通讯概念

之前对5G的概念了解的不是很透彻，在我搜索相关资料的时候看到了一篇很好的文章，让我对5G有了很深入的了解，所以我通过此文进行了一些整理，存留下来能够随时查看。

首先，引入一个公式
$$c=\lambda \nu$$即：光速=波长*频率。

可以说无论是有线网络，还是1G、2G、3G 、4G、5G无线网络，都跟这个公式有很大的联系。

而1-5G种的G指的不是频率的大小，而是Generation，也就是“代”的意思。是从1代通讯技术发展到第5代通讯技术。

有线和无线

如果用形象一点的话来形容当前的有线和无线的通讯速度来说，可以说无线通信就是汽车，有线通讯就是飞机的速度吧。

有线通讯主要是靠光纤，铜线，或光纤铜线混合传输信号进行通讯的，主要包含光信号和电信号，目前长、远距离通讯主要依靠光纤通讯以光纤为例，在实验室中，单条光纤最大速度已达到了 26Tbps。是传统网线的两万六千倍，光波频率可从10¹⁴-10²⁰Hz。

无线通讯目前依靠的是无线电波通讯，1G-5G依靠的基本上都是无线电波通讯，然而无线电波的频率只能从10⁶-10¹⁰Hz。当然也有一些光波通讯技术在慢慢发展起来，例如LIFI光波通讯技术。

无线电通信

下面主是目前主流的无线电波通讯技术，无线通信主要包括下面几种

名称	符号	频率(Hz)	波段	波长（米）	用途
极低频	ELF	3-30	极长波	100兆-10兆
超低频	SLF	30-300	超长波	10兆-1兆
特低频	ULF	300-3K	特长波	1兆-10万
甚低频	VLF	3K-30K	甚长波	10万-1万	海岸潜艇通信 ，远距离通信 ，超远距离通信
低频	LF	30K-300K	长波	1万-1千	越洋通信 ，中距离通信 ，地下岩层通信 ，远距离导航
中频	MF	300K-3M	中波	1千-1百	船用通信 ，业余无线电通信 ，移动通信，中距离导航
高频	HF	3M-30M	短波	1百-10	远距离短波通信，国际定点通信，移动通信
甚高频	VHF	30M-300M	超短波	10-1	电离层散射，流星余迹通信，人造电离层通信，对空间飞行体通信，移动通信
特高频	UHF	300M-3G	分米波/微波	1-1分	小容量微波中继通信，对流层散射通信，中容量微波通信，移动通信
超高频	SHF	3G-30G	厘米波	1分-1厘	大容量微波中继通信，移动通信，卫星通信，国际海事卫星通信
极高频	EHF	30G-300G	毫米波	1厘-1毫	再入大气层时的通信，波导通信
至高频	THF	300G-3T	丝米波	1毫-1丝

$$表-不同频率电波及其用途$$

表格中标黄的部分基本上就属于我们日常用于手机通信的波段范围，属于中频~超高频。

例如GSM900即为：GSM工作在900MHz的频段；CDMA800即为：CDMA工作在800MHz的频段。

1G：主要有：AMPS、NMT、TACS等通讯制式。典型手机：大哥大。
2G：主要有：GSM、TDMA、CDMA、PDC与iDEN等通讯制式。典型手机：诺基亚直板按键，翻盖系列。
3G：主要有：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX等通讯制式。典型手机：联想、小米等。
4G：主要有：LTE、TD-LTE、FDD-LTE通讯制式。典型手机：目前Android、ios、windows移动设备。
5G：主要有：混合DD(TDD和FDD)通讯制式。典型手机：小米mix3 5G，华为mate20X 5G等。

全球主流的 4G LTE技术标准，就属于特高频和超高频的频段。

随着1G-4G的发展，使用频率是越来越高的，这主要是因为频率越高，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。

更高的频率=更高的资源=更快的数据传输速度

5G

随着通讯技术的发展，5G的通讯技术也将会得到广泛的覆盖和支持。

5G的频率

5G的频率范围具体分为以下两种：
一种是 6GHz 以下，这个和目前我们的 2/3/4G 差别不算太大。还有一种，就很高了，在 24GHz 以上。

国际上主要使用 28GHz 进行试验（这个频段也有可能成为 5G 最先商用的频段）。

如果按 28GHz 来算，根据开头我们提到的公式：

好啦，这个就是 5G 的第一个技术特点——毫 米 波。

为什么以前的时候不用毫米波进行无线通信呢？
原因很简单——不是不想用，是用不起。

电磁波的显著特点：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。 频率越高，在传播介质中的衰减也越大。

激光笔（波长 635nm 左右），射出的光是直的吧，挡住了就过不去了。
再看卫星通信和 GPS 导航（波长 1cm 左右），如果有遮挡物，就没信号了。
卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向，否则哪怕稍微歪一点，都会影响信号质量。

移动通信如果用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短， 覆盖能力大幅减弱 。

覆盖同一个区域，需要的 5G 基站数量，将大大超过 4G

频率越高，波长越短，覆盖距离相同的情况，需要的基站数量就会大大增加，大大提高了基站建设的投资成本。
频率越低，波长越长，覆盖的距离就远，相对基站建设投资成本就低。

所以基于5G的原理，现在的基站设备就做的越来越小，变为微型基站，安装便携，功率小，随处可见。功率小，辐射小，对人体造成的辐射影响就相对更小一些。

5G的天线

根据天线特性，天线长度应与波长成正比，大约在 1/10~1/4 之间。
$$天线长度=\frac{波长}{10}-\frac{波长}{4}$$

随着通信技术的迭代发展，我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也就跟着变短。
毫米波通信，天线也变成毫米级。
这就意味着，天线也可以塞进手机里面，而且能塞入很多。

5G的数据传输

在目前的移动通信网络中，即使是两个人面对面拨打对方的手机（或手机对传照片），信号都是通过基站进行中转的，包括控制信令和数据包。。。

而在 5G 时代，这种情况就不一定了。
5G相对以前，增加了这样一种功能：D2D，也就是 Device to Device（设备到设备）。

Ｄ２Ｄ技术：
5G 时代，同一基站下的两个用户，如果互相进行通信，他们的数据将不再通过基站转发，而是直接手机到手机。

这样，就节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。
不过，这样还是一样需要付费的。但是价格相对以前肯定会更加便宜。

参考文献：

1. http://www.ifanr.com/1149419 第一次有人把 5G 讲的这么简单明了
2. http://wemedia.ifeng.com/66089451/wemedia.shtml 12345G网络究竟有什么不同
3. https://wenku.baidu.com/view/9235d19c376baf1ffd4fad98.html 电磁波频段分配