5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

2019-09-23 18:18:37 17点赞 87收藏 11评论

本文经超能网授权转载,原标题《超能课堂(193)5GHz WiFi中的GHz是什么意思?》,作者:梓洋,未经允许请勿转载。

当打开自己连的手机WiFi,可能会发现赫然写着5GHz,难道没有充钱的5G时代就已经到来?不明真相的同学,可能会如下面这位MM一样:“什么什么?2.4G和5G?我现在用的是4G啊!5G不是还没商用吗?”

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

其实不然,我们常说的4G、5G的G,是英文单词generation的首字母,指的是第几代移动通信技术,而5GHz WiFi,既不是平时说的流量,也和generation没什么关系,它指的是该WiFi的信号频率。又如,玩过收音机的朋友都很熟悉“FM86.4MHz”等等字眼,86.4MHz就是指你收听的这个电台所使用的无线电的频率。

那么通信频率到底是个啥?为什么光纤可以提供那么快的网速,无线信号就不行?

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

我们生活中的微波炉里的微波、手机信号、光、乃至医院的X射线,都是电磁波,它们唯一的差别就在于频率不同,电磁波在空间中的传播是上图这个样子,电磁场是按周期性变化的,暂且把一个周期的波形称为一个单元,电磁场移动的速度就是光速,频率就是一秒钟内通过的单元数目。和频率相关联物理量的就是波长,也就是电磁波一个周期的长度,显然光速=频率×波长,由于光速是一定的,波长越长,一秒内能通过的单元也就越少。

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

频率越高(一秒内通过的单元量越多)的电磁波,携带的能量越高,越具有穿透力,比如X射线,其频率大约在30PHz(3后面16个零)到30EHz(3后面19个零)——再重申下,1Hz的含义就是一秒内通过了一个单元;频率低的电磁波,则具有很好的绕过障碍物继续传播的能力,比如以前的广播信号,越过大山大河来到你的收音机里,86.4MHz(兆赫兹)就是你收听的电台使用的无线电频率。

那FM是什么意思呢?事实上就如同一个音符不能写出一首歌,单一频率的电磁波并不能传递信息,就像上面那张gif一样,你看到它单调地流过,内心毫无波动。要想传递信息,就必须要有频率的交替变化,如同音乐的音符在交替变化,你一听就知道是哪首歌了,这就是调制技术。

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

简单来说,如果一个男生上课时想对一个女生表达爱慕之情,那他的心情就是他要发送的信息,苦于上课不能说话,也不能把心窝子掏出来给人家,女生唯一能看到的是只是男生的面部,这时男生就不能面无表情了(相当于单一频率),他必须把自己的心情调制在脸上,挤眉弄眼,眉目传情(相当于频率的变化),发送给女同学。

再来看看手机是怎么做到这一点的:这个男生在微信上给该女同学发了一句“我爱你”,由于计算机只能用二进制表达信息,每个汉字都分配了一个独一的二进制编码,比如用GB2312编码,“我爱你”就被翻译成了“1100111011010010  1011000010101110  1100010011100011”的电信号。这是啥意思?就是说你的手机内部就会产生一串电流,“1”就对应着有电流,“0”对应没有电流,比如“01011010”这串信号的波形就是下面这个样子:

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

然后这一串密码一样的波形就被调制在了你手机发出的电磁波上(就是之前手机上显示的5GHz的电磁波,5后面9个零),比如说这样(可以有不同的调制方式,只要双方协议一致,按同一种方法调制解调就行,如FM调频):

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

经过基站转换成频率更高的电磁波,一般在200THz(即2后面14个零),通过光纤传输到对方附近的基站,再由基站发送5GHz的电磁波到对方手机,然后再由手机恢复出这一串0101的序列,再翻译成“我爱你”,这样对方手机上就显示出这三个字啦。

所以说,要想传送信息,必须要有频率的变化,电磁波在一个频率范围内变化,这就是频段。目前WiFi使用的频段主要有两个,即2.4GHz和5GHz。以2.4GHz为例,频率范围是2.4-2.4835GHz,总共占用了83.5MHz的频率资源(因为生活中的电磁波太多了,为了互相不影响,尽量使用不同的频率,所以频率是很宝贵的资源,有些频段不经授权是不能随便使用的),这个83.5MHz就叫带宽,即频段所跨越的宽度。

想必大家心中都有疑问了:平时上网,运营商跟我说的带宽可不是这东西啊?都在说什么10M,100M的带宽,是指最快下载速度鸭。不要急,其实这是一回事。因为奈奎斯特定律告诉我们,一个通信系统所能传输信息的极限速度等于系统带宽的两倍。这意思就是说,刚刚那个2.4GHz的频段带宽为83.5MHz,那么它传输数据的速度极限就是167Mbps。注意这是理论上的极限速度,实际设备很难达到这么高,所以如果你家使用的是2.4GHz频段的WiFi,一般来说最高的带宽就是100M,如果运营商告诉你可以超过167M,那绝对就是忽悠你的! 

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚

5G?5GHz?你是否也傻傻分不清楚数据来源于中科院物理所

现在知道频率为什么是宝贵的资源了吧?一定带宽的频段只能支持那么大的速率,所以现在通信系统的频率都越做越高了,这样比较容易获得大的带宽,比如5GHz的频段实际上是4.910GHz~5.875GHz频率范围,共有900多M的带宽,优势很明显吧!至于之前提到的光纤,频率那么高,可想而知能够传输的带宽比WiFi不知道高了多少倍,目前做到的单根光纤的最大速率是57.6Tbps,足够支持全国人民同时用这一根光纤打电话,要知道一根光纤的直径只有不到10微米粗!

总结一下,WiFi中的5G是指频段在5GHz左右的信号频率(当然只有采用802.11ac协议的才是真5GHz WiFi),而常说的3G即第三代移动通信技术,使用的是1880MHz-1900MHz和2010MHz-2025MHz频段,4G用的是1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz频段;而如今的5G则使用的是450MHz-6GHz频段和24.25-52.6GHz频段,这个频段要远远大于以往的无线通信的频段了,理所当然5G将会提供前所未有的带宽。当然,凡事有利必有弊,如我之前所说,频率越高的电磁波,越不具备收音机几十兆赫兹的那种绕过障碍物传播很远的能力,所以5G时代的到来,意味着需要更多的基站来中转信号,因为你手机的5G信号不再能传输的很远了。

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