工信部于6月3日发布消息称，近期将发放5G商用牌照，我国将正式进入5G商用元年。5G标准是全球产业共同参与制定的统一国际标准，我国声明的标准必要占比超过30%。在技术试验阶段，诺基亚、爱立信、高通、英特尔等多家国外企业已深度参与，在多方共同努力下，我国5G已经具备商用基础。

因为5G的商用不仅仅意味着消费互联网网速的提升，更意味着车联网、无人机、工业互联网这些低时延、高可靠通信以及智能井盖、智能路灯等海量物联网通信接入。30%的标准占比也彰显着我国在5G通信中的重要地位。

                                                                     

不过可能大家对于5G还是有些陌生，今天我们就来聊聊5G的技术特点、应用场景及其发展现状。

5G，就是5th Generation Mobile Networks（第五代移动通信网络），也可以称为5th Generation Wireless Systems（第五代无线通信系统）。

从名称可以看出，5G是4G的下一代演进。4G是目前我们正在使用的主流移动通信技术标准。

简单说，5G就是第五代通信技术，主要特点是波长为毫米级，超带宽，超高速度，超低延时，支持海量连接。

1G实现了模拟语音通信，大哥大没有屏幕只能打电话；2G实现了语音通信数字化，功能机有了小屏幕可以发短信了；3G实现了语音以外图片等的多媒体通信，屏幕变大可以看图片了；4G实现了局域高速上网，大屏智能机可以看视频了。

1G到4G都是着眼于人与人之间更方便快捷的通信，而5G将实现随时、随地、万物互联，让人类敢于期待与地球上的万物通过网络相互连接。

无论是1G、2G、3G，还是4G、5G，万变不离其宗，全部都是在一个简单的公式身上做文章，没有跳出它的“五指山”。

这个公式，就是它--

c=λv

解释一下，这是物理学的基本公式，光速=波长×频率。

                                                                 

光速公式

有线和无线

通信技术归根到底，就分为两种——有线通信和无线通信。

以打电话为例，信息数据要么在空中传播（看不见、摸不着），要么在实物上传播（看得见、摸得着）。

如果是在实体物质上传播，就是有线通信，基本上就是用的铜线、光纤这些线缆，统称为有线介质。

在有线介质上传播数据，速率可以达到很高的数值。以光纤为例，在实验室中，单条光纤最大速度已达到了26Tbps。是传统网线的两万六千倍。

而空中传播这部分，才是移动通信的瓶颈所在。

目前主流的移动通信标准，是4G LTE，理论速率只有150Mbps（不包括载波聚合）。这个和有线是完全没办法相比的。

                                                                         

有线和无线通信对比

所以，5G如果要实现端到端的高速率，重点是突破无线这部分的瓶颈。

好大一个波

无线通信就是利用电磁波进行通信。电波和光波，都属于电磁波。电磁波的功能特性，是由它的频率决定的。不同频率的电磁波，有不同的属性特点，从而有不同的用途。

例如，高频的γ射线，具有很大的杀伤力，可以用来治疗肿瘤。

                                                                     

电磁波频率

我们目前主要使用电波进行通信。当然，光波通信也在崛起，例如LiFi（Light Fidelity，可见光通信）。

电波属于电磁波的一种，它的频率资源是有限的。为了避免干扰和冲突，我们在电波这条公路上进一步划分车道，分配给不同的对象和用途。

                                                                            

不同电波的用途

一直以来，我们主要是用中频~超高频来进行手机通信的。例如经常说的“GSM900”、“CDMA800”，其实意思就是指，工作频段在900MHz的GSM，和工作频段在800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技术标准，属于特高频和超高频。

我们国家主要使用超高频：

                                                                           

不同运营商频谱划分

随着1G、2G、3G、4G的发展，使用的电波频率是越来越高的。这主要是因为，频率越高，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。

                                                                           

更高的频率→更多的资源→更快的速度

频率资源就像车厢，越高的频率，车厢越多，相同时间内能装载的信息就越多。

那么，5G使用的频率具体是多少呢？

                                                                           

5G使用的频率

5G的频率范围，分为两种：一种是6GHz以下，这个和目前我们的2/3/4G差别不算太大。还有一种，在24GHz以上。

目前，国际上主要使用28GHz进行试验。

如果按28GHz来算，根据前文我们提到的公式：

                                                                          

波长计算

这个就是5G的第一个技术特点——

毫 米 波

                                                                              

请注意看最下面一行，是不是就是“毫米波”？

“为什么以前我们不用高频率呢？”

