相信關(guān)注電子產(chǎn)品、熱愛(ài)科技的你一定對(duì)“5G”這個(gè)詞毫不陌生，這個(gè)自去年一直被熱炒的通訊技術(shù)總是會(huì)時(shí)不時(shí)的進(jìn)入我們的視線。而且在剛剛結(jié)束的CES上，高通也圍繞5G為我們描繪了一個(gè)觸手可及充滿科技感的未來(lái)。

現(xiàn)在讓我們想象一下5G也許就像3G時(shí)期我們想象4G一樣，除了速度快似乎也想象不出4G對(duì)比3G在其他方面能有什么提升。

5G速度堪比獵豹(圖源：infoxmation)

的確，按照理論數(shù)據(jù)，5G的傳輸速率將可以實(shí)現(xiàn)1Gb/s，比目前4G的速度快十倍以上。這意味著使用5G技術(shù)下載一部1GB大小的高清電影僅僅需要10秒就可以下載完成!那么5G從技術(shù)上到底有哪些改變才能使其相較4G的速度有“質(zhì)”的飛躍呢?除了速度更快，5G對(duì)比4G還有哪些方面的提升呢?

5G比4G不止多“1G”(圖源：outfresh)

接下來(lái)我就給各位揭示一下5G比4G多出來(lái)“1G”到底藏著哪些秘密。

毫米波是速度提升的關(guān)鍵

眾所周知，現(xiàn)如今我們使用的手機(jī)所發(fā)射和接受的信號(hào)就是電磁波。不過(guò)由于電磁波的頻率是有限的，不同的工作所用到的電磁波又不能相互干擾，所以，全球統(tǒng)一協(xié)商將有限的電磁波頻率統(tǒng)一劃分出不同的用處，比如，極低頻率被應(yīng)用于超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航、至高頻率被應(yīng)用于波導(dǎo)通信。而我們手機(jī)通訊用的電磁波頻率，則是被分配到了中頻—超高頻段。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，從2G到3G一直到5G，其實(shí)就是頻率的遞增。

無(wú)線電各頻率分段(圖源：wendangwang)

而隨著頻率的提高，頻段也在逐步加寬。

三大運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)制式所占頻段(圖源：sparkandshine)

比如，4G時(shí)期，我國(guó)運(yùn)營(yíng)商采用的頻段大致是2555-2575MHz。而5G目前國(guó)際上主要采用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)。很直觀的可以看出5G相較于4G的頻段不止高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果我們將頻率代入到光速以及波長(zhǎng)的公式就會(huì)得出很有意思的結(jié)果。以5G的28GHz為例子：以28GHz為例計(jì)算波長(zhǎng)　　然后我們就能得出5G下的波長(zhǎng)約為10.7mm(毫米)，這也就是我們常說(shuō)的5G毫米波。

5G和4G形象對(duì)比(圖源：163)

不過(guò)需要注意的是，雖然毫米波可以帶來(lái)更大的傳輸速度，但是毫米波也有致命的缺點(diǎn)——毫米波在空氣中衰減較大，且繞射能力較弱。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，用毫米波實(shí)現(xiàn)信號(hào)穿墻是非常困難的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就要用到微基站技術(shù)了。

微基站使用戶均衡獲取信號(hào)

前面說(shuō)到，由于5G毫米波穿透力較差并且在空氣中衰減很大的弱點(diǎn)，如果5G仍然采用以往在3G、4G時(shí)期使用的“宏基站”，就不能為稍遠(yuǎn)的用戶提供足夠的信號(hào)保障。

微基站(圖片引自臨汾日?qǐng)?bào)社)

為了應(yīng)對(duì)這個(gè)困難，5G開(kāi)始才用全新的基站——微基站。顧名思義，微基站做的足夠小的基站。為了更容易理解宏基站和微基站的區(qū)別，我們用一個(gè)取暖的例子來(lái)形象的比喻宏基站和微基站。

宏基站“取暖”方案(圖片引自新浪博客)　

宏基站：在一個(gè)寒冷的冬天，一個(gè)班級(jí)里面只有一個(gè)熾熱的火爐，老師為了讓班級(jí)暖和起來(lái)，將這個(gè)熾熱的火爐放在班級(jí)的正中間。結(jié)果事與愿違，班級(jí)整體并沒(méi)有都熱起來(lái)，僅僅是距離火爐比較近的幾個(gè)學(xué)生暖和(事實(shí)上，由于溫度太高，可能已經(jīng)有灼熱的感覺(jué))而距離這個(gè)火爐很遠(yuǎn)的在班級(jí)邊緣的學(xué)生可能絲毫感覺(jué)不到火爐的溫度，凍的瑟瑟發(fā)抖。

微基站“取暖”方案(圖片引自新浪博客)

微基站：如果我們將上述班級(jí)中心熾熱的火爐“拆分開(kāi)”，分成四五個(gè)火爐，雖然每個(gè)小火爐的功率不及原先的大火爐，但是我們將這幾個(gè)小火爐平均分到班級(jí)的各個(gè)區(qū)域，這樣每個(gè)人都能感受到暖意了。所以，微基站不僅在體積上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宏基站，在功耗上也會(huì)有所降低。你也許想問(wèn)，為什么宏基站的天線都那么大，而微基站的天線這么小?或者引申一下，為什么以前我們的手機(jī)都要長(zhǎng)長(zhǎng)的天線，而現(xiàn)在我們的手機(jī)都“沒(méi)有”天線了?

