5G 很屌吗？
时间：2021-09-03 10:13:02
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[导读]5G这么火它到底是什么？为什么那么屌？看完就全知道了引入从2020年初开始，5G好像一下子变得和新冠一样出名了今年是5G商用的元年从国家战略到百姓茶余饭后，5G被广泛谈及，而且被赋予能改变世界的极大希望国家层面，5G工业互联，5G新基建，5G车联网，5G一切（有点地摊大饼加一切的...
引入
从 2020 年初开始，5G 好像一下子变得和新冠一样出名了今年是 5G 商用的元年从国家战略到百姓茶余饭后，5G 被广泛谈及，而且被赋予能改变世界的极大希望国家层面，5G 工业互联， 5G 新基建，5G 车联网，5G 一切 （有点地摊 大饼加一切 的意思）百姓层面，5G 手机来了，用 5G 能秒传电影、5G 玩游戏超顺畅例如，一部 2G、3G 大小的电影，用 5G 网络 秒秒钟 就能下载下来5G 如此神奇的说，那到底 5G 是个什么东东呢？能讲明白的人应该是极少数的本文用拆解 图解的方式，用最简单、易懂的语言把屌爆 的 5G 呈现出来看完本文，你就全明白了 什么是 5G ? 为什么这么屌？渊源
曾经的曾经，人们之间传递信息基本靠吼、靠飞鸽、靠狼烟烽火、靠书信到后来，一个叫麦克斯韦的外国老头，发现空气中有一种看不见摸不着的东西这种东西跑的比飞鸽快多了，能和光一样快和光一样快有多快呢？就这么说吧，人家绕着地球跑一圈只需要 0.13 秒是不是惊掉下巴了？你没有看错，就是大写的 0.13 秒也就是说，这个玄幻的东西，1 秒钟可以绕着地球跑 7 圈还多你肯定会说了：别闹，这不是说胡话吗，看不见？摸不着？还跑的快的没影？后来人家老头又说了，这玩意不但跑的飞快，还能带着信息跑大家不信归不信，但是也有少数老头的信徒信了，拿来试了试这一试，可了不得了，离得老远的距离，这头打一个字，那头马上能清楚的看到了看来人家老头还真不是半夜说梦话，真是有这么个东西存在后来老头管这玩意叫 电磁波 傍上跑这么快的大佬，通信的发展就开始起飞了一开始通过电磁波发电报，到后来就是人们比较熟悉的 2G ，再后来出了 3G， 又后来出了 4G有些人问娃紫，你搞 5G，这个 G 是什么意思呢？为什么不叫 2A, 3B, 4C, 5D 呢？其实很简单，这个 G 是英文 generation 的第一个字母，表示一代的意思2G 就是第二代，3G 就是第三代，这么说多明白，非得搞个外文拽一下，搞的很高深的样子好像不把人拽迷糊了，就称不上高科技似的为什么没有 1G 呢？其实是有的，只不过离我们比较久远而已，听说过 大哥大 吗？这哥们真有大哥的范，即能远距离通话，还能当搬砖防身，别在腰上还能显摆一下，果真多功能机80、90 年代，一个这家伙得大几千块，甚至上万块有没有这玩意，成了暴发户爆没爆起来的标志因此，大哥大 也就成了 1G 的代名词后来 2000 年左右的 2 代，2008年左右出了 3 代，2014年出了 4 代，就这样一代一代的演进到现在的 5 代规则
社会很复杂，但凡是人与人交往，都是有规矩的，不守规则可是行不通的通信就是用来满足人与人之间交往的工具，所以自然少不了规则移动通信繁琐复杂，为了用最简化的人话把通信讲清楚，将通信比较交通来讲述遵守规则的手机才能撩美女/ 帅哥，只要你知道号码，不守规则是撩不了的和交通一样一样的，车辆要么都贴右边走，要么都贴左边走，反正得遵循一样的规则不然，往哪开的车都有，肯定就撞乱套了，所以，和交通一样，通信也是要制定通信规则的全世界给移动通信制定规则的组织有好几个，比较有名的有 3GPP, 3GPP2, ITU 等，最有名的就是这个 3GPP每年来自全世界搞通信的公司都派代表聚集到一块吵架，不，是讨论一个议题一个议题 的讨论，最后多方举手达成一致，确定好每一条细致的通信规则然后把确定的规则写成文章发往全世界再然后，全世界的通信公司就按这个规则生产手机、基站、智能手表、路由器等等等设备了之前的 2G, 3G, 4G 的规则都是这么来的，当然 5G 也是这么搞出来的屌爆
前面做了这么多的铺垫，终于到本文的正题了5G 和前面的 4G 相比主要有这么几个大方面的提升- 传输的速度快了，还记得秒传高清电影不？
- 时间延迟低了，到底多低，毫秒级，下面详谈
- 能连接的手机数量多了，到底能连多少个？下面详谈
- 用户体验，秒传高清电影
- 连接密度，1 平方米可以放一个手机
- 时延，消息从发送到接收是毫秒级的（须知1 秒 = 1000 毫秒）
- 移动性，在 500 公里每小时的火车上，高清晰电影照看不卡（现在最快的高铁时速为 350 公里每小时，打电话仍还会卡顿）
- 峰值速率20Gbps，概念就是如果是峰值速率，1 秒钟能下载 10 部高清电影
- 流量密度，30T 每平方公里，概念就是支持 1 平方公里内 1 秒钟能传 600 万张图片，或者 600 万首歌曲，或者秒传 20000 部 《红楼梦》长度的小说
大带宽
