし、アンテナ同士を近づけすぎないようにしてください。

アンテナの特性により、マルチ アンテナ アレイでは、アンテナ間の距離を半波長以上に保つ必要があります。それらが近づきすぎると、互いに干渉し、信号の送受信に影響を与えます。

基地局が信号を送信するとき、それは電球のようなものです。

信号は周囲に放射されます。明かりとしては、もちろん部屋全体を照らすことです。特定の領域またはオブジェクトを説明するだけの場合、ほとんどの光が無駄になります。

基地局は同じです。多くのエネルギーと資源が浪費されます。

では、散乱した光を縛る見えざる手を見つけることができるでしょうか?

これにより、エネルギーが節約されるだけでなく、照らされる領域に十分な光が確保されます。

答えはイエスです。

これはビームフォーミング

ビームフォーミングまたは空間フィルタリングは、指向性信号の送信または受信のためにセンサーアレイで使用される信号処理技術です。これは、アンテナ アレイ内の要素を組み合わせて、特定の角度の信号が建設的干渉を受け、他の角度の信号が破壊的干渉を受けるようにすることによって実現されます。送信側と受信側の両方でビームフォーミングを使用して、空間選択性を実現できます。

この空間多重化技術は、全方向信号カバレッジから正確な指向性サービスに変化し、同じ空間内のビーム間で干渉せず、より多くの通信リンクを提供し、基地局のサービス容量を大幅に改善します。

現在のモバイルネットワークでは、2 人が向かい合って電話をかけても、制御信号やデータパケットなどの信号は基地局を介して中継されます。

しかし、5G時代になると、必ずしもそうではありません。

5Gの5番目の重要な機能 —D2Dデバイスtoデバイスです。

5G 時代に、同じ基地局の下で 2 人のユーザーが通信すると、データは基地局を介して転送されなくなり、携帯電話に直接転送されます。

このようにして、多くの航空資源を節約し、基地局への圧力を軽減します。

しかし、この方法で支払う必要がないと思うなら、あなたは間違っています。

制御メッセージも基地局から送信される必要があります。スペクトル リソースを使用します。オペレーターはどうしてあなたを手放すことができたのですか?

通信技術は謎ではありません。通信技術の最高峰である 5G は、到達不可能なイノベーション革命技術ではありません。それは、既存の通信技術の進化です。

ある専門家が言ったように—

通信技術の限界は、技術的な限界にとどまらず、厳密な数学に基づく推論であり、すぐに破ることは不可能です。

そして、科学的原理の範囲内でコミュニケーションの可能性をさらに探求する方法は、コミュニケーション業界の多くの人々のたゆまぬ追求です。