只有5g手机才能连上5g网络吗（你还不知道手机是怎么上网的）

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－文字稿－

你现在正在看的这条视频，将用掉你 45MB 流量，网速至少要 150 KB/s，才能流畅播放。

这些视频数据将从服务器送往离你最近的基站，也就是这个你经常在路上看到的铁塔。

它会调制这些数据，再通过天线发送电磁波信号。你手机的天线会收到这些数据，解调收到的信号，由基带处理器转为二进制数据存入内存。

CPU 会将这些数据帧解码，这条视频就可以在你的手机上播放了。

而你的手机使用的通信标准，就直接影响你的上网体验。

1979 年日本 NTT 部署了第一个1G 通信标准的网络，1G 网络把人说话的声波叠加在无线电载波上，这种信号也被称为模拟信号，只能用来打电话。那个时代的手机就是大哥大。

90 年代开始，通信技术进入 2G 时代，模拟信号被 0 和 1 组成的数字信号取代，手机也可以上网了。

很长一段时间，手机的网速只有每秒 40 kb 左右，用手机偷菜的时候只有文字。

这是因为 2G 网络的带宽太小。这张图中，我们用不同的颜色，标注出不同无线通信技术使用的频段。

无线通信必须在规定好的频段内进行，每个频段占用一段连续的电磁波谱，然后被分为多个信道。

而带宽指的是信道所允许的最高频率，和最低频率的差。就像管道越宽，水流量越大一样。根据香农-哈特利定律，带宽越大，网速越快。

GSM 的带宽只有 200 kHz，而 3G 通信标准 WCDMA则达到了 5 MHz，相差 25 倍。这样，你的网速从 2G时代的 40 kb/s进化到了以 Mb 为单位。

而 4G 时代，带宽被提升到 20 MHz。配合更加高效的调制方案提升频谱效率 ，4G 可以提供 100 Mbps 以上的网速。

网络的进步和移动应用的发展是互相推动的智能手机的出现，促成了 3G 网络 2009 年在中国的大规模商用，而 4G 网络则带动了近两年来短视频应用的增长。

如今手机应用对网络的性能，又提出了更高的要求。比如实现 3D 结构光视频通信、将你的三维形象传输到对方的屏幕上就需要近 1 Gbps 的带宽。而物联网、自动驾驶等业务还对网络的容量和延迟有很高的要求。

5G 网络应运而生。首先，为了实现最高 20 Gbps 的网速，5G 必然要进一步提高带宽到 1 GHz以上。

但是 6 GHz 以下没有足够的空余来安放带宽如此庞大的频段，因此 5G 网络使用了波长在1到10mm的高频电磁波，也称毫米波。

那么问题来了，毫米波虽然可以带来更快的网速，但是短波的衍射能力很差，长距离的信号衰减也很严重。

这时候，我们就需要将电磁波的能量更加集中地利用起来，直接发往接收方的方向。就像将一个普通的灯泡换成手电筒一样。

为此 5G 引入了相控阵天线来配合毫米波。与传统的一根天线发射另一根天线接受不同，相控阵天线上有多根天线，因此可以通过干涉增强特定方向的信号。

干涉指的是两列以上的波在空间上产生叠加形成新波的现象。

电磁波也是一种波，天线阵列的每一根天线都可以调节自己发射的电磁波的相位，在空间中形成干涉，实现波束成型。

这样不但提高了能量效率，还可以降低不同用户之间通信的相互干扰允许单一基站接入海量的设备，提升基站容量，使物联网真正成为可能。

比起带宽和容量，延迟可能是 5G 真正让人震撼的地方。

单天线系统发射的电磁波会因为建筑物反射等原因，引起干涉进而导致信号衰落，这就需要交织编码来改善衰落导致的信号差错。这一过程会产生至少 33ms 的延迟。

5G 的相控阵天线由于有多个天线组成阵列，可以大大减少由于随机的干涉产生的衰落，因而简化交织编码过程，将延迟降低到 1ms。

5G 虽然带来了巨大的性能提升，但射频芯片、天线和相关算法的升级也大幅提升了研发难度，带来诸如手机自干扰、毫米波球面覆盖等技术问题。

随着 5G 的铺开，手机也将出现更多颠覆性应用，云游戏让大量数据在云端被计算再传输回手机，用手机就能流畅体验 3A大作。

3D 全息影像等各类技术也终于有机会真正落地，3D 虚拟社交等会为用户带来身临其境的感受。

5G 手机将成为万物互联的中枢，也许在不久以后，你也可以拿着下一代的5G 手机，像 Sheldon 一样，宅在卧室里掌控全家的智能设备，身临其境般和朋友互动 。

本文转自公众号“回形针PaperClip”（papercliptv）

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