5G 天线的分析

5G是用于移动设备的最新无线技术，可保证更高的数据速率，更低的延迟以及更多的瞬时连接。

但是，当前的基础架构将如何应对这种变化，这对当前的4G硬件意味着什么？

What Is 5G? 4G vs. 5G

5G是蜂窝网络技术的第五代产品，与每个前任产品一样，它提供了比以前更高的数据速率，更低的延迟和更好的带宽。

与4G相比，5G提供的带宽大于1 Gbps，延迟小于10ms，平均速度为200到400 Mbps，而4G仅提供200 Mbps带宽，延迟为20ms – 30 ms，并且平均速度为25 Mbps。

尽管5G令人难以置信的新事物有望在2020年全面推出，但一些国家仍在采用新网络的过程中。

例如，韩国已经安装了86,000个5G基站。

同时，英国的几家网络运营商在过去的一个月中刚刚发布了5G。

尽管该技术现已可用，但市场上只有少数设备实际上支持5G，因此，在该技术成熟之前，不会期望能够广泛接入5G。

The Tradeoffs of 5G

因此，可以看出5G可以提供更多的……所有东西……但是，肯定有一定的优势可以吸引到更优越的规格吗？
事实上，5G确实存在实施问题，并且取决于其运行频率。
诸如4G之类的技术在800MHz，1800MHz和2600MHz的三个主要频段上运行，它们的波长以厘米为单位（例如2400MHz的无线电波的波长大约为12cm）。该波长使大型无线电天线杆的射程可达35 km，但是由于实际的限制，基站通常会彼此间隔数公里。
另一方面，5G可在多个频率上运行，这些频率包括已经使用的LTE频段（600MHz至6GHz），以及24GHz至86GHz的毫米波频段。
结果？虽然较高的频率允许较高的带宽，但它们是以波长为代价的。
随着无线电波的波长减小，其有效范围由于多种原因而减小，包括干扰，衍射和反射。由于5G在明显更高的频率以及更高的带宽下运行，因此无法在4G无线电天线杆上完全运行，因此需要新的5G基站。

但是替换基站不仅是连接在某些同轴电缆上的形状不同的金属棒，而且还包括其他基站。

它们是一种全新的天线，具有令人难以置信的功能。

The move from passive antennas to active antennas is expensive. Image of a millimeter wave phased array antenna module used courtesy of IBM Research

5G Antenna Technologies: The Advantages of Beamforming

无线电天线的形状，尺寸和形式多种多样。

从在宇宙中搜索微波的号角天线到“听”木星的偶极天线，再到物联网设备中的内置PCB天线，无处不在。

但是5G网络中的无线电天线可以说是一类全新的天线，具有一些令人难以置信的功能。

小波长无线电波的结合以及对许多同时连接的需求意味着5G天线杆需要超过100个组成相控阵的无线电元件。

由于网格中有许多彼此相邻的元素，因此可以为单个用户提供一些令人难以置信的智能光束控制。

与复杂的算法结合使用时，5G无线电基站可以确定最佳的方式来控制波束，以提供最高的数据连接性。

因此，波束赋形的使用还有助于减少桅杆浪费的能量，因为将个人用户作为目标，而不是向各个方向发射无线电波。

波束成形的使用还有助于减少对其他基站的干扰。

结果是带宽进一步增加。

另一种看待它的方式是，共享相同频段的设备越多，每个设备访问该频段的时间就越少（它们都必须轮流使用该频段）。

如果将单个设备用光束作为目标，则每个设备可以最大程度地利用频带，而不会干扰相邻设备，因为它们将仅通过光束进行通信。

Image used courtesy of Qorvo

由于使用更高的频率会大大降低5G天线的范围，因此5G网络拓扑将更多地集中在许多短距离天线上，而不是覆盖大面积的几个大型蜂窝塔。

例如，Qorvo演示了一个5G网络拓扑结构，该网络具有多个覆盖特定区域的较小蜂窝，然后连接到具有覆盖室内的微微小区，覆盖城市区域（小型建筑区域）的微蜂窝以及覆盖区域的宏区域的中央核心网络。

郊区。

Concerns About the Rise of 5G?

自从无线电通信发展到日常工作以来，已经有许多方面关注无线电波对健康的影响。

5G的兴起在某种程度上缓解了这些担忧，因为新硬件为误解以及教育提供了新的机会。

许多专家对与健康相关的问题提出了质疑，因为移动技术中使用的无线电波在厘米范围内，不会电离（尽管它们会引起发热）。

但是，5G使用的毫米波频率要高得多。

由于较高的频率使5G无线电信号更接近电离范围，并且所需基站的数量也在增加，因此有人质疑该技术的安全性。

其中一些担忧来自现有的研究，例如一项研究表明，经常暴露于移动辐射下的老鼠，其心脏病的患病率增加。

其他的焦虑则源于这样的论点，即需要对暴露于EM辐射的长期影响进行更多研究。

5G的另一个关注点是如何以及由谁实施该技术。

尽管有美国的担忧，英国仍在使用由中国大型公司华为提供的技术来实施5G。

由于中国政府的大量介入，英国的华为是否会确保华为的5G系统安全？

负责监视业务的官员）。

因为新技术的采用可能取决于公众的意见（例如，影响物联网采用的消费者信任；

链接打开PDF），所以随着时间的推移，可能需要解决这些问题，才能顺利过渡到5G。

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