最近一段时间，5G是个非常热的词汇，人们在纷纷议论这一新生事物的时候，是否对它的前世今生有一定的了解？

 1、通信方式

 从技术的角度看，通信的基本方式有两种：有线通信和无线通信。

 如果你在北京，我在上海，两人通过家中的固定电话沟通交流，这就是有线通信的典型案例。有线通信时，信号需要借助看得见的介质进行传播，这一介质或是一根铜线，或是一根光纤，“千里姻缘一线牵”，通信用的电缆线在其中发挥着至关重要的作用。

 有线通信，因为有传播介质的保障，可以获得很高的传播速率。以光纤为例，在实验室中，单条光纤最大速度已达到了26Tbps，是传统网线的两万六千倍。传播速率高、信号保真性好，是有线通信的显著优点。但其缺点也是不言而喻的，光缆铺设的成本很高；沟通交流受到地点的限制，很不方便；一旦有人将通信线路控制住，也就卡住了通信的咽喉。基于这样的境况，各国都在大力发展无线通信（移动通信）。

 我和你两个人通过手机进行通话，这就是无线通信的典型事例。在通话的过程中，电磁波会在空中传播一段时间和距离，这是无线通信最大的瓶颈所在。目前主流的移动通信标准，是 4G LTE，理论速率只有 150Mbps（不包括载波聚合）。这个和有线是完全没办法相比的。

 之所以发展5G，主要是实现端到端的高速率，而其重点则是突破无线这部分的瓶颈。

 2、波段

 我们知道，无线通信利用电磁波进行通信。所有的电波和光波，都属于电磁波。

 电磁波按照频率由低到高的顺序排列，依次有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。电磁波的功能特性，是由它的频率决定的。不同频率的电磁波，有不同的属性特点，从而有不同的用途。比如说红外线，具有热效应的特点，人们经常利用它来实现保温、加热等；再比如紫外线的杀菌，高频的γ射线，具有很大的杀伤力，可以用来治疗肿瘤等。

 通信，当然也必须要凭借电磁波。无论是 1G、2G、3G，还是 4G、5G，万变不离其宗，全部都是在电磁波的身上做文章，没有跳出它的“五指山”。

 无线电波属于电磁波的一种，它的频率资源是有限的。为了避免干扰和冲突，我们在电波这条公路上进一步划分车道，分配给不同的对象和用途。在2G、3G时代，经常有“GSM900”、“CDMA800”的说法，其实意思就是指，工作频段在900MHz的GSM，和工作频段在800MHz的CDMA。

 随着 1G、2G、3G、4G 的发展，使用的电波频率是越来越高的。这主要是因为，频率越高，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。

我国制定的 4G LTE 技术标准

    这应该不难理解吧？频率资源就像车厢，越高的频率，车厢越多，相同时间内能装载的信息就越多。

更高的频率→更多的资源→更快的速度

 那么，5G 使用的频率具体是多少呢？5G 的频率范围，分为两种：一种是 6GHz 以下，这个和目前我们的2/3/4G 差别不算太大。还有一种，就很高了，在 24GHz 以上。目前，国际上主要使用 28GHz 进行试验。这个频率对应的电磁波的波长是10.7mm，是典型的毫米波。

 3、5G面临的挑战与对策

 如果频率越高，能实现的传播速率越高，为什么此前不用这样的超高频率的波段呢？

 不是不想用，是用不起。

 电磁波的显著特点是：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。你平时要是使用激光笔（波长 635nm 左右），就会发现，它射出的光是直的，只要有障碍物就过不去了。卫星通信和GPS导航（波长1cm左右）也是如此，如果有遮挡物，就没信号了。移动通信如果用了高频段，它面临的最大问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。原来用一个基站就可以覆盖很大一片区域，现在必须布点很多个基站，才能实现覆盖的目标。这就意味着在基站建设上必须大量投入，又抬高了投资的成本。

 为了减轻5G网络建设方面的成本压力，5G 必须寻找新的出路。

 第一，建设微基站。简而言之，就像我们家里常用的无线wifi的盒子那样，装上很多个小型的基站，到处都有，随时可见。确保无论你走到哪里，都会有至少一个基站为你提供通信服务。基站越小，其电磁辐射的副作用也越少，还可以减少电磁辐射带来的污染，一举两得。

 第二，多天线技术。以前用大哥大和老式的手机时，手机上会有一根天线，通话时需要抽出来，才能保证通话的效果。之所以会这样，是因为1G、2G模式的无线通信，电磁波的频率低，波长长，而天线的长度需要和波长相匹配，才能有好的接受效果。在5G超高频率模式下，电磁波属于毫米级，手机的天线直接就装在手机内部了，外观根本不需要显现。天线不仅可以完全塞进手机的里面，而且可以塞很多根，多根天线发送，多根天线接收，这样通信的速率和效能自然会大幅提升啊！

 第三，波束赋形。从波源发出的信号向外传播，就像房间里的灯照亮真个房间一样。你需要的是它射向某个方向上的灯光，但它给出的各个方向上都有，有很多被浪费掉了。基站也是一样，大量的能量和资源都浪费了。能不能找到一只无形的手，把散开的光束缚起来呢？这样既节约了能量，也保证了要照亮的区域有足够的光。

 科学家们已经解决了这一问题。5G的微基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向。这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大地提高基站的服务容量。

 第四，节约资源。在当下的移动通信网络中，即使是两个人面对面拨打对方的手机（或手机对传照片），信号都是通过基站进行中转的，包括控制信令和数据包，这就需要使用者交通信费、流量费。而在 5G 时代，这种情况就不一定了。5G 时代，同一基站下的两个用户，如果互相进行通信，他们的数据将不再通过基站转发，而是直接手机到手机，既节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。

 通信技术并不神秘，5G 作为通信技术皇冠上最耀眼的宝石，也不是什么遥不可及的创新革命技术，它更多是对现有通信技术的演进。