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。。。

還記得這個公式的童鞋，請驕傲地為自己鼓個掌。。。

如果不記得，或是看不懂，也沒關係，小棗君解釋一下。。。

就是這個超簡單的公式，蘊含了我們無線通訊技術的博大精深。。。

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。。。

且聽我慢慢道來。。。

有線？無線？……  

通訊技術，無論什麼黑科技白科技，只分兩種——有線通訊和無線通訊

我和你打電話，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，想要高速很容易。。。

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，才是行動通訊的瓶頸所在。。。

所以，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。

  好大一個波。。。

大家都知道，電波和光波都屬於電磁波。。。

電磁波的頻率資源有限，根據不同的頻率特性，有不同的用途。。。

我們目前主要使用電波進行通訊。。。

當然，光波通訊也在崛起，例如可見光通訊LiFi（LightFidelity）

圖片來自網路

不偏題，回到電波先。。。

電波屬於電磁波的一種，它的頻率資源也是有限的。。。

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。。。

不同頻率電波的用途

大家注意上面圖中的紅色字型。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”，其實就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。。。

目前主流的4G LTE，屬於超高頻和特高頻。。。

我們國家主要使用超高頻：

隨著1G、2G、3G、4G的發展，使用的頻率是越來越高的。。。

為什麼呢？

因為頻率越高，速度越快。。。

又為什麼呢？

因為頻率越高，車道（頻段）越寬。。。

看懂了吧。。。車道按指數級擴大。。。

更高的頻率→更大的頻寬→更快的速度

5G的頻段具體是多少呢？

上個月，我們國家工信部下發通知，明確了我國的5G初始中頻頻段

3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段

同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在徵集意見。

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：

好啦，這個就是5G的第一個技術特點——

毫米波

繼續，繼續。。。

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？”

原因很簡單——不是不想用。。。是用不起。。。

電磁波的一個顯著特點：頻率越高（波長越短），就越趨近於直線傳播（繞射能力越差）。。。

而且，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大。。。

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。。。

而且，衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向。。。稍微歪一點，都會有影響。。。

如果5G用高頻段，那麼它最大的問題，就是覆蓋能力會大幅減弱。

覆蓋同一個區域，需要的基站數量將大大超過4G。

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。。。

基站就是要花錢買的啊。。。能不玩命爭取麼。。。

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。。。

甚至威脅要自己研發通訊裝置。。。

所以，基於以上原因。。。

在高頻率的前提下，為了減輕覆蓋方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路。。。

首先，是微基站。

微基站

基站有兩種，微基站和巨集基站。看名字就知道，微基站很小，巨集基站很大！

以前都是大的基站，建一個覆蓋一大片

以後更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。

微基站　看上去是不是很酷炫？

微基站的造型有很多種，靈活地與周圍的環境相融合（偽裝），不會讓使用者在心理上產生不適。。。

提醒

基站對人體健康不會造成影響。

而且，恰好相反，其實基站數量越多，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

基站越小巧，數量越多，覆蓋就越好，速度就越快。。。

天線去哪了？

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，為什麼後來我們就看不到帶天線的手機了？

有人說，是因為訊號好了，不需要天線了。。。

其實不對。。。訊號再好，也不能沒有天線。。。

更主要的原因是——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裡面，甚至可以塞很多根。。。

這就是5G的第三大殺手鐗——

Ｍassive MIMO

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，天線就那麼幾根。。。

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。

不要問我為什麼，去問科學家。。。

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

在基站上佈設天線陣列，通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。

直的都能掰成彎的。。。還有什麼是通訊磚家幹不出來的？

別收我錢，行不行？

在目前的通訊網路中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），訊號都是通過基站進行中轉的，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。

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，那你就圖樣圖森破了。。。

控制訊息還是要從基站走的，而且用著頻譜資源，運營商爸爸怎麼可能放過你。。。

後記。。。

寫著寫著，小棗君發現洋洋灑灑寫的有點多。。。

能看到這的，都是真愛。。。

相信大家通過本文對5G和她背後的通訊知識已經有了深刻理解，而這一切，都只是源於一個如今小學生都能看懂的數學公式。。。

通訊技術並不神祕，5G作為通訊技術皇冠上最耀眼的寶石，也不是什麼遙不可及的創新革命技術，它更多是對現有通訊技術的演進。

正如一位高人所說——

通訊技術的極限，並不是技術工藝方面的限制，而是建立在嚴謹數學基礎上的推論，在可以遇見的未來是基本不可能突破的。

如何在科學原理的範疇內，進一步發掘通訊的潛力，是通訊行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求。。。

就到這裡吧，謝謝大家的支援，再見！