【5G科普】只要9張圖，看懂什麼是5G｜大和有話說

從一條基礎物理公式說起

談5G之前，我們先從一個基礎的電磁波原理說起，也就是：光速＝波長 X 頻率。當光速固定在每秒30萬公里時，波長愈長，每秒震動的次數也就愈少。換言之，電磁波的「波長」與「頻率」是互為反比的。

當今的「無線通信」（Wireless Communication），即是利用電磁波來進行各種資訊交換。不同頻率的電磁波，又決定了不同的特性及應用，我們可從下面的「通訊電磁波頻譜」來略知一二。

就物理特性而言，頻率愈高，波長愈短，「穿透能力」也就愈強，這就像是醫院裡X射線的頻率極高，波長僅0.01～10奈米，可用來穿透身體的部分組織一樣。然而，高頻信號的指向性也較強，它們遇到障礙物會想直接穿過去，而不是繞過去（也就是「繞射能力」差），因此其穿透障礙物所帶來的能量消耗，也會使傳輸距離變短。

以目前主流的4G LTE （Long Term Evolution）來看，常用的頻段多集中於450MHz～3,800MHz區間。然而，由於此區間已非常壅擠，因此我們漸漸把腦筋動到介於30GHz～300GHz的毫米波頻段，那裡能使用的頻段資源相對豐富（一般來說，高頻段「比較可能」會擁有高頻寬，進而帶動傳輸速度的提升）。

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好了，談談5G吧！

所謂5G 通訊，是指第 5 代行動通訊網路（5th Generation Mobile Networks），它是在4G 通訊技術成熟後，我們對下一代通訊網路的統稱，不外乎就是追求更快的速度以及更低的延遲。

雖然國際上對5G的標準尚未完全確定，不過大致可涵蓋兩種主流頻段，一為sub 6GHz（也就是6GHz以下），這與我們目前採用的4G LTE頻段差異不大；另一種則是在24GHz以上，也就是最近很常聽到的「毫米波」頻段。

也就是說，其實5G 網路結合了既有的4G LTE 頻段，是一種異質性網路（HetNet）。其透過主打速度的毫米波（mmWave）寬頻技術，及主打低功耗、覆蓋能力廣的sub 6GHz窄頻技術，在不同的環境下提供最適的無線網路，以同時滿足短距離及長距離的通訊要求。

例如，當場域要求高頻寬（eMBB）、低延遲（URLLC）等特性時，就適合運用高頻的毫米波頻段，例如自駕車、遠距手術等應用場景；當場域要求低功耗、大範圍覆蓋以及穩定連接等特性（MMTC）時，則較適合sub 6GHz低頻頻段，例如智慧城市的相關應用。

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5G熱門詞彙之一：微基站

當通訊技術往更高的頻段部署時，電磁波的繞射能力就變得更弱，傳輸距離及覆蓋範圍也會相對縮小。因此，不同於頻段較低的4G採用一個大型基地台 (Macro Cell)即可覆蓋2～40公里，5G時代必須採用多個微型基地台 (Small Cell)才能覆蓋到同樣的區域。

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5G熱門詞彙之二：Massive MIMO

MIMO指的是「多進多出」（Multiple-Input Multiple-Output），即透過多根天線發送，多根天線接收，讓資料傳輸的速度變得更快。又根據電磁波原理，波長越短，天線就可做的愈小的情況下，到了5G時代，隨著天線漸成為毫米級尺寸，我們就可以將更多的天線塞入手機終端及微型基地台裡，讓既有的MIMO強化為Massive MIMO，使速度更上一層樓。

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5G熱門詞彙之三：波束成型

電磁波的傳輸，就像是發光的燈泡，是向四周發射的方式來傳遞訊號。然而，通常我們只需將訊號朝某個方向傳遞即可，大多數的電磁波能量都是浪費的。那麼，我們有沒有可能將這些四散的電磁波束縛起來呢？答案是有的，它叫做「波束成型」（Beamforming）。

波束成型（Beamforming），是一種透過「天線陣列」定向發送和接收訊號的技術，其透過在特定方向上發射或接收訊號的疊加，將既有的全向覆蓋，轉換為精準的指向性傳輸，不僅延長了傳送距離，也大幅減少訊號的干擾。

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5G熱度高，但商業化還尚未明朗

OK，以上就是5G的一些重要概念，包含像是毫米波、微基站、Massive MIMO、波束成型等等。隨著這些技術演進，一些卡關已久的應用如VR直播、車聯網、無人機、遠距醫療、智慧城市等場景，將有機會突破閥值，破繭而出。

然而，雖然5G目前在市場上喊的火熱，但實際落地似乎還沒那麼快。除了各國的頻譜分配尚懸而未決外，電信運營商也得冒著不確定的風險，來投入更多基地台的建置成本，以加速普及速度。整體而言，當前5G的商業化還尚未明朗，相關的產業投資仍需保守看待。

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