5G的传输速率为什么那么快？

我们目前所使用的4G网络，其极限速率是100Mbps，也就是我们通常所说的12.5MB/秒（一个小知识点：1B=8b,我们通常所说的多少多少M，一般说的是B）。当然这只是理论上的峰值，在实际应用中，在各个环节都有损耗，实际上也就2MB/秒左右。而在不久的将来，5G网络的峰值速率则可达到1.25GB/秒，是目前4G网络的将近100倍。那么为什么5G能达到如此高的传输速率？它背后的原理又是什么？

这要从手机的通信原理说起，手机之间是通过电波（电磁波的一种）进行通信的。下面是一个简单的通信步骤：

1. 拨号方的手机将语音信息调制为电波，通过手机的天线将电波发射出去。

2. 基站将拨号方携带有信息的电波转发给接收方（手机开机的情况下它会不时的发信号，以便于周边的移动基站定位位置）。

3. 接收方手机的天线接到电波后，会再转换为语音信息。

这其中，电波作为通信时的载体，也就与具体的速率直接相关。大家或许会有疑问，现在的手机哪里有天线？上图中老式手机的天线一目了然，现在的手机并非是没有天线了，而是天线变短了，以至于可以整合在手机内部。而手机天线的长短是与电波频率成反比的，频率越高，天线也就越短。

回到手机通信的传输速率上来。上面说到，手机是通过电波来实现通信的，波长和频率正是电波的两个重要特征，而手机通信的传输速率也正与频率正相关，电波频率越高，传输速率也就越高。

上图是波长和频率的一个简单说明，每个数字标识的是一个周期，也即波长，而单位时间内完成周期性变化的次数即是频率。在上图中，左部分的波在一秒内周期性变化了2次，其频率是2HZ；而右边的波在1秒内周期性变化了4次，那么其频率就是4HZ。

可以将电波的频率理解为快递员的交通工具，速度越高，单位时间内所能投递的货物自然越多。

电磁波包含很多种类，按照频率从低到高的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。无线电波分布在3Hz到3000GHz的频率范围之间。

在不同的波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力也越强。但是低频段的频率资源紧张，系统容量有限，因此低频段的无线电波主要应用于广播、电视、寻呼等系统。高频段频率资源丰富，系统容量大。但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。这就是为什么我们的手机在某些地方没有4G信号，却有2G信号。

再回到5G网络的传输速率上来。香农定理是所有通信制式最基本的原理，其公式如下，其中C是最大传输速率，B是信道带宽，S/N是信噪比。

从公式我们很容易看出，传输速率的大小取决于信道带宽和信噪比。信道带宽越大，传输速率也就越高。可以将信道带宽理解为一条马路，马路越宽，可以通过的车辆就越多。

而信道带宽的大小则取决于所能使用的频谱资源（电磁波的频率范围）。在我国是由工信部统一管理发放给各运营商，不同运营商使用不同的频谱资源。以中国移动为例，各制式的频谱分布如下：

相信大家对GSM800/GSM1800这些名字都很熟悉，在2G时代，购买手机时，从说明上就能看到他们。手机说明中所标注的制式也就反应了该手机所支持的频率范围。

从上面的表格中我们也可以看出，4G相较于2G和3G的信道带宽有了一个大的飞跃，这也正是4G的速率有了明显提升的根本所在。

那么5G的频宽又是多少？通讯技术标准组织3GPP为5G定义了两个频率范围，分别为FR1和FR2，如下图所示。

根据工信部的频谱划分，中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的共260MHz带宽的5G试验频率资源。

看到这个频段频率，大家是不是有些疑惑？FR1的频率并没有比4G所使用的电波频率高多少，为何速度能快上那么多？

这里需要说下一种叫作载波聚合的技术。载波聚合技术是将2个或更多的载波单元聚合在一起以支持更多载波单元的一种技术。利用载波聚合技术，可以高效的利用零碎的频谱。4G下单个载波单元的最大带宽为20MHz，最多可以支持5个载波聚合，而在5G下，单个载波单元的最大带宽为400MHz，最多可以支持16个载波聚合。

在载波聚合和其他提高信噪比的技术支持下，4G的最高速率可达300Mbps（被称为4G+）。而5G下，以华为5G芯片巴龙5000为例，其率先实现业界标杆的5G峰值下载速率，在Sub-6GHz（低频频段，5G的主用频段）频段实现4.6Gbps，在毫米波（高频频段，5G的扩展频段）频段达6.5Gbps，是4G LTE可体验速率的10倍。

现在还只是5G的起步阶段，相信随着技术的不断进步，我们的世界将变得更加绚丽多彩。也希望通过本文，大家能对将要进入我们生活的5G有一个基本的认识。