解析通讯技能:3G、4G、5G 背面的科学含义(上)
  发表时间:2024-07-21 02:32:11 | 作者:米乐首页 

  智能手机的面世除了带动移动代代的兴起,更加快通讯技能的改造,在几年间,材料传输率的添加让运用者享用高速移动网络新体验,3G、的议题热度也一直居高不下,并跃居产官学研等单位的研讨主题。可是一般人对的认知,便是手机上网的速度更快,并不了解背面的科学含义,本文将从不同通讯代代的视点切入,一步步带领读者知道这些技能背面的原理,究竟什么是电磁波?什么是频宽?不同代代的不同又在哪里?

  咱们常常听到广告说:4GLTE,其间G代表“代代(Generation)”,4G代表第四代,是为了与之前的第二代(2G)、第三代(3G)移动电话做出区隔,咱们以现在全球市占率最高的欧洲体系来阐明,这也是现在台湾所运用的体系:

  ·第二代移动电线G):GSM体系只支撑线路交流(注)的语音通道,首要透过语音通道打电话与传送简讯,GPRS体系支撑封包交流因而能够上网,可是因为运用语音通道传送材料封包,因而上网的速度很慢。

  ·第三代移动电线G):UMTS体系支撑封包交流(注),能够用更快的速度上网,因为3G的手机一起支撑2G,因而当咱们运用3G的手机讲电话或传简讯时,其实是运用GSM体系的语音通道来完结。

  ·第四代移动电线G):LTE/LTE-A体系支撑封包交流,能够用更快的速度上网,因为4G的手机大多一起支撑3G与2G,因而在手机找不到LTE基地台时仍然会以UMTS基地台上网,讲电话或传简讯时仍然是运用GSM体系的语音通道来完结。

  其实4G运用的LTE体系因为材料传输率很高,能够直接将语音材料切割成封包来传送,原理就和Skype网络电话相同,能够让音质更好,可是封包交流一般费用是以材料传输率来核算,等于运用者讲再久费用都相同,对电信公司来说怎么收到更多钱是个问题;反观线路交流是计时收费,电信公司能够赚到更多钱,因而现在台湾大部份电信公司的4GLTE供给讲电话或传简讯时,仍然是运用GSM体系的语音通道来完结。

  一般人对通讯代代的认知便是愈后边的代代表明频宽(Bandwidth)愈宽,频宽就好像高速公路,频宽愈宽就好像高速公路愈寛(车道愈多),代表行车速度愈快,也便是通讯时材料传输率愈高;再讲简略一点,便是手机上网的速度更快,这样的观念是对的,可是这种认知是不科学的,要解说频宽,咱们需要从电磁波说起。

  电磁波(Electromagneticwave)是由相互笔直的“电场(Electricfield)”与“磁场(Magneticfield)”交互作用而发生的一种“能量(Energy)”,这种能量在行进的时分就像水波相同会按照必定的频率不停地振荡,如图一(a)所示。电磁波每秒钟振荡的次数是“频率(Frequency)”,单位为“赫兹(Hz)”,假定某一个电磁波一秒钟振荡2次,则频率为2Hz,如图一(b)所示;一秒钟振荡4,则频率为4Hz,如图一(c)所示,例如:无线区域网络(Wi-Fi)与蓝牙(Bluetooth)的通讯频率为2.4GHz,意思便是它运用的电磁波每秒钟振荡24亿次(在这儿G的意思是Giga,也便是Billion,代表10亿,不是前面3G、4G、5G的那个G)。

  ▲图一:电磁波的界说。(a)电磁波是由相相互互笔直的电场与磁场交互作用而发生的能量;(b)每秒钟振荡2次则频率为2Hz;(c)每秒钟振荡4次则频率为4Hz。

  世界里天然存在的一切电磁波如图二(a)所示,咱们称为“电磁波频谱(Spectrum)”,由图中能够看出中心的部分是光(Light),包含:红外光(Infrared,IR)、可见光(人类肉眼能够看见的光)、紫外光(Ultraviolet,UV),因而光是一种电磁波;右边为频率更高(能量更高)的电磁波;左面为频率更低(能量更低)的电磁波,因为频率较低的电磁波比较安全,并且具有杰出的绕射特性,因而合适用来做为无线通讯运用。

