现在聊到5G这个词，关于5G的话题，基本上人人都熟悉。美国扣押华为CFO孟晚舟和以“危险国家安全”为由倾举国之力联合盟友围剿华为5G技术在全球发展；国家给四大运营商颁发了5G牌照，各大运营商也推出了5G套餐，5G已开始了商用；投资理财的对5G是朗朗上口，5G相关概念翻了几倍；今年发布的手机都带5G功能，购买手机的人得考虑是否要买5G的手机；相信您对5G也肯定有了一定自己的认识，但5G毕竟是一种新的技术，您是否也存在许多疑惑的问题。
5G到底是啥，为何传输速度能这么快？5G未来会有哪些应用？中国的5G技术发展水平是什么程度？美国为何要倾举国之力来遏制华为5G？中国的5G建设到了哪一步，何时能普及？5G还有哪些问题需要未来解决？5G是否取代WiFi，是否有辐射？现在我们有没有必要换成5G手机？针对这些疑问，在接下来几天，我将连载几篇文章，全方位聊聊自己的认识和看法，一起认识一下5G。
今天先聊聊什么是5G，5G从名字上来说就是第五代移动通讯技术，简称5G，那前面肯定还有第一代至第四代移动通讯技术，就是我们曾使用的1G至现在普遍使用的4G。聊到了移动通讯技术，就不得不聊电磁波，所有的无线设备通讯都是通过电磁波来传输的，我们生活中常见的手机、广播、蓝牙、导航、红外体温计、射电望远镜等都是利用了电磁波，什么是电磁波？接下来的概念比较抽象，弥补一下初中物理知识。
电磁波是指同向振荡且互相垂直的电场与磁场，在空间中以波的形式传递的一种能量和动量，它如同我们日常可以常见的水波一样会依照一定的频率不停地向前振动传播。它不需要依靠介质进行传播，在真空中其传播速度为光速。有三个要素：波速、波长、频率，适用于波速公式：V=λf（V为电磁波速度，λ为电磁波波长、f为电磁波频率），在无障碍的空间中，电磁波速度约等于光速为3×10^8m/s，是恒定的，所以频率（或波长）是电磁波一个尤为重要的特性。
电磁波传播示意图
电磁波可按照频率或波长来分类，把每个波段的频率由低至高依次排列，就是电磁波谱。它们分别是无线电波（分为长波、中波、短波、超短波、微波）、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。无线电波的波长最长，X射线、γ射线的波长最短，人眼能接收到的电磁波，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。电磁波的频率越高，对应的波长越短，能量越高，衰减越快，绕射能力、穿透性越差，对人体伤害越大，比如：γ射线、X射线、紫外线依次对人有不同程度的伤害。这里有个问题，既然频率越高，穿透性越差，为什么γ射线、X射线的穿透力却这么强，那是因为他们能量非常高，可以从一般的障碍物的原子间的“间隙”之间穿过，表现为很强的穿透力，这个和上面的应用的理论又不同。
电磁波谱示意图
不同频率的电磁波有不同的用途，由于频率较低的电磁波比较安全，波长较长，具有传播损耗较小，覆盖距离较远，绕射能力较强等特性，成为无线通信研究的主要对象，适合用来作为无线通信使用，也就是电磁波谱里的无线电波，频率主要是从3KHz直到3000GHz。无线电波的频率资源也是有限的，不是想怎么用就可以怎么样，为了避免冲突和干扰，必须划分频段，分配给不同的对象和用途。
无线电波频段划分与用途
从上图，我们可以看到，移动通信主要使用的是中频至特高频频率，根据移动通信频谱我们知道：800M-900M是1G的典型频段，900M-1800M是2G的典型频段，1.7G-2.1G主要是3G的典型频段，2.2-2.6G是4G的典型频段。从这里我们可以看出，从1G至4G的发展，所使用的电波频率不断增高，这是为什么？
聊到这里先了解一个概念，电磁波频率越高，波长越短，能量越大，同等时间内能装载的数据量就越大；同时频率越高，能使用的频率资源越丰富，用于信号传输的带宽就更宽，对应到无线通讯上来说就是网络速度更快，延时更低。频率更低的的无线电波传播更远，覆盖范围更大，绕射能力更强，衰减更小，所以建设它们的成本更低（只需在很大范围内建立一些基站），利用它们的技术也更低（不需更多考虑信号衰减、阻挡等技术），这也是频率越低的电波越早的被使用的原因，也导致低频率资源紧张。
