第一次有人把5G講的這麼簡單明瞭
原作者：
小棗君
原出處：鮮棗課堂
原連結：有史以來最強的5G入門科普！
關於5G通訊，常見的文章都講的晦澀難懂，不忍往下看，特轉載一篇，用大白話實現5G入門。
簡單說，5G就是第五代通訊技術，主要特點是波長為毫米級，超寬頻，超高速度，超低延時。1G實現了模擬語音通訊，大哥大沒有螢幕只能打電話；2G實現了語音通訊數字化，功能機有了小螢幕可以發簡訊了；3G實現了語音以外圖片等的多媒體通訊，螢幕變大可以看圖片了；4G實現了局域高速上網，大屏智慧機可以看短影片了，但在城市訊號好，老家訊號差。1G~4G都是著眼於人與人之間更方便快捷的通訊，而5G將實現隨時、隨地、萬物互聯，讓人類敢於期待與地球上的萬物透過直播的方式無時差同步參與其中。
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一個簡單且神奇的公式
有線？無線？
通訊技術，歸根到底，就分為兩種——
有線通訊
和無線通訊。
資訊資料要麼在空中傳播（看不見、摸不著），要麼在實物上傳播（看得見、摸得著）。
在有線介質上傳播資料，速率可以達到很高的數值。 而
空中傳播
這部分，才是行動通訊的瓶頸所在。
目前主流的4G LTE，
理論速率
只有150Mbps。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
。
好大一個波
無線通訊就是利用
電磁波
進行通訊。電波和光波，都屬於電磁波。
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
進行通訊。當然，光波通訊也在崛起，例如LiFi。
無線電波屬於電磁波的一種，它的頻率資源是有限的。
為了避免干擾和衝突，我們在電波這條
公路
上進一步劃分
車道
，分配給不同的物件和用途。
一直以來，我們主要是用
中頻~超高頻
進行手機通訊的。
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，屬於特高頻和超高頻。
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
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資訊就越多。
那麼，5G使用的頻率具體是多少呢？如下圖所示：
5G的頻率範圍，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
最下面一行，就是
“毫米波”
既然，頻率高這麼好，你一定會問：“為什麼以前我們不用高頻率呢？”
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，越趨近於直線傳播（繞射和穿牆能力越差）。頻率越高，在傳播介質中的衰減也越大。
你看鐳射筆（波長635nm左右），射出的光是直的吧，擋住了就過不去了。
再看衛星通訊和GPS導航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒訊號了吧。
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，都會影響訊號質量。
行動通訊如果用了高頻段，那麼它最大的問題，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，需要的5G基站數量，將大大超過4G。
基站數量意味著什麼？成本啊！
頻率越低，網路建設就越省錢，競爭起來就越有利。這就是為什麼，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
。
這也是為什麼，5G時代，運營商拼命懟裝置商，希望基站降價。（如果真的上5G，按以往的模式，裝置商就發大財了。）
所以，基於以上原因，在高頻率的前提下，為了減輕網路建設方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路。
首先，就是微基站。
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
微基站：
還有更小的，巴掌那麼大
其實，微基站現在就有不少，尤其是城區和室內，經常能看到。
以後，到了5G時代，微基站會更多，到處都會裝上，幾乎隨處可見。
那麼多基站在身邊，會不會對人體造成影響？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，一群人的房子裡，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▼
基站小，功率低，對大家都好。如果只採用一個大基站，離得近，輻射大，離得遠，沒訊號，反而不好。
天線去哪了？
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，為什麼現在我們的手機都沒有天線了？
其實，我們並不是不需要天線，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。
隨著時間變化，我們手機的通訊頻率越來越高，波長越來越短，天線也就跟著變短啦！
毫米波通訊，天線也變成毫米級。。。
這就意味著，天線完全可以塞進手機的裡面，甚至可以塞很多根。。。
這就是5G的第三大殺手鐧——
Ｍassive MIMO（大規模多天線技術）
MIMO就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線傳送，多根天線接收。
在LTE時代，我們就已經有MIMO了，但是天線數量並不算多，只能說是初級版的MIMO。
到了5G時代，繼續把MIMO技術發揚光大，現在變成了加強版的
Massive MIMO
（Massive：大規模的，大量的）。
手機裡面都能塞好多根天線，基站就更不用說了。
以前的基站，天線就那麼幾根：
5G時代，天線數量不是按根來算了，是按“陣”。。。“
天線陣列
”。。。一眼看去，要得密集
恐懼症
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，影響訊號的收發
。
你是直的？還是彎的？
大家都見過燈泡發光吧？其實，基站發射訊號的時候，就有點像燈泡發光。訊號是向四周發射的，對於光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那麼，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。 我們能不能找到一隻無形的手，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
波束賦形
在基站上佈設天線陣列，透過
對射頻訊號相位的控制
，使得相互作用後的電磁波的
波瓣
變得非常狹窄，並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
空間複用技術
，由全向的訊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訊鏈路，極大地提高基站的服務容量。
別收我錢，行不行？
在目前的行動通訊網路中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），訊號都是透過基站進行中轉的，包括控制信令和資料包。。。
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（裝置到裝置）。
Ｄ２Ｄ
5G時代，同一基站下的兩個使用者，如果互相進行通訊，他們的資料將不再透過基站轉發，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。
END