蜂窩網(wǎng)絡(luò)為我們所了解和喜愛的許多事物提供了骨干，使我們能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)、乘車、與朋友聯(lián)系、購物、觀看視頻等等。除了眾所周知的個(gè)人應(yīng)用外，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，并且在不斷發(fā)展。

在過去的一些文章中，我們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)镮oT應(yīng)用程序可能會大不相同，這意味著要求會有所不同。

盡管連接技術(shù)不斷得到改進(jìn)，但最終，在功耗，范圍和帶寬之間總會有一個(gè)權(quán)衡。 過去，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)，但會很快耗盡電池電量。這對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))來說是很好的選擇，但是對于需要遠(yuǎn)程傳感器和設(shè)備持續(xù)使用數(shù)月或數(shù)年的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，這是不可行的。

但是，關(guān)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這還不是全部。您可能聽說過2G，3G和4G等名稱，但是NB-IoT和LTE-M等新的蜂窩技術(shù)專門針對IoT應(yīng)用。5G可能也將證明對物聯(lián)網(wǎng)有利，并且具有變革性。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)如何工作?

當(dāng)我們通過移動設(shè)備打電話，發(fā)送短信或訪問Internet時(shí)，我們正在向附近的手機(jī)發(fā)射塔無線發(fā)送信號。這些蜂窩塔既接收我們的信號，又將信號發(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，有助于跨越比單個(gè)蜂窩塔更大的距離傳遞信息。

像所有無線通信技術(shù)一樣，蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用電磁波發(fā)送信息。正如您的無線電具有可以調(diào)諧的不同頻段一樣(例如，調(diào)諧到101.1意味著您正在收聽101.1 Mhz頻率)，無線通信技術(shù)也具有其工作的特定頻段。

如果所有無線通信都嘗試使用相同的頻率，則對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其工作的特定頻帶(例如，Verizon在746-757 MHz和776-787 MHz頻帶中) 。

但是，即使擁有自己指定的頻段，運(yùn)營商仍然需要考慮干擾。如果運(yùn)營商的兩個(gè)基站相互靠近并且以相同的頻率運(yùn)行，則它們的信號會相互干擾，并給試圖在該區(qū)域使用網(wǎng)絡(luò)的人造成問題。

該問題的解決方案也是下一個(gè)問題的答案。

為什么稱其為“蜂窩”網(wǎng)絡(luò)?

之所以稱為蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商將區(qū)域劃分為“小區(qū)(cells)”。 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，如果您使用六邊形排列，則意味著您僅需要7個(gè)不同的頻率即可確保相鄰小區(qū)中不會使用相同的頻率。

每個(gè)小區(qū)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)的距離可能會高達(dá)5英里。

當(dāng)用戶在小區(qū)之間移動時(shí)，其頻率會自動更改以切換到新的小區(qū)信號塔。幕后還有很多事情要做，以管理同時(shí)在移動中同時(shí)使用同一網(wǎng)絡(luò)的大量用戶。

G是什么意思?

即使以上所有內(nèi)容對您來說都是全新的，您幾乎肯定也曾經(jīng)聽說過諸如3G或4G之類的術(shù)語。這些分別指的是第三代和第四代。

每一代都是由稱為ITU無線電通信部門(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)管理國際射頻頻譜和標(biāo)準(zhǔn)，這有助于確保頻譜的有效利用。如果沒有這樣的機(jī)構(gòu)和規(guī)則來控制誰可以使用什么頻譜，不同的公司和組織可能會相互干擾并降低整體服務(wù)水平。

但是，應(yīng)該注意的是，即使在同一標(biāo)準(zhǔn)下，仍然可能存在不同的技術(shù)。例如，UMTS(通用移動電信系統(tǒng))是主要在歐洲，日本和中國使用的3G技術(shù)，而CDMA2000系統(tǒng)則在北美和韓國使用。

那么1G，2G，3G和4G有什么區(qū)別?

從1980年代初期推出的1G系統(tǒng)開始，此后大約每10年推出一次新一代。每一代都帶來了新的頻段，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模@就是為什么你的手機(jī)上可能沒有4G覆蓋，但仍然有3G(以及為什么你可能沒有不能上網(wǎng)，但卻能夠打電話和發(fā)送短信)。

幾家運(yùn)營商已宣布將關(guān)閉其2G網(wǎng)絡(luò)，以釋放無線電頻譜用于其他用途。 任何使用2G無線電的機(jī)器都需要將其無線電替換為新一代無線電才能繼續(xù)工作。

蜂窩連接是否是物聯(lián)網(wǎng)的好選擇?

這一切都取決于您的特定用例。如導(dǎo)言中所述，蜂窩一直以來都不適合許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因?yàn)樗拇罅康碾娏?，而且單位成本可能很高。這限制了蜂窩連接到具有直接電源、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。

對于需要傳感器/設(shè)備使用電池供電的用例，不需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)，擁有數(shù)千個(gè)設(shè)備，或者可能是遠(yuǎn)程的，蜂窩電話并不是一個(gè)合適的選擇。但有些情況正在改變。

運(yùn)營商正在推動專門針對物聯(lián)網(wǎng)的NB-IoT和LTE-M等新型蜂窩技術(shù)。盡管您仍然需要在人口稠密的地區(qū)(要在蜂窩塔附近)，但是這些技術(shù)將提供低成本，低帶寬，低功耗的連接性，這將使目前成本高昂的眾多新物聯(lián)網(wǎng)用例成為可能。

隨著多家運(yùn)營商即將推出其服務(wù)，請留意這些蜂窩技術(shù)。

5G是怎么回事?

下一代蜂窩連接有望帶來革命性的變化，提供高達(dá)100Gbps的速度(相比之下，當(dāng)前4G的速度為1Gbps)。這種巨大的帶寬將成為未來許多應(yīng)用(包括自動駕駛汽車，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)等)的關(guān)鍵推動力。

也許5G最具變革性的影響之一就是它可以替代物理電纜。城市和企業(yè)可以使用5G來滿足他們的需求，而不是在有線基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行時(shí)間和資源密集型的建設(shè)。這也為使用云開辟了新的應(yīng)用程序，而云以前可能受到需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量的限制，而不是依賴于本地處理。

除了高帶寬外，5G還承諾超低延遲和高度可靠性，使其也成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的促成因素。未來的工廠可以在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中放棄有線以太網(wǎng)，成為動態(tài)的可重新配置的工廠，這些工廠會隨著新的需求而變化。

最早的5G規(guī)格已在2017年12月達(dá)成協(xié)議，運(yùn)營商已于2019年推出5G。5G并不會立即釋放全部潛力，但這是一個(gè)非常令人興奮的領(lǐng)域。