所以随着科技的发展，技术的升级，同时经济的增长，人们对移动通信的需求越来越多，需要的容量越来越大，所以移动通信网络也慢慢在向更高频段不断发展，从1G中频率发展到了4G的特高频率，到目前来到了现在的5G时代超高频率和极高频率。
5G通信使用的频率是多少，根据国际机构3GPP发布的规范，5G使用的频段分两个范围：FR1和FR2。FR1即通常所讲的5G Sub-6GHz（6GHz以下）频段，FR2是5G毫米波频段。
3GPP发布的5G频段规范
我国工业和信息化部已正式宣布规划3300-3600MHz、4800-5000MHz频段作为5G系统先前部署的主要工作频段，其中3300-3400MHz频段原则上限室内使用，能达到的带宽大概在200M/s。使用这个频段也是目前需兼顾覆盖和容量两个基本需求均衡考虑，毫米波的使用技术和信号覆盖技术难度更大，目前在中国是试验研究阶段，未来将向更高频率的毫米波发展。
到这里你应该粗略的明白了，为什么5G的网络带宽更大，速度更快，延时越低。
无线电波频率与网速关系
接下来，我们再聊聊5G背后一些技术秘密。
前面聊了，5G使用了更高频率的电波，传播速度更快，但它也有一些缺点，传输距离缩短，穿透和绕射能力减弱，覆盖能力减弱。所以覆盖同一区域，将需要建立更多的基站，难不成城市内要到处建满基站，同时如果像过去一样搭建基站，将需花费很多钱，这是很大的投资，运营商也吃不消，为了解决这一些问题，就产生了一项技术：微基站。
微基站可以建立在路灯杆上，藏在CBD和大型商场的角落，甚至是下水道的井盖之下等等，它将完美的融入到城市的景观中，不影响城市里的环境，对于使用5G的人来说，将让上网的人使用网络更加稳定流畅，因为过去一个大基站，管的范围大，离的远的信号不好，使用的人多可能会拥堵，而微基站数量多，覆盖范围小，同一个基站下使用的人不多，网络将更加稳定。
微基站示意图
5G使用了更高频率的无线电波，他们的波长就很短，甚至是毫米波，毫米波的信号衰减非常严重，导致接收天线接收到的信号显著减少，那怎么办？我们不能随意增加发送功率，国家对天线功率有上限限制；我们也不能控制发射天线和接收天线之间的距离，因为用户随时可能在移动；我们也不能提高发射天线和接收天线的增益，因受制于材料和物理规律。科学家发明的可行解决方案就是增加接收端和发射端的天线数量，即设计一个多天线阵列，称为：Massive MIMO技术。
Massive MIMO示意图
基站发射信号，就有点像灯泡发光，是向四周发射的，我们在灯下实际只使用了一个方向的光，大部分的光是被浪费了。基站也是一样导致大量的能量和资源被浪费了，我们能不能找到一只无形的手，把散开的光束缚起来，再将它发给某个需要的人？当然可以，它就是：波束赋形。
波束赋形是一种使用前面所讲的天线阵列定向发送和接收信号的信号处理技术，能使无线电波指向它所服务的设备，而且能够跟着设备的移动而转移方向。简单来说，运用波束赋形技术的5G，将4G在使用灯泡变成了“手电筒”，它不会照亮整个屋子，而是寻求特定的有需求的方向打击。
波束赋形示意图
再来说说在目前的移动通信网络中，即使是两个人面对面互相打电话或者传照片，信号都是通过基站进行中转的，而在5G时代将不一样了，同一个基站下的两个用户互相通信，他们的数据不需要再通过基站转发，而是直接设备到设备，有点像我们局域网内QQ传输数据，这就是5G的另一个特点：D2D。这样节约了大量的资源，也减轻了基站的压力。不过控制消息还是要走基站，运营商还是要收费的。
D2D通讯
好了，讲了这么多了，相信您对什么是5G，5G为何速度能这么快，5G使用了哪些技术有了一定的认识，下期我们再继续接着聊5G的其它问题，不要忘了关注哦！
本期讨论：5G速度为何比4G快很多倍，6G不知道使用的是什么技术，速度能达到什么程度？
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