关于 5G 的真相，很少有人知道！看了你就明白了

我们探讨一下5G到底是什么，它是如何工作的，以及它的一些真正问题。今天，我们将了解一些有关数据传输科学的有趣的事情，以及我们通过空中传输数据的能力在过去40年中是如何发展的。

数百年来，我们一直使用不同波长的电磁辐射来传输信息。在古希腊，他们用信号火、用可见光传递信息。今天，我们通过光纤电缆用光发送信息。这些电缆能够承载大量信息，是互联网的基石，但我们无法将所有设备连接到它，因为许多设备需要无线连接。为了使无线数据传输成为可能，需要开发蜂窝网络，这一切都始于1979年的日本，第一代蜂窝网络，我们现在称之为1G。它始于东京，那里的大功率无线电发射塔将直接与安装在汽车上的电话进行通信。这些塔使用的无线电波的频率在电磁频谱上，只是简单地以模拟方式传输数据。让我们看看如何使用载波频率传输模拟数据。

假设我们想要声波，一个100赫兹的简单正弦波。我们想把它应用于850兆赫的波，这是一种频率明显更高的波。我们可以通过振幅调制或频率调制来实现这一点。调幅和调频。你肯定在广播电台听过这些术语。AM将数据应用于载波频率的振幅，因此它将改变载波频率的振幅，就像这样，基本上跟踪原始波的波峰和波谷。FM将数据应用于载波的频率，如下所示。改变波峰之间的距离以追踪原始波。要使用此方法转接呼叫，你需要一个专用频带，由使用的最低和最高频率定义。如果其他用户在同一塔上使用该频段，则需要使用不同的频段。你拥有的频率越多，电视塔能处理的电话就越多。这是带宽。随着用户数量的增加，系统的功能不断扩展。增加更多的频率以增加带宽是一种选择，但增加频率会带来困难。频率需要获得许可，而且存在大量竞争。气象雷达、军事通信和安全系统、全球定位系统、电视广播、广播电台、射电天文学、航空系统和空中交通管制。他们都需要自己的频段。为了获得新的频段，公司往往不得不进行拍卖，并以巨额资本投资购买许可证。每一代新一代的手机网络都是如此。但是这些年来，为了把更多的数据塞进一个单一的频带，做了很多工作。增加可以使用相同频带的用户数量可以像增加塔的数量一样简单。与其使用一座高功率塔覆盖整个城市，还可以使用多座低功率塔。然后可以将频带分配给每个塔范围内的各个客户，而不会干扰相邻小区中的同一频带。这增加了网络可以支持的用户数量，但并没有提高数据传输速率。在最好的情况下，1G的速度是每秒2.4千比特，但用每秒比特数来描述它有点违反直觉，因为正如我们所说，它是在模拟环境下工作的。位是数字数据的单位。随着全数字系统的引入，2G开创了移动电话的新时代。对二进制数据进行编码，而不是将模拟信号编码到频带中。如果你和我一样，这是你第一次体验手机网络。

传奇的诺基亚3310。当然它可以打电话，但数字数据允许一种新的通信形式。这是一个新语言诞生的时代。发短信说话。发明的一种胡言乱语，可以限制在160个字符以内，并防止移动网络提供商向你收取两条短信的费用。在英语中，160个字符文本中的每个字符都用7位编码。因此，160个字符的文本包含1120位。当2G首次引入时，它可以达到约9.6kbit/秒。它可以轻松处理1120位的文本消息。但2G时代一直持续到第一部Iphone发布，由于通用分组无线交换或GPRS（有时被称为2.5G）等互联网协议的改进，速度已提高到200千比特/秒。到iPhone2发布时，3G已经成为新的热门话题。3G引入了额外的频段，据估计，仅在欧洲，公司就在拍卖中支付了1000多亿美元来获得新的频段。但3G也改变了系统，充分利用了GPRS使用的数据包交换方法。分组交换使成千上万的客户能够更有效地共享许多不同的频带。在这里，数据被分成小数据包。每个数据包都包含一个报头，其中包含目的地的地址以及如何重新组装数据包的信息。将数据拆分为更小的比特大小的数据块可以让我们更好地利用可用的频带。我们可以将数据分割成小块，并在出现小可用性时跨多个不同的频带发送，而不是试图在单个频带上找到大的可用性差距。就像从在一条道路上发送一辆大卡车的数据，转变为在交通量最少的道路上发送数千名摩托车信使一样。这使得我们对频带容量的利用更加有效，并允许我们携带更多数据。随着时间的推移，这些协议得到了改进，允许更有效地使用带宽。在2005年，HSPA的高速数据包接入被引入，你可能已经看到它在你的手机上被表示为H+，它将速度提高到42 MBPS。标签为3.5G。4G引入了一种称为长期演进（Long Term Evolution）或LTE的新技术，它引入了更多的频段，如先前用于模拟电视广播的700 MHz频段。它还介绍了一种通过正交频分复用（OFDM）在现有频段压缩更多数据的新方法。OFDM允许我们发送更多的数据。你可能熟悉建设性干涉和破坏性干涉的概念。两个波相遇可以合并，或者增强或者抵消彼此的振幅。为了防止这种情况，传统上必须随着时间的推移将信号分离出来以防止干扰，但OFDM允许信号压缩在一起并重叠，从而允许在较短的时间内发送相同数量的数据。当信号到达时，它们被分离出来并再次转换成二进制数据。老实说，我们可以在没有有线连接的情况下在手机上播放高清电影，这一事实应该对普通人来说似乎是魔法。

