2017年，5G技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)被大眾所知，例如自動駕駛、個人AI助手、遠程醫(yī)療等，都將因為5G技術(shù)的突破而實現(xiàn)，到底5G與4G技術(shù)的差異在哪里呢？這就得從有線、無線傳輸開始說起。
顧名思義，有線傳輸代表透過實體介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)，而無線傳輸則是透過電磁波傳送訊號到基地臺，接著轉(zhuǎn)往電信系統(tǒng)商的機房傳輸。以有線傳輸來說，目前單條光纖最高速度已經(jīng)能達到26Tbps，幾乎是傳統(tǒng)網(wǎng)速的上萬倍之快，因此，當(dāng)前世界各國苦心鉆研的，是打破無線傳輸?shù)乃俣认拗啤?/p>
5G技術(shù)除了常見的電磁波傳送外，近年竄紅的還有光波傳輸Li-Fi（Light Fidelity），是相當(dāng)于Wi-Fi的可見光無線通信（VLC）技術(shù)，能利用發(fā)光二極管（LED）燈泡的光波傳輸數(shù)據(jù)，除能提供照明與無線聯(lián)網(wǎng)，還可避免產(chǎn)生電磁干擾。
圖1 ： 整合物聯(lián)網(wǎng)的全新網(wǎng)絡(luò)
然而在無線傳輸技術(shù)的研發(fā)主流上，仍是以電磁波傳輸為主，其中的頻率范圍扮演了重要角色，它的公式原理也很簡單─頻率越低（如特低頻VLF，3-30KHz），速度越慢，同時它的波長也就越長（長波，1，000Km-100Km），傳輸范圍更廣，目前主要的應(yīng)用為遠程離通信。
反之亦然，頻率越高（至高頻EHF，30-300GHz），速度越快，波長越短（毫米波，10mm-1mm），傳播范圍也就越短。
而目前的第五代移動通訊系統(tǒng)（5G）標(biāo)準(zhǔn)，雖然預(yù)計將于2018年中訂出，但下一代移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（Next Generation Mobile Networks Alliance）則早先定義了5G網(wǎng)絡(luò)的要求：以10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率支持數(shù)萬用戶；以1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率同時提供給在同一樓辦公的許多人員等等規(guī)定；支持數(shù)十萬的并發(fā)連接以用于支持大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署等。成為各大電信系統(tǒng)商欲達成的目標(biāo)。
5G厲害在哪里？
圖2 ： 5G特點示意圖（Source：IEEE Computer Society）
5G并不是簡單提升速度就好，它還得包含許多特性：包括毫米波、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）、波束賦形、D2D等。所謂的毫米波，也就是前述所提到的高頻，然而為什么我們過去不使用速度更快的高頻呢？是因為高頻過去多半運用于軍事上，另外則是有成本的考慮。
成本的考慮又是什么？假使電磁波的頻率越高，波長就越長，連帶地它的繞射能力也就越差，就如同衛(wèi)星通訊及GPS導(dǎo)航一樣，對于傳輸方向有一定要求，因此，電信系統(tǒng)商就得興建更多的基地站來傳遞訊號，成本也就跟著水漲船高。舉例來說，原本一個4G的基地臺就能覆蓋的范圍，5G基地臺就得裝設(shè)6-8個基地臺才夠用。
為了解決這項問題，多數(shù)電信商會使用微型基地臺（Microcell），來取代過往的大基地臺，成本也能跟著下降，這時也會引發(fā)一些疑慮，如果架設(shè)了這么多的基地臺，會不會造成更多的輻射污染呢？
這可以用一種簡單的模擬來說明：在一間房間里，用一個大功率的暖爐好，還是數(shù)個小功率的暖爐好呢？答案當(dāng)然是后者，因為后者的覆蓋良好，熱能不會集中于某區(qū)域散播，而是相對分散，并且速度快，亞洲服務(wù)器租用 歐洲服務(wù)器，功率影響也更小。
而MIMO又是什么呢？答案是裝設(shè)“更多的天線”。為什么智能手機內(nèi)能容納更多支天線呢？是因為當(dāng)頻率越高時，波長短，天線也就跟著縮短。過去的大哥大多有一只長長的天線，而今日卻已經(jīng)不常見了，并不是因為它們不再被需要，而是縮小嵌入整只手機里頭去了。
而5G時代使用的毫米波，天線也能再度縮小。因此，除了可以將更多的天線塞入手機外，微型基地臺內(nèi)也能放入更多的天線，接收與發(fā)送訊號的窗口越多，處理速度也能大幅增加，達到所謂的“多進多出”。
控制電磁波的傳輸方向
再來是具備高技術(shù)門坎的波束賦形。電磁波的傳輸，一般是用四散、廣播的方式傳遞訊號，然而我們通常只需要將訊號朝著某方向傳遞即可，多數(shù)的電磁波能量都被大幅浪費。
而波束賦形則是可以控制射頻訊號，使得基地臺站上的電磁波，能對準(zhǔn)它提供服務(wù)的對象（智能手機），并隨之改變方向。透過此項精準(zhǔn)傳遞訊號的服務(wù)，可以大大提升基地站的服務(wù)數(shù)量。
圖3 ： 多天線MIMO示意圖（Source：Rick Janse Kok MBA）
