什么是5G和5G網絡

這一切，要從一個“神奇的公式”說起，一個神奇的公式，就是這個公式。

這是物理學的基本公式，光速=波長×頻率。

就是這個超簡單的公式，蘊含了博大精深的通信技術奧秘。

無論是往事隨風的1G、2G、3G，還是意氣風發的4G、5G，說來說去，都是在這個數學公式上做文章。

有線or無線？不如毫米波！

通信技術，無論什么黑科技白科技，歸根到底，只分兩種——有線通信和無線通信。

我和你打電話，信息數據要么在空中傳播（看不見、摸不著），要么在實物上傳播（看得見、摸得著）。

如果是在實體物質上傳播，就是有線通信，基本上就是用的銅線、光纖這些線纜，統稱為有線介質。

在有線介質上傳播數據，速率可以達到很高的數值。

以光纖為例，在實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps。。。是傳統網線的兩萬六千倍。

而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在。

所以，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。

目前主流的移動通信標準，是4G LTE，理論速率只有150Mbps（不包括載波聚合）。這個和有線是完全沒辦 法相比的。

所以，5G如果要實現端到端的高速率，重點是突破無線這部分的瓶頸。

同時無線通信就是利用電磁波進行通信。電波和光波，都屬于電磁波。

電磁波的頻率資源有限。電磁波的功能特性，是由它的頻率決定的。不同頻率的電磁波，有不同的屬性特 點，從而有不同的用途。

例如，高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。

我們目前主要使用電波進行通信。當然，光波通信也在崛起，例如可見光通信LiFi（LightFidelity）

電波屬于電磁波的一種，它的頻率資源是有限的。為了避免干擾和沖突，我們在電波這條公路上進一步劃 分車道，分配給不同的對象和用途。

▼不同頻率電波的用途

請大家注意上面圖中的紅色字體。一直以來，我們主要是用中頻~超高頻進行手機通信的。

例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實意思就是指，工作頻段在900MHz的GSM，和工作頻段在 800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技術標準，屬于特高頻和超高頻。我們國家主要使用超高頻：

大家能看出來，隨著1G、2G、3G、4G的發展，使用的電波頻率是越來越高的。

這是為什么呢？這主要是因為，頻率越高，能使用的頻率資源越豐富。頻率資源越豐富，能實現的傳輸速 率就越高。

更高的頻率→更多的資源→更快的速度

應該不難理解吧？頻率資源就像車廂，越高的頻率，車廂越多，相同時間內能裝載的信息就越多。

那么，5G使用的頻率具體是多少呢？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。

我國工信部在2017年就已下發通知，明確了我國的5G初始中頻頻段為：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段。 同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見。

目前，國際上主要使用28GHz進行試驗（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

這個就是5G的第一個技術特點——毫米波

既然，頻率高這么好，你一定會問：“為什么以前我們不用高頻率呢？”原因很簡單 ——不是不想用，是用不起。

電磁波的顯著特點：頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。頻率越高，在傳播介質 中的衰減也越大。

你看激光筆（波長635nm左右），射出的光是直的吧，擋住了就過不去了。再看衛星通信和GPS導航（波長 1cm左右），如果有遮擋物，就沒信號了吧。

衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向，否則哪怕稍微歪一點，都會影響信號質量。

移動通信如果用了高頻段，那么它最大的問題，就是傳輸距離大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。

覆蓋同一個區域，5G需要的基站數量將大大超過4G。

基站數量意味著什么？錢啊！投資啊！成本啊！

頻率越低，網絡建設就越省錢，競爭起來就越有利。這就是為什么，這些年，電信、移動、聯通為了低頻 段而爭得頭破血流。有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。

這也是為什么，5G時代，運營商拼命懟設備商，希望基站降價。（如果真的上5G，按以往的模式，設備商 就發大財了。）所以，基于以上原因，在高頻率的前提下，為了減輕網絡建設方面的成本壓力，5G必須尋找新 的出路。

基站新選擇，首先就是微基站。

基站有兩種，微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小，宏基站很大！

宏基站：室外常見，建一個覆蓋一大片 ▼

以后更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。

▼微基站：看上去是不是很酷炫？還有更小的，巴掌那么大！

其實，微基站現在就有不少，尤其是城區和室內，經常能看到。以后，到了5G時代，微基站會更多，到處 都會裝上，幾乎隨處可見。

你肯定會問，那么多基站在身邊，會不會對人體造成影響？我的回答是——不會。

其實，和傳統認知恰好相反，事實上，基站數量越多，輻射反而越小！

你想一下，冬天，一群人的房子里，一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好？

大功率方案▼

小功率方案▼

上面的圖，一目了然了。基站小，功率低，對大家都好。如果只采用一個大基站，離得近，輻射大，離得 遠，沒信號，反而不好。

基站越小巧，數量越多，覆蓋就越好，速度就越快。

天線也變毫米級

大家有沒有發現，以前大哥大都有很長的天線，早期的手機也有突出來的小天線，為什么現在我們的手機 都沒有天線了？

其實，我們并不是不需要天線，而是我們的天線變小了。根據天線特性，天線長度應與波長成正比，大約 在1/10~1/4之間。

頻率越高，波長越短，天線也就跟著變短啦！

毫米波，天線也變成毫米級。

這就意味著，天線完全可以塞進手機的里面，甚至可以塞很多根。

這就是5G的第三大殺手锏——Ｍassive MIMO（多天線技術）

MIMO就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，多根天線接收 。

在LTE時代就已經有MIMO了，5G繼續發揚光大，變成了加強版的Massive　MIMO（Massive：大規模的，大量 的）。

手機都能塞好多根，基站就更不用說了。。。

▼以前的基站，天線就那么幾根。。。

5G時代，就不是按根來算了，是按“陣”。。。“天線陣列”。。。

▼天線多得排成陣了。。。一眼看去一大片的節奏。。。

不過，天線之間的距離也不能太近。因為天線特性要求，多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長 以上。如果距離近了，就會互相干擾，影響信號的收發。

你是直的？還是彎的？

大家都見過燈泡發光吧？　

其實，基站發射信號的時候，就有點像燈泡發光。

信號是向四周發射的，對于光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那么，大部分的 光都浪費了。。。

基站也是一樣，大量的能量和資源都浪費了。我們能不能找到一只無形的手，把散開的光束縛起來呢？這 樣既節約了能量，也保證了要照亮的區域有足夠的光。

答案是：可以。

這就是——波束賦形

在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并 指向它所提供服務的手機，而且能跟據手機的移動而轉變方向。

這種空間復用技術，由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供 更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。

直的都能掰成彎的。還有什么是通信磚家干不出來的？

方便快捷的D2D

在目前的通信網絡中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），信號都是通過基站進行 中轉的，包括控制信令和數據包。　

而在5G時代，這種情況就不一定了。

5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device（設備到設備）。

5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據將不再通過基站轉發，而是直接手機到 手機。

這樣，就節約了大量的空中資源，也減輕了基站的壓力。

不過，如果你覺得這樣就不用付錢，那你就錯了。控制消息還是要從基站走的，而且用著頻譜資源，運營 商怎么可能放過你。

需要換手機嗎？

這大概是很多人都好奇的問題，但不好意思，恐怕是的。

什么是5G網絡

5G網絡是第五代移動通信網絡，其峰值理論傳輸速度可達每秒數10Gb，比4G網絡的傳輸速度快數百倍。舉 例來說，一部1G的電影可在8秒之內下載完成。

隨著5G技術的誕生，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫質（UHD）節目的時代正向我們走來。