什麽是(shì)5G和5G網絡

什麽是(shì)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(shì)這個公式。

這是(shì)物理學的基本公式，光速=波長×頻(pín)率。

就是(shì)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(shì)往事随風的1G、2G、3G，還是(shì)意氣風發的4G、5G，說來說去(qù)，都是(shì)在這個數學公式上做文章。

有線(xiàn)or無線(xiàn)？不如毫米波！

通信技術，無論什麽黑科技白科技，歸根到底，隻分兩種——有線(xiàn)通信和無線(xiàn)通信。

我和你打電話(huà)，信息數據要麽在空中傳播（看不見(jiàn)、摸不着），要麽在實物上傳播（看得見(jiàn)、摸得着）。

如果是(shì)在實體物質上傳播，就是(shì)有線(xiàn)通信，基本上就是(shì)用的銅線(xiàn)、光纖這些線(xiàn)纜，統稱爲有線(xiàn)介質。

在有線(xiàn)介質上傳播數據，速率可以達到很高的數值。

以光纖爲例，在實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps。。。是(shì)傳統網線(xiàn)的兩萬六千倍。

而空中傳播這部分，才是(shì)移動通信的瓶頸所在。

所以，5G重點是(shì)研究無線(xiàn)這部分的瓶頸突破。

目前主流的移動通信标準，是(shì)4G LTE，理論速率隻有150Mbps（不包括載波聚合）。這個和有線(xiàn)是(shì)完全沒辦 法相(xiàng)比的。

所以，5G如果要實現(xiàn)端到端的高速率，重點是(shì)突破無線(xiàn)這部分的瓶頸。

同時無線(xiàn)通信就是(shì)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(pín)率資源有限。電磁波的功能特性，是(shì)由它的頻(pín)率決定的。不同頻(pín)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(pín)的γ射線(xiàn)，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(jiàn)光通信LiFi（LightFidelity）

電波屬于電磁波的一種，它的頻(pín)率資源是(shì)有限的。爲了避免幹擾和沖突，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(pín)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(shì)用中頻(pín)~超高頻(pín)進行手機通信的。

例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實意思就是(shì)指，工作頻(pín)段在900MHz的GSM，和工作頻(pín)段在 800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技術标準，屬于特高頻(pín)和超高頻(pín)。我們國家主要使用超高頻(pín)：

大家能看出來，随着1G、2G、3G、4G的發展，使用的電波頻(pín)率是(shì)越來越高的。

這是(shì)爲什麽呢？這主要是(shì)因爲，頻(pín)率越高，能使用的頻(pín)率資源越豐富。頻(pín)率資源越豐富，能實現(xiàn)的傳輸速 率就越高。

更高的頻(pín)率→更多的資源→更快的速度

應該不難理解吧？頻(pín)率資源就像車廂，越高的頻(pín)率，車廂越多，相(xiàng)同時間内能裝載的信息就越多。

那麽，5G使用的頻(pín)率具體是(shì)多少呢？如下圖所示：

5G的頻(pín)率範圍，分爲兩種：一種是(shì)6GHz以下，這個和目前我們的2/3/4G差别不算太大。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(zhī)，明确了我國的5G初始中頻(pín)頻(pín)段爲：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻(pín)段。 同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻(pín)頻(pín)段正在征集意見(jiàn)。

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

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

這個就是(shì)5G的第一個技術特點——毫米波

既然，頻(pín)率高這麽好，你一定會問：“爲什麽以前我們不用高頻(pín)率呢？”原因很簡單 ——不是(shì)不想用，是(shì)用不起。

電磁波的顯著特點：頻(pín)率越高，波長越短，越趨近于直線(xiàn)傳播（繞射能力越差）。頻(pín)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(shì)直的吧，擋住了就過不去(qù)了。再看衛星通信和GPS導航（波長 1cm左右），如果有遮擋物，就沒信号了吧。

衛星那口大鍋，必須校準瞄着衛星的方向，否則哪怕稍微歪一點，都會影響信号質量。

移動通信如果用了高頻(pín)段，那麽它最大的問題，就是(shì)傳輸距離(lí)大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。

覆蓋同一個區域，5G需要的基站數量将大大超過4G。

基站數量意味着什麽？錢啊！投資啊！成本啊！

頻(pín)率越低，網絡建設就越省錢，競争起來就越有利。這就是(shì)爲什麽，這些年，電信、移動、聯通爲了低頻(pín) 段而争得頭破血流。有的頻(pín)段甚至被稱爲——黃金頻(pín)段。

