【5G科普】只要9张图，看懂什么是5G

从一条基础物理公式说起

谈5G之前，我们先从一个基础的电磁波原理说起，也就是：光速=波长 X 频率。当光速固定在每秒30万公里时，波长愈长，每秒震动的次数也就愈少。换言之，电磁波的波长与频率是互为反比的。

当今的无线通信(Wireless Communication)，即是利用电磁波来进行各种信息交换。不同频率的电磁波，又决定了不同的特性及应用，我们可从下面的“通讯电磁波频谱”来略知一二。

就物理特性而言，频率愈高，波长愈短，穿透能力也就愈强，这就像是医院里X射线的频率极高，波长仅0.01～10纳米，可用来穿透身体的部分组织一样。然而，高频信号的指向性也较强，它们遇到障碍物会想直接穿过去，而不是绕过去(也就是绕射能力差)，因此其穿透障碍物所带来的能量消耗，也会使传输距离变短。

以目前主流的4G LTE (Long Term Evolution)来看，常用的频段多集中于450MHz～3,800MHz区间。然而，由于此区间已非常壅挤，因此我们渐渐把脑筋动到介于30GHz～300GHz的毫米波频段，那里能使用的频段资源相对丰富 (一般来说，高频段「比较可能」会拥有高带宽，进而带动传输速度的提升)。

好了，谈谈5G吧!

所谓5G 通讯，是指第 5 代移动通讯网络(5th Generation Mobile Networks)，它是在4G 通讯技术成熟后，我们对下一代通讯网络的统称，不外乎就是追求更快的速度以及更低的延迟。

虽然国际上对5G的标准尚未完全确定，不过大致可涵盖两种主流频段，一为sub 6GHz(也就是6GHz以下)，这与我们目前采用的4G LTE频段差异不大;另一种则是在24GHz以上，也就是最近很常听到的「毫米波」频段。

也就是说，其实5G 网络结合了既有的4G LTE 频段，是一种异质性网络(HetNet)。其透过主打速度的毫米波(mmWave)宽带技术，及主打低功耗、覆盖能力广的sub 6GHz窄频技术，在不同的环境下提供最适的无线网络，以同时满足短距离及长距离的通讯要求。

例如，当场域要求高带宽(eMBB)、低延迟(URLLC)等特性时，就适合运用高频的毫米波频段，例如自驾车、远距手术等应用场景;当场域要求低功耗、大范围覆盖以及稳定连接等特性(MMTC)时，则较适合sub 6GHz低频频段，例如智慧城市的相关应用。

5G热门词汇之一：微基站

当通讯技术往更高的频段部署时，电磁波的绕射能力就变得更弱，传输距离及覆盖范围也会相对缩小。因此，不同于频段较低的4G采用一个大型基地台 (Macro Cell)即可覆盖2～40公里，5G时代必须采用多个微型基地台 (Small Cell)才能覆盖到同样的区域。

5G热门词汇之二：Massive MIMO

MIMO指的是多进多出(Multiple-Input Multiple-Output)，即透过多根天线发送，多根天线接收，让数据传输的速度变得更快。又根据电磁波原理，波长越短，天线就可做的愈小的情况下，到了5G时代，随着天线渐成为毫米级尺寸，我们就可以将更多的天线塞入手机终端及微型基地台里，让既有的MIMO强化为Massive MIMO，使速度更上一层楼。

5G热门词汇之三：波束成型

电磁波的传输，就像是发光的灯泡，是向四周发射的方式来传递讯号。然而，通常我们只需将讯号朝某个方向传递即可，大多数的电磁波能量都是浪费的。那么，我们有没有可能将这些四散的电磁波束缚起来呢?答案是有的，它叫做波束成型(Beamforming)。

波束成型(Beamforming)，是一种透过天线数组定向发送和接收讯号的技术，其透过在特定方向上发射或接收讯号的迭加，将既有的全向覆盖，转换为精准的指向性传输，不仅延长了传送距离，也大幅减少讯号的干扰。

5G热度高，但商业化还尚未明朗

OK，以上就是5G的一些重要概念，包含像是毫米波、微基站、Massive MIMO、波束成型等等。随着这些技术演进，一些卡关已久的应用如VR直播、车联网、无人机、远程医疗、智慧城市等场景，将有机会突破阀值，破茧而出。

然而，虽然5G目前在市场上喊的火热，但实际落地似乎还没那么快。除了各国的频谱分配尚悬而未决外，电信运营商也得冒着不确定的风险，来投入更多基地台的建置成本，以加速普及速度。整体而言，当前5G的商业化还尚未明朗，相关的产业投资仍需保守看待。

（编辑：鹰潭站长网）

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