在 4G 时代，手机的通信带宽是 20M, 也就是说现在的绝大多数手机就是在 20M 的宽带上刷剧、打的游戏什么是 20M 带宽？还记得前面说的麦克斯韦那老头发现的电磁波吗？在交通中，道路的宽度是用 米 来衡量的， 路宽 3 米，路宽 5 米人们对电磁波的衡量是按带宽来衡量的，因此 20M 就是个电磁波里的量而已，和 路宽3 米一样的概念到了 5G ，手机最大可以在 100M 带宽上传电影、刷电视剧5G 和 4G 相比整整提升了 5 倍就像原来 3 米宽的单行道，现在一条单行道修到了 15 米宽高密度
这个密度指的是基站的密度，也就是 1 平方公里范围内基站的数量基站这个概念对于非通信专业的人来说，应该不太了解先科普一下基站这个概念，基站就是长这么个样子的多天线
多天线技术在 4G 时就引入了，只是当时基站一侧天线数量普遍还比较少一般基站侧为 8 根，手机端天线数只有 1-2 根看官是不是转着手机找天线呢？不用找了，随着天线技术的演进，天线都集成到了手机内部了不像以前的手机，天线是露在外面的上图对比一下，看中间曾经的诺基亚神机到了 4G、5G 时代，手机的天线基本就是最右边图中绿色贴片的样子了，在外面是看不到的天线是干啥的呢？几乎所有数据的发送都是要通过天线发射出去的连孩儿的遥控汽车都不例外的，如果没有天线，遥控的距离就大大的缩水了为了方便表述，我们假设每根天线能传输 1 路数据如果手机里面集成了 1 片天线，就只能收、发 1 路数据如果手机里面贴了 2 片天线，就能同时收、发 2 路数据了现在，在 5G 最新的手机里面贴了 4 片天线，因此，最多可以同时发 4 路数据如此算来，那 5G 比 2G、3G 时代手机就又快了 2-4 倍再来看一下基站一侧的天线情况还是直接上图说话吧
波束赋形
什么叫波束赋形？简单的说，就是将信号对准目标方向发射在 2G, 3G 中信号都是向四面八方发射的，不管接收信号的对象在哪4G 里大部分信号也是这样毫无目标的发射的这就会导致一个问题，信号能量有限，跑不远同样的一锅粥，分成 8 份和分成 1 份相比，哪种情况分得粥多？显然，是分成一份的时候分得的多，分 8 份只能得 八分之一， 分 80 份就只能得到 八十分之一了波束赋形和向四面八方发射信号就像分粥一样波束赋形中，发射信号的能量都集中在一个方向四面八方发射中，信号的能量被分成了无数份，每一份的能量就极大的衰弱了主席曾说过：伤其十指，不如断其一指只在目标方向上发力，不四面出击，波束赋形就是这个意思直接上图对比说明吧服务下沉
这个技术在行业里叫作 边缘计算， 英文叫 MEC, 听起来是不是很屌这是个怎么回事呢？容我慢慢道来以前的数据传输是这样的画风，直接上图- 手机发送要看电影的请示“我要看《金刚川》”
- 你的请示从手机发出去以后，下一站是基站
- 基站经过层层网关再把你的请示发送到核心网
- 核心网再把你的请示经过网关、防火墙发到因特网上
- 因特网根据你的请示把内容找出来，再按原路返回来
编码升级
用快递运送易碎物品时，要在箱子里加很多细软的东东，泡沫板、气泡膜等，防止道路颠簸，导致物品损坏画风是这个样子的设计升级
对 5G 拆解到这，基本上也拆的差不多了，再有就是比较抽象的了你会说 5G 也太简单了吧，就这么点东西这是娃紫绞尽脑汁，把问题都简单化，用个例子类比一下，还有些具体的细节提升，非常抽象的不太好讲清楚的细节就不讲了，容易绕迷糊了独孤九剑学个 7 成基本上就能算高手了5G 了解到这些，能说明白，你就已经不简单了再说一说这个比较抽象的 设计升级在通信中要传输的数据不仅仅是你关心的影片，还要有控制数据什么叫控制数据呢？比如上节中，你发上去的“我要看金刚川”的请示就是控制信号这类信号也是要占带宽资源的，但是它没有给你提供需要的东西打个比方，公交车是用来运送乘客的，但是并不是车内所有的座位都是给乘客用的还有司机、乘务人员、安保人员这些人也是要占一些座位的，但是这些人不能算是乘客5G 里面的控制信号就像是公交车里的乘务人员乘务人员越多，能载的乘客就越少而希望的是乘务人员越少越好，那样，能载的乘客就会越多5G 的设计也是按这个朴素的思想来的，看看，也挺简单的基于这个原理，上面开 3GPP 会议的人就开始盘算了，怎么能将控制信号缩减到最少，这样在带宽一定的情况下，能传输的有用的数据就会多了在经过不断的争吵后，将 2G, 3G, 4G 中一些控制性的信号就和平的砍掉了重新设计数据的调度方法和资源结构，最大限度的减少控制的数量，使传输有用数据的资源就相对变多了以参考信号为例表述，一些参考信号进行了重新设计和升级直接上图写在结尾
5G 性能屌到爆基本上就是从这些地方作的改进总结起来主要这么几点：- 道路弄的宽了，带宽变大了
- 基站的密度变大了，间距变小了，信号变好了
- 天线数量变多了，同时能传的路数变多了
- 将波束对准目标，传得远且信号好
- 服务下沉到离你最近，节省传输的时间
- 编码升级，道路状况好的时候，箱子里放的泡沫板少了
- 设计升级，把公交车上的乘务人员数量减少，容纳的乘客就多了
我是张巧龙，一名教电子的大学老师，欢迎关注！
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