這也是(shì)爲什麽，5G時代，運營商拼命怼設備商，希望基站降價。（如果真的上5G，按以往的模式，設備商 就發大财了。）所以，基于以上原因，在高頻(pín)率的前提下，爲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(shì)微基站。

基站有兩種，微基站和宏基站。看名字就知(zhī)道，微基站很小，宏基站很大！

宏基站：室外常見(jiàn)，建一個覆蓋一大片 ▼

以後更多的将是(shì)微基站，到處都裝，随處可見(jiàn)。

▼微基站：看上去(qù)是(shì)不是(shì)很酷炫？還有更小的，巴掌那麽大！

其實，微基站現(xiàn)在就有不少，尤其是(shì)城區和室内，經常能看到。以後，到了5G時代，微基站會更多，到處 都會裝上，幾乎随處可見(jiàn)。

你肯定會問，那麽多基站在身邊，會不會對人體造成影響？我的回答是(shì)——不會。

其實，和傳統認知(zhī)恰好相(xiàng)反，事實上，基站數量越多，輻射反而越小！

你想一下，冬天，一群人的房子裏，一個大功率取暖器好，還是(shì)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。如果隻采用一個大基站，離(lí)得近，輻射大，離(lí)得 遠，沒信号，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(xiàn)也變毫米級

大家有沒有發現(xiàn)，以前大哥大都有很長的天線(xiàn)，早期的手機也有突出來的小天線(xiàn)，爲什麽現(xiàn)在我們的手機 都沒有天線(xiàn)了？

其實，我們并不是(shì)不需要天線(xiàn)，而是(shì)我們的天線(xiàn)變小了。根據天線(xiàn)特性，天線(xiàn)長度應與波長成正比，大約 在1/10~1/4之間。

頻(pín)率越高，波長越短，天線(xiàn)也就跟着變短啦！

毫米波，天線(xiàn)也變成毫米級。

這就意味着，天線(xiàn)完全可以塞進手機的裏面，甚至可以塞很多根。

這就是(shì)5G的第三大殺手锏——Ｍassive MIMO（多天線(xiàn)技術）

MIMO就是(shì)“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線(xiàn)發送，多根天線(xiàn)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(xiàn)就那麽幾根。。。

5G時代，就不是(shì)按根來算了，是(shì)按“陣”。。。“天線(xiàn)陣列”。。。

▼天線(xiàn)多得排成陣了。。。一眼看去(qù)一大片的節奏。。。

不過，天線(xiàn)之間的距離(lí)也不能太近。因爲天線(xiàn)特性要求，多天線(xiàn)陣列要求天線(xiàn)之間的距離(lí)保持在半個波長 以上。如果距離(lí)近了，就會互相(xiàng)幹擾，影響信号的收發。

你是(shì)直的？還是(shì)彎的？

大家都見(jiàn)過燈泡發光吧？　

其實，基站發射信号的時候，就有點像燈泡發光。

信号是(shì)向四周發射的，對于光，當然是(shì)照亮整個房間，如果隻是(shì)想照亮某個區域或物體，那麽，大部分的 光都浪費(fèi)了。。。

基站也是(shì)一樣，大量的能量和資源都浪費(fèi)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(shì)：可以。

這就是(shì)——波束賦形

在基站上布設天線(xiàn)陣列，通過對射頻(pín)信号相(xiàng)位的控制，使得相(xiàng)互作用後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。

這種空間複用技術，由全向的信号覆蓋變爲了精準指向性服務，波束之間不會幹擾，在相(xiàng)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。還有什麽是(shì)通信磚家幹不出來的？

方便快捷的D2D

在目前的通信網絡中，即使是(shì)兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），信号都是(shì)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(shì)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(xiàng)進行通信，他們的數據将不再通過基站轉發，而是(shì)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(shì)要從基站走的，而且用着頻(pín)譜資源，運營 商怎麽可能放(fàng)過你。

需要換手機嗎(ma)？

這大概是(shì)很多人都好奇的問題，但(dàn)不好意思，恐怕是(shì)的。

什麽是(shì)5G網絡

5G網絡是(shì)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秒之内下載完成。

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