從1G到5G 為什么說5G需要的網(wǎng)絡設備是4G的10倍以上

今天咱們再聊一聊1G-5G，其實這里的G，指的是Genertion(代)。也就是1代、2代、3代、4代、5代的意思。那5G是5代什么呢？就是指第5代移動通信系統(tǒng)。

移動通信，也就是無線通信。說無線通信，要從一種波說起。話說很久很久以前，人們認為電和磁是八竿子打不到一起的兩種東西，直到后來有個叫法拉第的年輕人，發(fā)現(xiàn)在磁場可以影響到電流的變化，反之亦然。那這說明了啥呢？說明了電和磁之間有種神秘的力量讓他們隔空也能相互影響，這就是電磁波。

一、從1G到4G

今天咱們主要說說，這個波在通信上的應用。通過進一步研究，人們學會了控制電磁波的輸出形狀，于是就開始用一種設備，可以把人的聲音轉(zhuǎn)換是微弱的電流變化，進而轉(zhuǎn)化成相應的電磁波來進行傳輸。對方再把接收的波轉(zhuǎn)換成聲音輸出。這就是第一代移動通信技術，也就是1G，即，模擬通信技術。

有印象的人們應該還記得90年代，大老板的標志是：“手持大哥大，腰別BB機，兩眼戴墨鏡，開著桑塔納?！?/p>

由于采用模擬技術，所以那時的大哥大不僅只能接打電話，而且還經(jīng)常出現(xiàn)串號、盜號、無信號等問題。但這些怎能抵擋人們對通信的需求，于是我們很快進入了2G時代。

2G時代與1G時代最直接的區(qū)別就是進入了數(shù)字時代，數(shù)字調(diào)制方式取代了模擬調(diào)制方式，我們進入了0與1世界。我們古老的經(jīng)典《易經(jīng)》里面說過：“太極生兩儀，兩儀生四象。四象生八卦……”從此我們的文字、語言、圖片甚至是視頻，都可以轉(zhuǎn)換成0與1的無限組合來表示。所以我們的電磁波也進入了方波的時代。

在2G時代，我們不僅可以接打電話、還可以收發(fā)短信，甚至可以上網(wǎng)。但2G依舊存在著傳輸速率低，網(wǎng)絡不穩(wěn)定，維護成本高等缺點。有缺點就會推動科技的進步。于是我們又走進了3G時代。

3G與2G最主要是速度的提升，傳輸聲音與數(shù)據(jù)的速度上得到了很大的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好的實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式。上網(wǎng)成了手機的重要功能。于是我們也進入了相應的智能手機時代。

但我們對科技的追求是無止境的，于是我們進入了移動互聯(lián)網(wǎng)的4G時代。4G的傳輸速率更快，網(wǎng)速、容量、穩(wěn)定性都較3G有了更大的提升。

我們再返回頭來看看2G\3G\4G，為什么會越來越快了呢？快，代表單位時間內(nèi)的運送0/1的數(shù)量越來越多了，也就是頻率越來越高了。2G\3G\4G三大運營商頻段有所不同，具體如下表：

二、從4G到5G

為什么要把4G到5G單獨拿出來講呢，因為從4G到5G并不是簡單的容量、速率的提升，時延問題也有了嚴格的規(guī)定。而且有了5G，才有了真正意義上的“萬物互聯(lián)”。

5G要求端到端是時間精度控制在130ns的級別，以保證基礎設施的5G連接。這個要求不僅比4G的1500ns精度嚴格10倍以上，而且要求使用符合IEEE 1588的精準時鐘協(xié)議的時鐘器件，如時鐘同步器件、高精度TCXO（溫補振蕩器）和OCXO（恒溫振蕩器）產(chǎn)品。

那為什么5G的時間要求如此嚴格呢？這個問題，咱們從一個公式講起：

大家可以看到，移動通信主要工作在中頻-超高頻，比如我們2G里面常說到”GSM900”、”CDMA800”則是指工作頻率在900MHz的GSM，與工作頻率在800MHz的CDMA. 我們前文說過，隨著1G、2G、3G、4G的發(fā)展，使用的電磁波頻率是越來越高的。

如果把通信通路解釋為告訴公路的話，那頻率就是高速公路上的車道。頻率越高，車道就越多，那能容納的信息自然就更多，而且速度更快。

那5G使用的頻率是多少呢？如下圖所示：

5G的頻率范圍，分為兩種：一種是6GHz以下，這個和目前我們的2/3/4G差別不算太大。還有一種就很高了，在24GHz以上。

目前，國際上主要使用28GHz進行試驗，如果我們按28GHz來算的話，根據(jù)前文我們提到的公式：

波長=光速/頻率=300,000,000m/s/28,000,000,000Hz=10.7mm(毫米)

看到了吧，這已經(jīng)進入了毫米波了。電磁波的顯著特點：頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播。頻率越高，在傳播介質(zhì)中的衰減也越大。

所以，覆蓋同一區(qū)域，需要的5G基站數(shù)量，將大大超過4G。所以說5G需要的網(wǎng)絡設備是4G的10倍以上。

三、SiTime為5G設備時鐘賦能

咱們前文說過，5G需要的網(wǎng)絡設備（基站）是4G的10倍數(shù)量。所以設備商們開始推出微基站來代替原來的宏站。這就要求，體積越來越小，應用越來越廣泛。如此多的設備，而且還有嚴格的同步要求。所以對時鐘器件也提出了新的要求，比如：體積小型化、高溫性能表現(xiàn)好、精度越來越高，而且對環(huán)境的迅速反應能力要越來越強。

SITIME可提供完整的MEMS時鐘解決方案，包括低抖動單端及差分振蕩器、高精度TCXO、OCXO產(chǎn)品、時鐘發(fā)生器、抖動消除時鐘器件、同步時鐘等相關產(chǎn)品。這些MEMS時鐘解決方案相較于傳統(tǒng)的石英器件，在對應使用環(huán)境的氣流變化、溫度變化、高溫、振動以及電源的不穩(wěn)定性帶來的頻率不穩(wěn)定性，具有10倍優(yōu)于石英產(chǎn)品的特性。