它已经变得如此先进，以至于我们现在正在努力在不增加新频段的情况下提高速度，但可用的频率却不多，因此网络提供商现在正在进入廉价品箱，拿出没有人愿意使用的频率。高频毫米波。对于这些类型的应用，通常避免使用高频波。高频波不太擅长传播。它们几乎被任何东西都挡住了，包括雨水，把它们想象成可见光。除非你用手电筒直视，否则你看不见它。为了解决这个问题，网络供应商需要安装大量的发射机。研究估计，要将100 Mbps的下载速度提高到72%的人口覆盖率，将1 Gbps的速度提高到55%的美国人口，大约需要1300万个安装在28 GHz公用电杆上的基站，成本为4000亿美元。 拥有这么多的基站将有助于缓解单一频段的拥塞，但5G也将使用大规模mimo。或者大规模的多输入多输出。这些基本上只是一组天线，它们收听和广播相同的频带。这会造成干扰，但5G也在考虑使用波束形成技术，这将允许天线对准你的手机，而不是向各个方向广播信号。再加上高频电波可以传输更多数据，这意味着5G在美国的传输速度将达到1800 Mbps。更高的频率可以携带更多的信息，因为将信息编码到波周期中。我们对频率的测量是赫兹，但所有1赫兹实际上意味着每秒有1个波周期到达我们，10赫兹意味着每秒有10个波周期到达我们。190兆赫意味着每秒有1.9亿个波周期到达。因为我们将信息编码到波周期中，这意味着我们可以将更多信息编码到更高频率的波中。到目前为止，我们使用的频率在700兆赫到2500兆赫之间。所以每秒有7亿到25亿的波动周期。然而，5G希望使用高达90千兆赫兹的频率。也就是每秒900亿个波周期。这有个一个重大的进步。5G将允许更高的下载速度和更低的延迟。对于像自动驾驶汽车这样的时间关键型技术来说，这将是一个巨大的挑战。自动驾驶汽车需要在网络中的车辆之间进行快速通信，并允许更多的设备加入网络。创建物联网。5G有很大的潜力，它并不危险。电磁光谱从最左边的伽马辐射开始，伽马辐射的频率很高，波长很短。更高的频率和更短的波长等于更高的能量。这里有什么你需要担心的，那就是电离辐射。这意味着它会移除电子并破坏DNA之类的东西，但5G一直朝着较低的能量频率运行。像可见光和微波一样，这些波长的光束有可能产生足够高功率的加热。5G实际上处于合理性领域。

拒绝系统中使用了高功率的95 GHz波束，因为这只会让接收端的人感觉就像有人在他们面前打开了一扇烤箱门，如果暴露时间足够长，可能会灼伤人。这很不舒服，是为了驱散人群。这基本上是一束95千兆赫的聚焦光束，类似于一个巨大的放大镜，用来聚焦光线以燃烧一张纸。因为正如可见光可以被用来加热一样，这些波长在足够高的功率和强度下也可以被使用。正如我们前面所说的，这些频率被雨水阻挡，因此它们肯定不能穿透你的皮肤，而这些发射机根本没有能力造成伤害性的发热。

它们只是功率太低，而且有大量研究表明它们没有害处。如果你用这种方式害怕5G，你可能会害怕路灯，因为它们发射更高的能量频率。每天像这样的技术看起来都很神奇，直到你将这些层剥离到它们最早的迭代，发现它们只是多年来问题解决的产物，每一代人都会增加复杂性。