2017年，5G技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)被大眾所知,，舉凡自動駕駛,、個人AI助手、遠距醫(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)傳送資料,，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,，當前世界各國苦心鉆研的,，是打破無線傳輸?shù)乃俣认拗啤?/p>

圖1 : 整合物聯(lián)網(wǎng)的全新網(wǎng)路

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),，是相當于Wi-Fi的可見光無線通訊(VLC)技術(shù),，能利用發(fā)光二極體(LED)燈泡的光波傳輸資料，除能提供照明與無線聯(lián)網(wǎng),，還可避免產(chǎn)生電磁干擾,。

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)用為遠距離通信。

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,。

目前中華電信使用的4G頻段包含900,、1800、2100,、2600MHz四個頻段,，臺灣大哥大支援700、1800兩個頻段,，遠傳則支援700,、1800、2600 三個頻段,。臺灣的主流電信商大多使用的是超高頻(UHF,，0.3-3GHz)技術(shù)?？偠灾?，臺灣目前是以使用高頻率、大頻寬，速度快的頻段為主,。

而目前的第五代行動通訊系統(tǒng)(5G)標準,，雖然預(yù)計將于2018年中訂出，但下一代行動網(wǎng)路聯(lián)盟(Next Generation Mobile Networks Alliance)則早先定義了5G網(wǎng)路的要求：以10Mbps的資料傳輸速率支援數(shù)萬用戶,；以1Gbps的資料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,；支援數(shù)十萬的并發(fā)連接以用于支援大規(guī)模傳感器網(wǎng)路的部署等。成為各大電信系統(tǒng)商欲達成的目標,。

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量。

成本的考量又是什么,？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類比來說明：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，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」。為什么智慧型手機內(nèi)能容納更多支天線呢,？是因為當頻率越高時,，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)門檻的波束賦形,。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，能對準它提供服務(wù)的對象(智慧型手機),，并隨之改變方向,。透過此項精準傳遞訊號的服務(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)

最后一項5G特性─D2D(Device to Device),，則代表當日后使用5G技術(shù)時，不再需要透過基地臺來轉(zhuǎn)送訊號，即可讓鄰近的兩臺無線裝置能夠建立直接連線（Device-to -Device Link）來進行通訊,，大幅度地降低基地站的使用資源,。

5G在生活中實現(xiàn)

而在什么時候才能夠看到5G實現(xiàn)在日常生活中呢？目前已經(jīng)有部分5G技術(shù)開始進行測試,，例如美國AT&T和Verizon正測試家庭和企業(yè)的5G寬頻固網(wǎng),；而南韓的電信商則希望趁著2018年平昌冬季奧運會時，能夠提前讓5G網(wǎng)路到位,；世界各地的電信商則預(yù)估將在2020年開始提供5G的行動服務(wù),。

2017年11月，美國電信商Verizon也宣布在2018下半年將在加州推出業(yè)界第一個商用5G固定無線接入寬頻網(wǎng)路服務(wù),，并在年底前擴張市場,。此外，Verizon宣布將和瑞典電信設(shè)備制造商Ericsson合作,，Ericsson將成為2018年商用固定無線接入5G服務(wù)的網(wǎng)路設(shè)備供應(yīng)商,。

目前各家電信商正在進行多種模型的測試校正，包含網(wǎng)路的建立方式以及使用的電磁波頻段,，可預(yù)見的是,，5G將是新一波的戰(zhàn)場，勝出的技術(shù)和方案將成為業(yè)界標準,，也能在新世代中取得領(lǐng)導(dǎo)地位,。