從一條基礎(chǔ)物理公式說起

談5G之前，我們先從一個(gè)基礎(chǔ)的電磁波原理說起，也就是：光速=波長(zhǎng) X 頻率。當(dāng)光速固定在每秒30萬公里時(shí)，波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，每秒震動(dòng)的次數(shù)也就愈少。換言之，電磁波的波長(zhǎng)與頻率是互為反比的。

當(dāng)今的無線通信(Wireless Communication)，即是利用電磁波來進(jìn)行各種信息交換。不同頻率的電磁波，又決定了不同的特性及應(yīng)用，我們可從下面的“通訊電磁波頻譜”來略知一二。

就物理特性而言，頻率愈高，波長(zhǎng)愈短，穿透能力也就愈強(qiáng)，這就像是醫(yī)院里X射線的頻率極高，波長(zhǎng)僅0.01～10納米，可用來穿透身體的部分組織一樣。然而，高頻信號(hào)的指向性也較強(qiáng)，它們遇到障礙物會(huì)想直接穿過去，而不是繞過去(也就是繞射能力差)，因此其穿透障礙物所帶來的能量消耗，也會(huì)使傳輸距離變短。

以目前主流的4G LTE (Long Term Evolution)來看，常用的頻段多集中于450MHz～3,800MHz區(qū)間。然而，由于此區(qū)間已非常壅擠，因此我們漸漸把腦筋動(dòng)到介于30GHz～300GHz的毫米波頻段，那里能使用的頻段資源相對(duì)豐富 (一般來說，高頻段「比較可能」會(huì)擁有高帶寬，進(jìn)而帶動(dòng)傳輸速度的提升)。

好了，談?wù)?G吧!

所謂5G 通訊，是指第 5 代移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(5th Generation Mobile Networks)，它是在4G 通訊技術(shù)成熟后，我們對(duì)下一代通訊網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱，不外乎就是追求更快的速度以及更低的延遲。

雖然國(guó)際上對(duì)5G的標(biāo)準(zhǔn)尚未完全確定，不過大致可涵蓋兩種主流頻段，一為sub 6GHz(也就是6GHz以下)，這與我們目前采用的4G LTE頻段差異不大;另一種則是在24GHz以上，也就是最近很常聽到的「毫米波」頻段。

也就是說，其實(shí)5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了既有的4G LTE 頻段，是一種異質(zhì)性網(wǎng)絡(luò)(HetNet)。其透過主打速度的毫米波(mmWave)寬帶技術(shù)，及主打低功耗、覆蓋能力廣的sub 6GHz窄頻技術(shù)，在不同的環(huán)境下提供最適的無線網(wǎng)絡(luò)，以同時(shí)滿足短距離及長(zhǎng)距離的通訊要求。

例如，當(dāng)場(chǎng)域要求高帶寬(eMBB)、低延遲(URLLC)等特性時(shí)，就適合運(yùn)用高頻的毫米波頻段，例如自駕車、遠(yuǎn)距手術(shù)等應(yīng)用場(chǎng)景;當(dāng)場(chǎng)域要求低功耗、大范圍覆蓋以及穩(wěn)定連接等特性(MMTC)時(shí)，則較適合sub 6GHz低頻頻段，例如智慧城市的相關(guān)應(yīng)用。

5G熱門詞匯之一：微基站

當(dāng)通訊技術(shù)往更高的頻段部署時(shí)，電磁波的繞射能力就變得更弱，傳輸距離及覆蓋范圍也會(huì)相對(duì)縮小。因此，不同于頻段較低的4G采用一個(gè)大型基地臺(tái) (Macro Cell)即可覆蓋2～40公里，5G時(shí)代必須采用多個(gè)微型基地臺(tái) (Small Cell)才能覆蓋到同樣的區(qū)域。

5G熱門詞匯之二：Massive MIMO

MIMO指的是多進(jìn)多出(Multiple-Input Multiple-Output)，即透過多根天線發(fā)送，多根天線接收，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣茸兊酶臁Ｓ指鶕?jù)電磁波原理，波長(zhǎng)越短，天線就可做的愈小的情況下，到了5G時(shí)代，隨著天線漸成為毫米級(jí)尺寸，我們就可以將更多的天線塞入手機(jī)終端及微型基地臺(tái)里，讓既有的MIMO強(qiáng)化為Massive MIMO，使速度更上一層樓。

5G熱門詞匯之三：波束成型

電磁波的傳輸，就像是發(fā)光的燈泡，是向四周發(fā)射的方式來傳遞訊號(hào)。然而，通常我們只需將訊號(hào)朝某個(gè)方向傳遞即可，大多數(shù)的電磁波能量都是浪費(fèi)的。那么，我們有沒有可能將這些四散的電磁波束縛起來呢?答案是有的，它叫做波束成型(Beamforming)。

波束成型(Beamforming)，是一種透過天線數(shù)組定向發(fā)送和接收訊號(hào)的技術(shù)，其透過在特定方向上發(fā)射或接收訊號(hào)的迭加，將既有的全向覆蓋，轉(zhuǎn)換為精準(zhǔn)的指向性傳輸，不僅延長(zhǎng)了傳送距離，也大幅減少訊號(hào)的干擾。

5G熱度高，但商業(yè)化還尚未明朗

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。隨著這些技術(shù)演進(jìn)，一些卡關(guān)已久的應(yīng)用如VR直播、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧城市等場(chǎng)景，將有機(jī)會(huì)突破閥值，破繭而出。

然而，雖然5G目前在市場(chǎng)上喊的火熱，但實(shí)際落地似乎還沒那么快。除了各國(guó)的頻譜分配尚懸而未決外，電信運(yùn)營(yíng)商也得冒著不確定的風(fēng)險(xiǎn)，來投入更多基地臺(tái)的建置成本，以加速普及速度。整體而言，當(dāng)前5G的商業(yè)化還尚未明朗，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)投資仍需保守看待。