今天的故事，從一個公式開始講起。
這是一個既簡單又神奇的公式。說它簡單，是因為它一共只有3個字母。而說它神奇，是因為這個公式蘊含了博大精深的通信技術奧秘，這個星球上有無數的人都在為之魂牽夢繞。
這個公式，就是它——
解釋一下，上面這個公式，這是物理學的基本公式，光速=波長×頻率。
有線？無線？
光纖
所以，5G如果要實現端到端的高速率，重點是突破無線這部分的瓶頸。
好大一個波
例如，高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。
電磁波的不斷頻率
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LiFi。
LiFi（Light Fidelity），可見光通信
不同頻率電波的用途
更高的頻率→更多的資源→更快的速度
應該不難理解吧？頻率資源就像車廂，越高的頻率，車廂越多，相同時間內能裝載的信息就越多。
那麼，5G使用的頻率具體是多少呢？
如下圖所示：
5G的頻率範圍，分為兩種：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（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。
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
請允許我再發一遍剛才那個頻率對照表：
請注意看最下面一行，是不是就是“毫米波”？
繼續，繼續！
好了，既然，頻率高這麼好，你一定會問：“為什麼以前我們不用高頻率呢？”
原因很簡單——不是不想用，是用不起。
你看激光筆（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。
衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向，否則哪怕稍微歪一點，都會影響信號質量。
移動通信如果用了高頻段，那麼它最大的問題，就是傳輸距離大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。
覆蓋同一個區域，需要的5G基站數量，將大大超過4G。
這也是為什麼，5G時代，運營商拼命懟設備商，希望基站降價。（如果真的上5G，按以往的模式，設備商就發大財了。）
所以，基於以上原因，在高頻率的前提下，為了減輕網絡建設方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路。
出路有哪些呢？
首先，就是微基站。
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！
宏基站：
室外常見，建一個覆蓋一大片
微基站：
看上去是不是很酷炫？
還有更小的，巴掌那麼大
其實，微基站現在就有不少，尤其是城區和室內，經常能看到。
以後，到了5G時代，微基站會更多，到處都會裝上，幾乎隨處可見。
你肯定會問，那麼多基站在身邊，會不會對人體造成影響？
我的回答是——不會。
其實，和傳統認知恰好相反，事實上，基站數量越多，輻射反而越小！
你想一下，冬天，一群人的房子裡，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▼
上面的圖，一目瞭然了。基站小，功率低，對大家都好。如果只採用一個大基站，離得近，輻射大，離得遠，沒信號，反而不好。
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，為什麼現在我們的手機都沒有天線了？
其實，我們並不是不需要天線，而是我們的天線變小了。
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。
隨著時間變化，我們手機的通信頻率越來越高，波長越來越短，天線也就跟著變短啦！
毫米波通信，天線也變成毫米級。。。
這就意味著，天線完全可以塞進手機的裡面，甚至可以塞很多根。。。
這就是5G的第三大殺手鐧——
Ｍassive MIMO（多天線技術）
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，我們就已經有MIMO了，但是天線數量並不算多，只能說是初級版的MIMO。
到了5G時代，繼續把MIMO技術發揚光大，現在變成了加強版的Massive MIMO（Massive：大規模的，大量的）。
手機裡面都能塞好多根天線，基站就更不用說了。
以前的基站，天線就那麼幾根：
5G時代，天線數量不是按根來算了，是按“陣”。。。“天線陣列”。。。一眼看去，要得密集恐懼症的節奏。。。
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。如果距離近了，就會互相干擾，影響信號的收發。
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，對於光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那麼，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。
我們能不能找到一隻無形的手，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
在基站上佈設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用後的電磁波的波瓣變得非常狹窄，並指向它所提供服務的手機，而且能跟據手機的移動而轉變方向。
這種空間複用技術，由全向的信號覆蓋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。。。還有什麼是通信磚家幹不出來的？
別收我錢，行不行？
在目前的移動通信網絡中，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，包括控制信令和數據包。。。
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（設備到設備）。
Ｄ２Ｄ
5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據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。
控制消息還是要從基站走的，你用著頻譜資源，運營商怎麼可能放過你。。。
後記。。。
能看到這的，都是真愛啊。。。
相信大家通過本文，對5G和她背後的通信知識已經有了深刻的理解。而這一切，都只是源於一個小學生都能看懂的數學公式。不是麼？
通信技術並不神秘，5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石，也不是什麼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，並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。
如何在科學原理的範疇內，進一步發掘通信的潛力，是通信行業眾多奮鬥者們孜孜不倦的追求。
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