5G凭什么比4G快那么多?

你。 提交于 2020-02-11 14:38:44

5G是继4G之后的第五代移动通信技术,具有光纤般的接入速度。
跟4G比,传输速率更高、网络容量更大。可以同时链接千亿个设备,
是目前全球最快的网络,该技术将在中国首先普及!
据最新测试显示,5G的网速峰值已达到每秒10G!  而号称智能手机标配的4G也才每秒100M的速率,5G网速差不多是4G的100倍!
那为什么5G能这么快呢?


我们还要从香农公式说起。

顾名思义,这个香农公式当然是香农提出来的,那这个香农是什么人呢?
香农是是美国数学家、信息论的创始人。麻省理工学院硕士和博士学位,贝尔实验室工作。香农提出了信息熵的概念,为信息论和数字通信奠定了基础。

无线上网的“网速”,与通信专业中的“信道容量”有关。所谓信道是指信号在通信系统中的传输通道,可以是电线、光纤,也可以是空气中的电磁波。“信道容量”即信息在该通道中传输速率的上限。

简单来说,信道就像城市道路,信号就像汽车。一条道路上的车流量会受到道路宽度、车辆速度等因素的制约,任何道路都不能无限增加车流量;同样,任何信道也不可能无限增加信息的传输速率。

描述信道容量的公式被称为“香农公式”,这个公式如下:

从以上公式可以看出,决定网速上限的因素有两个:信道带宽B和信噪比S/N。前者指的是能够有效通过信道的信号的最大频带宽度,后者即信号功率和噪声功率的比值。

有了这个限制,想要提高网速,就需要提高信道带宽B,或者提高信噪比,或者同时提高这两个因素的值。
有了香农公式,我们就可以理解为什么5G的网速那么快了。

载波频率

5G载波的工作频率分为两种。一种是在6吉赫兹以下的厘米波,另外一种是在30吉赫兹左右的毫米波(注:1吉=1,000,000,000)。对于厘米波来说,信道带宽最大可以做到100兆赫兹,这是4G的20兆赫兹最大信道带宽的5倍;对于毫米波来说,信道带宽可以达到400兆赫兹左右,是4G的带宽的20倍,所以毫米波5G网速能比4G提高大约20倍。因为根据香农公式,在相同信噪比的情况下,决定5G网速的主要因素就是信道带宽。

为什么4G载波的最大带宽是20兆赫兹,5G载波的最大带宽为100兆赫兹甚至400兆赫兹呢?这是由国际电信联盟根据电磁波的实际使用情况而划分的国际标准。为什么以前不发展5G无线通信?这是因为5G载波对硬件有更高的要求,以前的芯片与算法尚不成熟,而现在这些技术都已经成熟了。

信噪比

还有一个问题是,根据香农公式,提高信噪比也可以提高网速,那么为什么不这样做呢?因为信噪比实际上取决于5G基站的信号发射功率——在一定程度上,发射功率取决于每天要花费的电费(据估算,一个5G基站每年的电费大概是30万元,而4G基站每年的电费是10万元)。因此,要提高信噪比,就要加大发射功率,就需要消耗更多的电能,支付更多的电费,导致成本升高,因此不划算。

当然了,凡事也不能太过,“过犹不及”。为什么我们不能无限提高带宽呢?因为带宽与我们前面说的信噪比其实是有关联的,带宽越大,噪声就会越大,信噪比就会降低,所以,我们需要找到一个最合适的带宽,才能把带宽与信噪比匹配得最好。

总的来说,5G之所以能大幅提升网络速率,主要的设计思想就是香农公式。现在,你了解了吗?

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