蜂窩網(wǎng)絡(luò)為我們所了解和喜愛(ài)的許多事物提供了重要因素，使我們?cè)谌魏蔚胤蕉伎梢詫?shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)需求，比如公交車、與朋友聯(lián)系、購(gòu)物、觀看視頻等等。除了我們都熟悉的個(gè)人利益外，蜂窩網(wǎng)絡(luò)在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中也起著至關(guān)重要的作用，并且在不斷增長(zhǎng)。
在過(guò)去的一些文章中，我探討了其他連接技術(shù)，包括WiFi、藍(lán)牙和LPWAN。我們有這么多連接選項(xiàng)的原因是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用程序可能會(huì)大不相同，這意味著要求會(huì)有所不同。
盡管連接技術(shù)不斷得到改善，但最終，在功耗，范圍和帶寬之間總會(huì)有一個(gè)權(quán)衡。過(guò)去，蜂窩連接一直專注于范圍和帶寬，卻以功耗為代價(jià)，這意味著它可以在遠(yuǎn)距離發(fā)送大量數(shù)據(jù)，但會(huì)很快耗盡電池電量。這對(duì)于連接到電源或可以經(jīng)常充電的設(shè)備(例如您的手機(jī))來(lái)說(shuō)是很好的選擇，但是對(duì)于需要遠(yuǎn)程傳感器和設(shè)備才能使用數(shù)月或數(shù)年的電池的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這是不可行的。
但是，關(guān)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這還不是全部。您可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)2G、3G和4G之類的名稱，但是NB-IoT和LTE-M等新的蜂窩技術(shù)專門(mén)針對(duì)IoT應(yīng)用。5G可能也將證明對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有利，并且具有變革性。
當(dāng)我們通過(guò)移動(dòng)設(shè)備打電話，發(fā)送短信或訪問(wèn)Internet時(shí)，我們正在向附近的手機(jī)發(fā)射塔無(wú)線發(fā)送信號(hào)。這些蜂窩塔既接收我們的信號(hào)，又將信號(hào)發(fā)送回給我們。蜂窩塔是基站的一部分，基站與其他基站和互聯(lián)網(wǎng)具有有線連接，有助于在比單個(gè)蜂窩塔的覆蓋范圍更大的距離內(nèi)傳遞信息。
像所有無(wú)線通信技術(shù)一樣，蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用電磁波發(fā)送信息。正如您的收音機(jī)具有可以調(diào)諧到的不同頻段一樣(例如，調(diào)諧到101.1意味著您正在收聽(tīng)101.1 Mhz頻率)，無(wú)線通信技術(shù)也具有在其工作的特定頻段。
如果所有無(wú)線通信都嘗試使用相同的頻率，則對(duì)于清晰的通信將有太多的噪聲和干擾。因此，F(xiàn)CC規(guī)定了可以由哪些人使用的頻帶，并且蜂窩載波各自具有允許在其內(nèi)工作的特定頻帶。
但是，即使擁有自己指定的頻段，運(yùn)營(yíng)商仍然需要考慮干擾。如果運(yùn)營(yíng)商的兩個(gè)基站相互靠近并且以相同的頻率運(yùn)行，則它們的信號(hào)會(huì)相互干擾，并給試圖在該區(qū)域使用網(wǎng)絡(luò)的任何人造成問(wèn)題。
該問(wèn)題的解決方案也是下一個(gè)問(wèn)題的答案。
之所以稱為蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將區(qū)域劃分為“單元”。每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)小區(qū)塔，其工作頻率與相鄰小區(qū)塔的頻率不同。例如，如果使用六邊形排列，則意味著您僅需要7個(gè)不同的頻率即可確保相鄰單元中不使用相同的頻率。
這些單元中每個(gè)單元的面積取決于使用密度。在城市中，每個(gè)小區(qū)的距離可能只有半英里，而農(nóng)村地區(qū)的距離可能會(huì)高達(dá)5英里。
當(dāng)用戶在小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)，其頻率會(huì)自動(dòng)更改以切換到新的小區(qū)信號(hào)塔(稱為切換)。
要在移動(dòng)中(即“移動(dòng)”)同時(shí)使用同一網(wǎng)絡(luò)同時(shí)管理大量用戶，幕后還有很多事情要做，但我將保持較高水平。
即使以上所有內(nèi)容對(duì)您來(lái)說(shuō)都是全新的，您幾乎肯定也曾經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)諸如3G或4G之類的術(shù)語(yǔ)。這些分別指的是第三代和第四代。
每一代都是由稱為ITU無(wú)線電通信部門(mén)(ITU-R)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)定義的一組標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。該組織負(fù)責(zé)管理國(guó)際射頻頻譜和標(biāo)準(zhǔn)，這有助于確保頻譜的有效利用。沒(méi)有這樣的機(jī)構(gòu)和規(guī)則來(lái)控制誰(shuí)可以使用什么頻譜，不同的公司和組織可能會(huì)相互干擾并降低整體服務(wù)水平。
但是，應(yīng)該注意的是，即使在相同的標(biāo)準(zhǔn)下，仍然會(huì)有不同的技術(shù)。例如，UMTS(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))是主要在歐洲，日本和中國(guó)使用的3G技術(shù)，而CDMA2000系統(tǒng)則在北美和韓國(guó)使用。
從1980年代初期推出的1G系統(tǒng)開(kāi)始，此后大約每10年推出一次新一代。每一代都帶來(lái)了新的頻段，更高的數(shù)據(jù)速率和新的傳輸技術(shù)(不向后兼容)。
因?yàn)槊恳淮际遣煌?，所以這就是為什么您的手機(jī)可能沒(méi)有4G覆蓋范圍，但仍然擁有3G的原因(以及為什么您可能沒(méi)有Internet上任何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)卻仍然能夠撥打電話和發(fā)送短信的原因)。
幾家運(yùn)營(yíng)商已宣布將關(guān)閉其2G網(wǎng)絡(luò)，以釋放無(wú)線電頻譜用于其他用途。任何使用2G無(wú)線電的機(jī)器都需要將其無(wú)線電替換為新一代無(wú)線電才能繼續(xù)工作。
所有這些都取決于您的特定用例。如引言中所述，蜂窩電話歷來(lái)不適合許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因?yàn)樗拇罅侩娔埽⑶颐繂挝怀杀竞芨?。?duì)于具有直接電源，需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)，不涉及大量設(shè)備且位于人口稠密地區(qū)的應(yīng)用程序，蜂窩連接性受到了限制。
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