详解5G与4G、3G的不同之处

线电、海底电缆、电话与电报等。

　　无线通信传递通道：带宽

　　带宽（Bandwidth）是用来传递讯号的「频率范围」，单位与频率相同为「赫兹（Hz）」，而且每一对通讯用户必须使用「不同的频率范围」来通话，假设：

　　·甲和乙使用频率 900~900.2MHz 的电磁波通话（带宽 900.2-900=0.2MHz）；

　　·丙和丁使用频率 900.2~900.4MHz 的电磁波通话（带宽 900.4-900.2=0.2MHz）；

　　·此时我们说这个通讯系统的语音信道带宽为 0.2MHz。

　　手机并不会分辨到底是谁和谁在通话，而是接收某一个「频率范围（带宽）」的电磁波讯号，因此甲与乙通话时手机都接收频率 900~900.2MHz 的电磁波，丙与丁通话时手机都接收频率 900.2~900.4MHz 的电磁波，换句话说，所有的通讯组件都是「只认频率不认人」，而且相同频率范围的电磁波只能使用一次，不能重复使用，否则会互相干扰。

　　带宽与数据传输率的差异

　　「带宽（Bandwidth）」与「数据传输率（Data rate）」的意义很类似，常常让我们混淆，这里简单说明它们之间的差别：

　　·带宽（Bandwidth）是模拟通讯使用的名词：由图一可以看出，电磁波是一种连续的波动能量，既然是连续的当然一定是模拟讯号，因此「带宽（Bandwidth）」和它的单位「赫兹（Hz）」指的都是电磁波的物理特性。

　　· 数据传输率（Data rate）是数字通讯使用的名词：手机会先将我们讲话的声音（连续的模拟讯号）先转换成不连续的 0 与 1 两种数字讯号，再经由天线传送出去。数据传输率的单位「每秒位数（bps：bit per second）」，代表每秒可以传送几个位，也就是每秒可以传送几个 0 或 1，例如：1Gbps（1G = 10 亿）代表每秒可以传送 10 亿个位（10 亿个 0 或 1）。

　　数据传输率是数字通讯时实际传送每个位数据的速率，重点是数字讯号让我们可以利用不同的调变与多任务技术，使相同带宽的介质具有更高的数据传输率，这就是目前许多新的通讯技术，例如：3G 使用的 WCDMA、4G 使用的 OFDM 等被发明出来的原因，后面会再详细说明。

　　在前文中，我们了解到无线通信的频谱有限，分配非常严格，相同带宽的电磁波只能使用一次，例如 2G 的 GSM900 系统使用频率范围 890~960MHz，则其他的无线通信就不能再使用这个频率范围，否则会互相干扰。为了解决僧多粥少的难题，工程师研发出许多技术，来扩增频谱的使用率，例如 TDMA、FDAM、CDMA、OFDM，而在这些复杂技术的背后，只要能掌握两个基本概念，就能了解整个通讯技术的发展关键。

　　这两个基本概念为「调变技术」（ModulaTIon）与「多任务技术」（Multiplex）。其中调变技术是将模拟电磁波调变成不同的波形，来代表 0 与 1 两种不同的数字讯号，这样才能利用天线传送到很远的地方（这里只谈数字调变技术，不讨论早期的 AM、FM 这种模拟调变技术）。多任务技术则是将电磁波区分给不同的使用者使用，由于手机必须设计给所有的人使用，当每支手机都把电磁波丢到空中，该如何区分那个电磁波是谁的呢？

　　数字调变技术（Digital modulation）

　　现在的手机是属于「数字通讯」，也就是我们讲话的声音（连续的模拟讯号），先由手机转换成不连续的 0 与 1 两种数字讯号，再经由数字调变转换成电磁波（模拟讯号载着数字讯号），最后从天线传送出去，原理如图3所示。

　　图3：数字通讯示意图。（Source：the noun project）

　　电磁波是连续的能量，如何利用电磁波替我们传送这些0与1的数字讯号呢？因此科学家发明了下列 4 种数字调变技术：

　　1.振幅位移键送（ASK）：利用电磁波的「振幅大小」载着数字讯号（0 与 1）传送出去，振幅小代表 0，振幅大代表 1，图4（a）所示。

　　2.频率位移键送（FSK）：利用电磁波的「频率高低」载着数字讯号（0 与 1）传送出去，频率低代表 0，频率高代表 1，图4（b）所示。

　　3.相位位移键送（PSK）：利用电磁波的「相位不同（波形不同）」载着数字讯号（0 与 1）传送出去，相位 0° 代表 0，相位 180° 代表 1，图4（c）所示。

　　4.正交振幅调变（QAM）：同时利用电磁波的「振幅大小」与「相位不同（波形不同）」载着数字讯号（0 与 1）传送出去，这个图形比较复杂有兴趣的人可以参考这里。

　　图4：数字讯号调变技术。（a）ASK：振幅小代表 0，振幅大代表 1；（b）FSK：频率低代表 0，频率高代表 1；（c）PSK：相位 0° 代表 0，相位 180° 代表 1。

数字调变技术的优点包括可以侦错与除错、可以压缩与解压缩、可以加密与解密、更好的抗噪声能力等，我们