今天的故事，和通信界的頭牌花旦“五姐（5G）”有關，
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，也沒關系，解釋一下，
就是這個超簡單的公式，蘊含了無線通信技術的博大精深，
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？……
通信技術，無論什么黑科技白科技，只分兩種——有線通信和無線通信，
我和你打電話，資訊資料要么在空中傳播（看不見、摸不著），要么在實物上傳播（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，才是移動通信的瓶頸所在，
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，電波和光波都屬于電磁波，
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信，
當然，光波通信也在崛起，例如可見光通信LiFi（LightFidelity），
▼圖片來自網路
不偏題，回到電波先，，，
電波屬于電磁波的一種，它的頻率資源也是有限的，
為了避免干擾和沖突，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體，一直以來，我們主要是用中頻~超高頻進行手機通信的，
例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是作業頻段900MHz和800MHz的意思，
目前主流的4G LTE，屬于超高頻和特高頻，
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，
為什么呢？
因為頻率越高，速度越快，，，
又為什么呢？
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→更大的帶寬→更快的速度：
5G的頻段具體是多少呢？
一種是6GHz以下，這個和目前我們的2/3/4G差別不算太大；還有一種，就很高了，在24GHz以上，
目前，國際上主要使用28GHz進行試驗，
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，頻率高這么好，你一定會問：“為什么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），就越趨近于直線傳播（繞射能力越差），
而且，頻率越高，傳播程序中的衰減也越大，
你看激游標（波長635nm左右），射出的光是直的吧，擋住了就過不去了，
再看衛星通信和GPS導航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒信號了吧，
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，那么它最大的問題，就是覆寫能力會大幅減弱，
覆寫同一個區域，需要的基站數量將大大超過4G，
這就是為什么這些年，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，，，能不玩命爭取么？！
有的頻段甚至被稱為——黃金頻段，
這也是為什么5G時代，運營商拼命懟設備商，
甚至威脅要自己研發通信設備，
所以，基于以上原因，，，
在高頻率的前提下，為了減輕覆寫方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路，
首先，是微基站，
微基站
基站有兩種，微基站和宏基站，看名字就知道，微基站很小，宏基站很大！
以前都是大的基站，建一個覆寫一大片 ▼
以后更多的將是微基站，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），不會讓用戶在心理上產生不適，
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，一群人的房子里，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，覆寫就越好，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，為什么后來我們就看不到帶天線的手機了？
有人說，是因為信號好了，不需要天線了，
其實不對！信號再好，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里面，甚至可以塞很多根，，，
這就是5G的第三大殺手锏——
Ｍassive MIMO
MIMO就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，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，天線就那么幾根，，，
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，
不要問我為什么，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，基站發射信號的時候，就有點像燈泡發光，
信號是向四周發射的，對于光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那么，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，
我們能不能找到一只無形的手，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
波束賦形
在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能根據手機的移動而轉變方向，
這種空間復用技術，由全向的信號覆寫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信鏈路，極大地提高基站的服務容量，
直的都能掰成彎的，，，還有什么是通信磚家干不出來的？
別收我錢，行不行？
在目前的通信網路中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），信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，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，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，運營商爸爸怎么可能放過你，
后記，，，
寫著寫著發現洋洋灑灑寫得有點多，，，
能看到這的，都是真愛，，，
相信大家通過本文對5G和她背后的通信知識已經有了深刻理解，而這一切，都只是源于一個如今小學生都能看懂的數學公式，
通信技術并不神秘，5G作為通信技識訓冠上最耀眼的寶石，也不是什么遙不可及的創新革命技術，它更多是對現有通信技術的演進，
正如一位高人所說——
通信技術的極限，并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，
如何在科學原理的范疇內，進一步發掘通信的潛力，是通信行業眾多奮斗者們孜孜不倦的追求，
好啦，今天就到這里吧，謝謝大家的觀看，再見！
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