  ·频率大约100G~1GHz的电磁波:一般应用在卫星通讯、卫星定位、雷达与微波通讯等,而频率30GHz以上(相当于波长10毫米以下)的电磁波称为“毫米波(MillimeterWave)”,现在有公司方案应用在5G的通讯体系中。

  ·频率大约100M~1MHz的电磁波:一般应用在无线电视、移动通讯(GSM/GPRS)、调幅播送(AM)、业余无线电、调频播送(FM)等。

  ·频率大约100K~1KHz的电磁波:一般应用在航空无线电、海底电缆、电话与电报等。

  频宽(Bandwidth)是用来传递信号的“频率规模”,单位与频率相同为“赫兹(Hz)”,并且每一对通讯运用者有必要运用“不同的频率规模”来通话,假定:

  手机并不会分辩究竟是谁和谁在通话,而是接纳某一个“频率规模(频宽)”的电磁波信号,因而甲与乙通线MHz的电磁波,丙与丁通线MHz的电磁波,换句话说,一切的通讯元件都是“只认频率不认人”,并且相同频率规模的电磁波只能运用一次,不能重覆运用,否则会相互搅扰。

  “频宽(Bandwidth)”与“材料传输率(Datarate)”的含义很相似,常常让咱们混杂,这儿简略阐明它们之间的不同:

  ·频宽(Bandwidth)是模仿通讯运用的名词:由图一能够看出,电磁波是一种接连的动摇能量,既然是接连的当然必定是模仿信号,因而“频宽(Bandwidth)”和它的单位“赫兹(Hz)”指的都是电磁波的物理特性。

  ·材料传输率(Datarate)是数码通讯运用的名词:手时机先将咱们说话的声响(接连的模仿信号)先转换成不接连的0与1两种数码信号,再经由天线传送出去。材料传输率的单位“每秒位数(bps:bitpersecond)”,代表每秒能够传送几个位,也便是每秒能够传送几个0或1,例如:1Gbps(1G=10亿)代表每秒能够传送10亿个位(10亿个0或1)。

  材料传输率是数码通讯时实践传送每个位材料的速率,重点是数码信号让咱们能够运用不同的调变与多工技能,使相同频宽的介质具有更高的材料传输率,这便是现在许多新的通讯技能,例如:3G运用的WCDMA、4G运用的OFDM等被创造出来的原因,后边会再具体阐明。

  最终提示咱们,咱们到中华电信请求的ADSL是归于数码通讯,因而要挑选10Mbps、100Mbps指的其实都是“材料传输率”,不应该说是“频宽”,下回别再用错名词啰!

  线路交流(Circuitswitch):是指传送端与接纳端之间先树立一条专用的连线再进行通讯,传统的“语音通讯(Telecom)”都是归于线路交流,例如:国内电话与世界电话、移动电话等在通话之前都有必要先拨号,等交流机将电话接通之后才干通话,便是运用线路交流的方法,一般费用是以“运用时刻”核算,例如:拨打市内电话或移动电话,运用愈久费用愈高。

  封包交流(Packetswitch):是指传送端与接纳端之间共用一条线路,有必要先即将传送的材料切割成许多较小的“封包(Packet)”再进行通讯,现在的“材料通讯(Datacom)”都是归于封包交流,运用者要传送的材料愈多,则封包数目愈多,传送的时刻愈长,电脑网络在通讯之前并不需要拨号,只要将网络线衔接即可运用,便是运用封包交流的方法,一般费用是以“材料传输率”来核算,例如:中华电信的ADSL,不同材料传输率费用不同,可是运用时刻没有约束。

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