天線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系這是因?yàn)?，隨著頻率逐漸升高，該頻率相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在逐漸的縮短，而天線也就跟著變短了!根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)顯示，天線的長(zhǎng)度大約為波長(zhǎng)的1/10~1/4。所以，5G的毫米波，也就使得天線達(dá)到了“毫米”的級(jí)別。

Massive MIMO使帶寬容量提升數(shù)十倍

5G時(shí)代的“毫米”天線能帶來(lái)一個(gè)巨大的好處，那就是可以在微小的基站中放入更多的天線。

MIMO技術(shù)(圖源：wikimedia)

這就用到了MIMO技術(shù)，英文全稱是Multiple-Input Multiple-Output，意為“多進(jìn)多出”，說(shuō)白了就是基站的天線變多了，并且手機(jī)的接受能力也變強(qiáng)了，源頭上多根天線發(fā)送，接收對(duì)象多根天線接受。而5G由于可以放入更多的天線，也就成為了加強(qiáng)版的Massive(海量的) MIMO技術(shù)。

老式大天線基站(圖片引自互聯(lián)網(wǎng))

雖然4G時(shí)期已經(jīng)開(kāi)始使用MIMO技術(shù)，但是4G時(shí)期由于天線比較大，一般都是使用4天線、8天線居多，并沒(méi)有做到“大規(guī)模、海量”的Massive MIMO天線。

5G Massive MIMO(圖源：sharetechnote)

到了5G時(shí)期，當(dāng)頻率處于30Ghz時(shí)，基站最多可使用256個(gè)天線同時(shí)收發(fā)信號(hào)，5G可以將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量提升數(shù)十倍乃至更大。信號(hào)像手電筒“精準(zhǔn)打擊”用戶雖然現(xiàn)在信號(hào)和天線的問(wèn)題都解決了，但是5G還有一個(gè)問(wèn)題困擾著我們，就是我們放射信號(hào)的時(shí)候能不能不像4G那樣漫無(wú)目的的放射，雖然有一個(gè)很大的覆蓋面，但是利用率卻有高有低。能不能“精準(zhǔn)打擊”只給有需要的人用，從而節(jié)省資源。

4G像電燈的信號(hào)發(fā)射形式(圖片引自互聯(lián)網(wǎng))

通俗的說(shuō)，4G就像電燈一樣，打開(kāi)電燈后，不管某一個(gè)地方需不需要光，這束“4G”之光都會(huì)覆蓋到，一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。

波束賦形技術(shù)(圖片引自mbcom)

到了5G，為了解決這種資源浪費(fèi)的行為，開(kāi)始使用波束賦形技術(shù)。

波束賦形是什么?來(lái)看下維基百科的解釋：“波束賦形(Beamforming)又叫波束成型、空域?yàn)V波，是一種使用傳感器陣列定向發(fā)送和接收信號(hào)的信號(hào)處理技術(shù)。 波束賦形技術(shù)通過(guò)調(diào)整相位陣列的基本單元的參數(shù)，使得某些角度的信號(hào)獲得相長(zhǎng)干涉，而另一些角度的信號(hào)獲得相消干涉。波束賦形既可以用于信號(hào)發(fā)射端，又可以用于信號(hào)接收端。”

5G像手電筒的信號(hào)發(fā)射形式(圖片引自互聯(lián)網(wǎng))

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，5G將4G的電燈變成了“手電筒”，如果在一間黑屋子里電量這盞5G“手電筒”，他不會(huì)使整個(gè)屋子都亮，而是尋求特定的有需求的方向打擊。D2D技術(shù)使終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)溝通5G另一項(xiàng)領(lǐng)先的地方就是可以實(shí)現(xiàn)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信，也被稱為鄰近服務(wù)，通過(guò)此技術(shù)，用戶的數(shù)據(jù)可以不經(jīng)基站中轉(zhuǎn)就可以直接在兩個(gè)終端之間進(jìn)行傳輸。

D2D通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖(圖源：zte)　　

使用D2D技術(shù)，一舉兩得——即可以節(jié)約大量空中資源，同時(shí)也減輕了基站的壓力。

不過(guò)，你不要認(rèn)為這樣就可以逃過(guò)運(yùn)營(yíng)商的“魔爪”，不用交通信費(fèi)了，因?yàn)榭偟男盘?hào)控制和資源分配還是通過(guò)基站來(lái)進(jìn)行調(diào)控的，所以，我們還是要乖乖給運(yùn)營(yíng)商交錢。總的來(lái)說(shuō)，5G雖然只比4G多了“1G”，但是這“1G”蘊(yùn)含的內(nèi)容和進(jìn)步可是太多了，無(wú)論是帶寬還是基站，5G相較于4G都有了“質(zhì)”的飛躍。雖然現(xiàn)在階段我們5G離我們的日常生活還有些遙遠(yuǎn)，但是現(xiàn)在就像像暴風(fēng)雨來(lái)臨前夜沉寂的安靜，一旦等到5G這場(chǎng)風(fēng)暴來(lái)襲，無(wú)人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)這些與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的科技產(chǎn)品將隨著5G共同顛覆我們的日常生活。當(dāng)然，最重要的，還是網(wǎng)速的提升。

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