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一个简单且神奇的公式

      今天的故事，从一个公式开始讲起。这是一个既简单又神奇的公式。说它简单，是因为它一共只有 3 个字母。而说它神奇，是因为这个公式蕴含了博大精深的通信技术奥秘，这个星球上有无数的人都在为之魂牵梦绕。这个公式，就是它——

      我相信很多同学都认出这个公式了，如果没认出来，而且你又是一个理科生的话，请记得有空多给你的中学物理老师打打电话！解释一下，上面这个公式，这是物理学的基本公式，光速=波长×频率。对于这个公式，可以这么说：无论是 1G、2G、3G，还是 4G、5G，万变不离其宗，全部都是在它身上做文章，没有跳出它的“五指山”。且听我慢慢道来。

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有线？无线？

      通信技术，无论什么黑科技白科技，归根到底，就分为两种——有线通信和无线通信。我和你打电话，信息数据要么在空中传播（看不见、摸不着），要么在实物上传播（看得见、摸得着）。

      如果是在实体物质上传播，就是有线通信，基本上就是用的铜线、光纤这些线缆，统称为有线介质。在有线介质上传播数据，速率可以达到很高的数值。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。。。

光纤

      而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在。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。

所以，5G 如果要实现端到端的高速率，重点是突破无线这部分的瓶颈。

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好神奇的波

      大家都知道，无线通信就是利用电磁波进行通信。电波和光波，都属于电磁波。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。例如，高频的 γ 射线，具有很大的杀伤力，可以用来治疗肿瘤。

    电磁波的不断频率我们目前主要使用电波进行通信。当然，光波通信也在崛起，例如 LiFi。

LiFi（Light Fidelity），可见光通信

       不偏题，回到电波先。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。

      不同频率电波的用途请大家注意上面图中的红色字体。一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信的。例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”，其实意思就是指，工作频段在 900MHz 的 GSM，和工作频段在 800MHz 的 CDMA。目前全球主流的 4G LTE 技术标准，属于特高频和超高频。我们国家主要使用超高频：

      大家能看出来，随着 1G、2G、3G、4G 的发展，使用的电波频率是越来越高的。这是为什么呢？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。更高的频率→更多的资源→更快的速度应该不难理解吧？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。

      那么，5G 使用的频率具体是多少呢？如下图所示：

      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（这个频段也有可能成为 5G 最先商用的频段）。如果按 28GHz 来算，根据前文我们提到的公式：

好啦，这个就是 5G 的第一个技术特点——

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毫米波

请允许我再发一遍刚才那个频率对照表：

      请注意看最下面一行，是不是就是“毫米波”？既然，频率高这么好，你一定会问：“为什么以前我们不用高频率呢？”原因很简单——不是不想用，是用不起。

     电磁波的显著特点：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。你看激光笔（波长 635nm 左右），射出的光是直的吧，挡住了就过不去了。再看卫星通信和 GPS 导航（波长 1cm 左右），如果有遮挡物，就没信号了吧。

     卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向，否则哪怕稍微歪一点，都会影响信号质量。

移动通信如果用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。

覆盖同一个区域，需要的 5G 基站数量，将大大超过 4G。

      基站数量意味着什么？钱啊！投资啊！成本啊！频率越低，网络建设就越省钱，竞争起来就越有利。这就是为什么，这些年，电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。有的频段甚至被称为——黄金频段。

      这也是为什么，5G 时代，运营商拼命怼设备商，希望基站降价。（如果真的上 5G，按以往的模式，设备商就发大财了。）所以，基于以上原因，在高频率的前提下，为了减轻网络建设方面的成本压力，5G 必须寻找新的出路。出路有哪些呢？

首先，就是微基站。

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微基站

   基站有两种，微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小，宏基站很大！

宏基站：

室外常见，建一个覆盖一大片

微基站：

看上去是不是很炫酷？

       还有更小的，巴掌那么大其实，微基站现在就有不少，尤其是城区和室内，经常能看到。以后，到了 5G 时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。你肯定会问，那么多基站在身边，会不会对人体造成影响？我的回答是——不会。其实，和传统认知恰好相反，事实上，基站数量越多，辐射反而越小！你想一下，冬天，一群人的房子里，一个大功率取暖器好，还是几个小功率取暖器好？

大功率方案▼

小功率方案▼

      上面的图，一目了然了。基站小，功率低，对大家都好。如果只采用一个大基站，离得近，辐射大，离得远，没信号，反而不好。