电磁波空气中传播速度 30年后你的鞋都比你聪明（四）5G网络

今年的7月份，软银CEO孙正义在2017年世界软银大会上作了《信息革命指引下的新世界》的主体演讲，演讲中，孙正义用了两个半小时描绘对未来的设想：卫星网络覆盖地球每一寸土地，数千万亿台设备连接互联网、将数据传至云端，再由人工智能进行分析。在孙正义的描述中，人工智能、物联网是构成未来社会的两个主要部分，缺一不可。

目前，人工智能正在改变我们的生活：围棋上，谷歌的AlphaGO实现60连胜；艺术上，人工智能可以绘画制作；医疗上，人工智能对恶性肿瘤的正确检测概率比普通医生提升50%；工业产业上，工业机器人使生产效率提升3倍；即时翻译上，实现10种语言的翻译功能。

随着人工智能在各个行业中的广泛应用和深入发展，智能设备相互联网、数据传输共享、人工智能分析等将成为下一步人工智能发展的方向，而实现这些要素就必须需要网络，而现在的4G网络，因为其局限性，不能满足需求，因此下一代网络5G建设已被全世界提上了日程。

移动通信技术经过30多年的发展，如今已经站在5G的大门口。相对于2G实现从1G的模拟时代走向数字时代，3G实现从2G语音时代走向数据时代，4G实现IP化，数据速率大幅提升，5G将会给我们带来怎样的改变？行业专家表示，5G不是4G的延续，而是一次智能互联网革命，改变的将是整个社会运行模式：5G最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信，实现万物互联，推动社会发展。

5G与4G的区别

速率方面：从4G的100Mbps为单位，5G可高达10Gps，比 4G 快达100倍，轻松看3D影片或4K电影。5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，意味着采用更高的频段，建设更多的基站，并引入Massive MIMO等关键技术。。

容量与能耗方面：为了物联网(IoT)、智慧家庭等应用，5G网络将能容纳更多设备连接、同时维持低功耗的续航能力。

低时延方面：工业4.0智慧工厂、车联网、远程医疗等应用，都必须超低时延。4G的时延是10ms,5G是1ms。

5G建设的重点

通信技术并不神秘，5G作为通信技术皇冠上最耀眼的宝石，也不是什么遥不可及的创新革命技术，它更多是对现有通信技术的演进。通信技术，无论什么黑科技白科技，只分两种——有线通信和无线通信：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）。电磁波空气中传播速度

在有线介质上传播数据，想要高速很容易。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。而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在！所以，5G重点是研究无线这部分的瓶颈突破。

如何解决无线传播数据的瓶颈呢？

在光波传播领域有一个简单的公式：C=λν。

C为光速，固定值，在真空中光的传播速度30万公里/秒；λ为波长，ν为频率。

大家都知道，光波与电波都属于电磁波，因此这个公式同样适用于电波。也就是说，在电波传播速度固定的情况下，频率越高，频段就越宽，那么电波附带的数据就越多，从而数据传播速度越快。这也是为什么随着1G、2G、3G、4G的发展，使用的频率是越来越高。

目前，国际上主要使用28GHz进行试验，而我国工信部下发通知，明确了我国的5G初始中频频段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz两个频段。同时，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见。如果按照28GHz频率来算，那么波长大约为1mm，这就是5G的第一个技术特点：毫米波。

电磁波的一个显著特点：频率越高（波长越短），就越趋近于直线传播（绕射能力越差）。而且，频率越高，传播过程中的衰减也越大。因此如果5G用高频段，那么它最大的问题，就是覆盖能力会大幅减弱。覆盖同一个区域，需要的基站数量将大大超过4G。