无线带宽和频段的相互关系和应用场合_无线带宽和频段的相互关系和应用

国际电信联盟(ITU)在2008年指定第四代蜂窝网络技术支持高达1 GB/s的下行速度.但在现实中，由于系统和多方面的原因，通常最多只达到几百兆，而平均只有几十兆。

今天，第五代蜂窝网络技术——5G即将到来。5G可以使用6GHz以下的中低频带进行中长距离通信，短波频率可以使用24GHz以上的毫米波提供高带宽通信服务。根据5G的预期承诺，它可以支持高达10 Gb/s的高吞吐量通信和低至1 ~ 4 ms的延迟.

就吸收性而言，无线信号可能会被墙壁、树叶或空气吸收。然而，光缆中的光束可能会被光纤玻璃芯中的微小缺陷吸收。当携带信号的光子被这些环境中的障碍物吸收时，信号会变得微弱和不稳定。

众所周知，信息传递需要媒介，数字信号也是一系列信息符号，所以在选择信息传递渠道时需要权衡取舍。模拟无线电是通过无线电波“在空中”传输的，它可以远距离向各个方向传送简单的信号。互联网的骨干网在使用光缆引导光波长距离传输大量信息时，需要建设和安装大量电缆，因此主要存在成本昂贵的问题。

因为不同的信道可以承载不同频率的电磁波，所以一个信道可以承载的频率范围就叫做它的带宽。带宽的计算简单来说就是从最大值中减去信道可以承载的最小频率。范围从0到1000Hz的信道具有1000Hz的可用带宽，而范围从100000到101000Hz的信道具有相同的带宽。带宽有助于确定一个通道可以发送多少信息，因此更多的带宽意味着更多的信息容量。

给定固定的带宽量和恒定的信噪比，信道可以承载的信息吞吐量在理论上是有极限的。著名的香农-哈特利定理(通常称为香农极限)给出了它的极限公式。c是信道支持的最大速度(信道容量)；b是信道的带宽；s是平均信号功率；n是平均噪声功率；S/N是信噪比。

不需要透彻理解数学定理，它反映的是带宽越大意味着容量越大，信噪比越好。如果信道的带宽和信号功率固定，噪声越大，容量越小。香农理论使我们能够利用一种介质的物理特性，如铜线或光纤，快速计算出我们可能挤出多少容量，即使目前手段没有实现，也能给出计算结果。

一般来说，信号传播的时间越长，由于衰减，信号功率就变得越弱。根据香农理论，这降低了信噪比和信号可以携带的所有信息。所以，在不知道信号会走多远的情况下，就谈不上信道的容量。

无线宽带解决的是与有线、光纤等有线技术根本不同的问题。有线技术可以向固定位置(如家庭或企业)提供服务。无线技术通过空中向移动设备提供数据服务，这是向大型公共区域提供灵活宽带服务的唯一方式。

在过去的二十年里，无线和有线宽带技术在互联网生态系统中和谐共存。然而，一些行业代表认为，5G无线宽带将能够直接与有线宽带竞争，甚至完全取代有线宽带。

无线互联网的部署也受到不受限制的有线系统的限制。在低频无线信号的应用中，如AM/FM广播和广播电视，它可以毫无问题地穿过树木、建筑物和空旷地带。因为较高的频带有更多的带宽，它们通常携带更多的信息。

然而，高频信号也更容易被吸收和散射，这限制了它们可以传输的距离。2.4 GHz WiFi虽然可以穿墙，但是5 GHz WiFi会面临穿透力差的问题。据悉，下一代WiFi技术名为WiGig，使用的频段高达60GHz。在这个频率上，60GHz的路由器将最适合附近的视距通信。

通过在700 MHz和2.6 GHz之间工作，4G可以为偏远村镇的设备提供服务。从技术上来说，4G系统应该能够为低移动性设备提供1 Gb/s的下载速度。但在现实世界中，大部分运营商提供的速度其实是下行10~50 Mb/s，上行3~20 Mb/s。

与4 G相比，5G有望改善吞吐量和延迟.对于长途链路，5G将使用4G目前使用的相同频谱，例如，在700 MHz和4 GHz之间。天线和编码技术的改进将使运营商更好地利用相同的频谱。在吞吐量方面，长距离5G可能不是一个重大的步骤：6 GHz以下5G部署的测试发现，在最好的情况下可以达到数百Mb/s。

除了重用4G频谱，5G还将支持26 GHz及更高的“毫米波”频率。较高频率的信道很有吸引力，因为它们提供更多的可用带宽，因此可以支持更高的最大吞吐量。使用毫米波频谱，5G发射机将能够提供更好的传输速度，在最好的情况下可以达到1到10 Gb/s。

然而，由于毫米波信号的频率远高于传统的蜂窝信号，因此它们会遭受更多的吸收和散射。毫米波信号无法穿过大部分墙壁，茂密的树叶甚至会受到恶劣天气的影响。此外，即使在阳光充足的情况下，它们的功耗也比6 GHz以下的信号快得多。这意味着毫米波不能很好地用于室外到室内的通信。毫米波发射机会更像WiFi，可以为更小的开放区域提供服务，暂时不能成为4G的现成替代品。

5G也有望改善4G的延迟问题。虽然国内外运营商都承诺维持在1-4毫秒之间，但这些数字只适用于毫米波频谱。国外有测试发现，交付的6GHz以下5G设备的空中延迟在9到12毫秒之间，与4G大致相当。