你可能看過這個畫面，一部5G手機執行著一個網速測試連線成功的瞬間速度直接拉滿，指標死死的壓在錶盤的最大值。5G為什麼能有這麼快的速度？它比4G先進在哪裡？它憑什麼是新一代的移動通訊技術？

要說清楚這些問題，我們需要一點水的幫助。為什麼要來幫忙呢？大家都知道，無論是1G，3G還是5G，無線通訊靠的是電磁波，但是通訊用的電磁波人眼是看不見的，而水波就可以被輕鬆的觀察到。所以這個影片開頭先透過水波給大家講講無線通訊的基本原理。

要說明白這個只需要三個道具，一個可以擺動的方片裝做手機，一個海洋球裝作基站，一個充氣泳池裝水。

他們的通訊過程是這樣的，壓動海洋球也就是我們的基站產生水波，波把資訊傳遞給方片，那這個波是如何攜帶資訊的呢？

舉一個最簡單的例子，如果我們壓它時用力一點水波就會比較大，就可以推起來方片；而我們壓它時小心一點，水波就會比較小，就推不起來方片。如果我把推起來當作1推不起來當作0，那麼我們就獲得了一個非常低效的無線通訊系統。

比如我想發一個字母Y給手機，查表發現Y的ASCII碼是01011001，那我們只需要製造小大小大大小小大的水波就可以了。那麼問題來了，在這種機制下，如果讓資料傳輸的速度更快呢？很簡單，你發波發的快點不就可以了嗎？這就是5G速度快最重要的原因。

我們每秒發波一次，那我們的頻率就是1HZ.4G的最大單載波頻寬是20M，也就是20乘10的六次方HZ。現在商用的5G頻譜頻寬可有100MHZ，行動通訊發展最明顯的趨勢就是頻譜不斷變寬，2G使頻譜只有200kHZ只能滿足語音和文字的傳遞，3G時頻譜擴大到了5MHZ，讓移動網際網路成為可能，4G 20MHZ就可以流暢播放影片。而5G就可以支援AR等更需要網速的應用落地了。

但是為了安放更大的頻段訊號本身的頻率也會變高，這就帶來了一些問題，大家都知道電磁波的波長乘以頻率等於光速，而光速是一個定值，頻率變高了，波長就得變短，而波長變短的話，路徑損耗會變大，訊號的繞射能力也會降低，基站的覆蓋面積就會變小。

那有什麼辦法能改善5G的覆蓋呢？很簡單，再建一個基站就可以了。5G時代除了很大的宏基站來保證訊號的覆蓋，還有很多微型基站來補充宏基站的盲區，但是光建基站肯定是不行的，所以下個技術就很重要了，也就是波束賦形。

還是在水裡，現在這種模式下水波是全方位擴散出去的，但是使用者只是一個點而已，這就意味著很大的資源都被浪費掉了，有沒有什麼辦法把資訊定向的傳送給使用者呢？還真有，根據高中物理，如果我們在一個波旁邊放一個一樣的波，那麼這兩個波波峰相遇的地方會傳得更遠，而波峰和波谷相遇的地方會抵消掉。

而當天線足夠多時，我們就可以定向的傳送電磁波給使用者，不只是單純的把它全方向擴散出去。這麼做覆蓋距離就更遠，訊號強度也更強。透過大規模天線還可以形成多個波束，同時服務多個使用者，大大提升效率。

除了這些，5G還可能實現一個叫全雙工的技術。什麼叫全雙工呢？

這裡我們來兩個錐形瓶舉例，這兩個瓶子，一個代表終端，一個代表基站，裡面的水代表資料。終端可以收到基站的資訊，也可以將資訊發往基站，但是它並不能同時同頻發出並接收資訊，因為在同一頻段裡會有嚴重的干擾。

所謂全雙工，就是上傳和下載可以同時同頻進行。那麼可以打電話不就是全雙工嗎?是這樣，現有的雙工技術有兩種，一種叫時分雙工，就是把時間分開，在這種模式中上傳和下載是在不同的時隙中進行，只是這個時間分割得太短，感覺不出來而已。還有一種叫頻分雙工，在這種模式下，把已有的頻寬分開，分別用於上傳和下載。這兩種一種犧牲了時間的利用率，這種犧牲了頻譜的利用率，而在5G下就有可能實現真正的同時同頻全雙工。這些就是5G高速的主要原因。