详解5G与4G、3G的不同之处

所使用手机 2G 的 GSM / GPRS、3G 的 UMTS、4G 的 LTE / LTE-A、无线局域网络（Wi-Fi）、蓝牙（Bluetooth）等都是使用数字调变，显然数字通讯是发展的趋势。

　　传送端将数字讯号（0 与 1）转变成不同的电磁波波形称为「调变（Modulation）」；同理，接收端将不同的电磁波波形还原成数字讯号（0 与 1）称为「解调（Demodulation）」，所有的通讯装置一般都必须同时支持传送（调变）与接收（解调），因此科学家把负责调变与解调的组件称为「调变解调器」，英文就把「Modulation」与「Demodulation」的字头组合成一个新单字「Modem」，下回只要听到 Modem 就知道它是在做通讯用的组件啰！

　　多任务技术（Multiplex）

　　多人共同使用一条信息信道的方法称为「多任务技术」（Multiplex），简单的说，天空只有一个，你的手机要丢电磁波出去，我的手机也要丢电磁波出去，两种电磁波在天空中混在一起，接收端该如何区分那些是你的（和你通话的），那些是我的（和我通话的）呢？

　　多任务技术的目的就是让所有人使用，而且彼此不能互相干扰，为了增加数据传输率，可能必须同时使用两种以上的多任务技术，才能满足每个人都要使用的需求。无线通信常见的多任务技术包括下列 4 种：

　　1.分时多任务接取（TDMA）：使用者依照「时间先后」轮流使用一条信息信道，如图5（a）所示，目前 2G 的 GSM / GPRS 系统有使用 TDMA。

　　2.分频多任务接取（FDMA）：用户依照「频率不同」同时使用一条信息信道，如图5（b）所示，前面介绍每一对使用者必须使用「不同的频率范围」来通话，其实就是 FDMA，目前 2G 的 GSM / GPRS、3G 的 UMTS 有使用 FDMA。

　　3.分码多任务接取（CDMA）：将不同用户的数据分别与特定的「密码（Code）」运算以后，再传送到数据信道，接收端以不同的密码来分辨要接收的讯号，如图5（c）所示。目前 3G 的 UMTS 有使用 CDMA。

　　4. 正交分频多任务（OFDM）：前面介绍过分频多任务（FDMA）是用户依照「频率不同」同时传送数据，而 OFDM 原理类似，唯一不同的是必须使用彼此「正交」的频率，这个原理比较复杂有兴趣的人可以参考这里，目前 4G 的 LTE / LTE-A、无线局域网络（IEEE802.11a/g/n）、数字电视（DTV）、数字音频传输（DAB）有使用 OFDM。

　　图5：多任务技术（Multiplex）。（a）TDMA：依照时间先后轮流使用；（b）FDMA：依照频率不同同时使用；（c）CDMA：将不同用户的数据分别与特定的密码运算。

　　多任务技术的比喻

　　多任务技术比较复杂，我们可以想象在房子里，甲与乙要讲话，丙与丁要讲话，戊与己要讲话：

　　·分时多任务接取（TDMA）：甲与乙先讲一句，再换丙与丁讲一句，再换戊与己讲一句，依此类推，大家轮流（分时）讲话彼此就不会互相干扰。

　　·分频多任务接取（FDMA）：甲与乙在客厅讲话，丙与丁在书房讲话，戊与己在卧室讲话，大家在不同的房间（分频）讲话彼此就不会互相干扰。

　　· 分码多任务接取（CDMA）：甲与乙用中文讲话，丙与丁用英文讲话，戊与己用日文讲话，这样虽然大家在同一个房子里讲话，各自仍然可以分辨出各自不同的语言，当甲与乙用中文讲话时，丙与丁的英文以及戊与己的日文只是声音干扰而己，不会造成甲与乙解读中文的困扰；同理，当丙与丁用英文讲话时，甲与乙的中文以及戊与己的日文只是声音干扰而己，不会造成丙与丁解读英文的困扰，在这个例子里「用不同的语言讲话」就好像「用不同的密码加密」一样。

　　4G 与 5G 的技术发展目的：增加频谱效率与带宽

　　「频谱效率」（Spectrum efficiency）是单位带宽（Hz）具有多少数据传输率（bps），可参考表 1 的说明，当单位带宽的数据传输率高，代表频谱效率高，例如：LTE 可以提供上传 2.5bps/Hz，下载 5bps/Hz；LTE-A 可以提供上传 5bps/Hz，下载 10bps/Hz，显然 LTE-A 的频谱效率比 LTE 高。因此 4G 与 5G 技术的发展只为了两个目的：

　　增加频谱效率

　　由于相同的频率只能使用一次，因此必须利用更新的调变与多任务技术来增加频谱效率，让相同带宽的电磁波具有更高的数据传输率，也就是把更多的 0 和 1 塞进相同带宽的电磁波里来传送。

　　增加带宽

由于目前的电磁波频谱里 10GHz 以下的电磁波大部分都已经被用掉了，频谱效率再怎么提高总有技术上的极限，因此科学家只能去挖更高频还没有被使用的电磁波来给 5G 手机用，大家现在明白为什么 Samsung 的 5G 技术会想要使用频率 30GHz（相当于波长 10 毫米）的「毫米波（Millimeter Wave）」了吧！