原因很简单——不是不想用，是用不起。

电磁波的显著特点：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。

激光笔（波长635nm左右），射出的光是直的，挡住了就过不去了。卫星通信和GPS导航（波长1cm左右），如果有遮挡物，就没信号了。卫星那口大锅，必须校准瞄着卫星的方向，否则哪怕稍微歪一点，都会影响信号质量。

移动通信如果用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。

覆盖同一个区域，需要的5G基站数量将大大超过4G。更多的基站数量意味更高的成本。

频率越低，网络建设就越省钱，竞争起来就越有利。这就是为什么，这些年电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。

有的频段甚至被称为——黄金频段。

这也是为什么，5G时代，运营商拼命怼设备商，希望基站降价。（如果真的上5G，按以往的模式，设备商就发大财了。）

所以，基于以上原因，在高频率的前提下，为了减轻网络建设方面的成本压力，5G必须寻找新的出路。

出路有哪些呢？

首先，就是微基站。

微 基 站

基站有两种，微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小，宏基站很大！

宏基站：

                                                                        

宏基站

室外常见，建一个覆盖一大片

微基站：

                                                                        

其实，微基站现在就有不少，尤其是城区和室内，经常能看到。

以后，到了5G时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。

那么多基站在身边，会不会对人体造成影响？

其实，和传统认知恰好相反，事实上，基站数量越多，辐射反而越小！

想一下，冬天，一群人的房子里，一个大功率取暖器好，还是几个小功率取暖器好。

基站小，功率低，对大家都好。如果只采用一个大基站，离得近，辐射大，离得远，没信号，反而不好。

天线去哪了？

以前大哥大都有很长的天线，早期的手机也有突出来的小天线，为什么现在我们的手机都没有天线了？

其实，我们并不是不需要天线，而是我们的天线变小了。

                                                                             

根据天线特性，天线长度应与波长成正比，大约在1/10~1/4之间。

随着手机通信频率的越来越高，波长越来越短，天线也就跟着变短了。

毫米波通信，天线也变成毫米级。

这就意味着，天线完全可以塞进手机里，甚至可以塞很多根。

这就是5G的第三大杀手锏——

Massive MIMO（多天线技术）

MIMO就是“多进多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天线发送，多根天线接收。

在LTE时代，我们就已经有MIMO了，但是天线数量并不算多，只能说是初级版的MIMO。

到了5G时代，继续把MIMO技术发扬光大，现在变成了加强版的Massive　MIMO（Massive：大规模的，大量的）。

                                                                         

天线数量对比

手机里面都能塞好多根天线，基站就更不用说了。

以前的基站，天线就那么几根：

5G时代，天线数量不是按根来算了，是按“阵”、“天线阵列”。

不过，天线之间的距离也不能太近。

因为天线特性要求，多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。如果距离近了，就会互相干扰，影响信号的收发。

直的？还是弯的？

其实，基站发射信号的时候，就有点像灯泡发光。

信号是向四周发射的，对于光，当然是照亮整个房间，如果只是想照亮某个区域或物体，那么，大部分的光都浪费了。

基站也是一样，大量的能量和资源都浪费了。

我们能不能找到一只无形的手，把散开的光束缚起来呢？

这样既节约了能量，也保证了要照亮的区域有足够的光。

答案是：可以。

这就是——

波 束 赋 形

波束赋形

在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能根据手机的移动而转变方向。

                                                                   

波束赋形

这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大地提高基站的服务容量。

别收费，行不行？

在目前的移动通信网络中，即使是两个人面对面拨打对方的手机（或手机对传照片），信号都是通过基站进行中转的，包括控制信令和数据包。　

而在5G时代，这种情况就不一定了。

5G的第五大特点——D2D，也就是Device to Device（设备到设备）。

D2D

5G时代，同一基站下的两个用户，如果互相进行通信，他们的数据将不再通过基站转发，而是直接手机到手机。

这样，就节约了大量的空中资源，也减轻了基站的压力。

不过，控制消息还是要从基站走的，你用着频谱资源，运营商还是要收取费用的。

5G的三大应用场景

2015年9月，ITU正式确认了5G的三大应用场景，分别是eMBB，uRLLC和mMTC。

eMBB，就是Enhance Mobile Broadband，增强型移动宽带。

顾名思义，这种场景就是现在人们使用的移动宽带（移动上网）的升级版，主要是服务于消费互联网的需求。在这种场景下，强调的是网络的带宽（速率）。前面所说的5G指标中，速率达到10Gbps以上，就是服务于eMBB场景的。

uRLLC，是Ultra Reliable & Low Latency Communication，低时延、高可靠通信。

这主要是服务于物联网场景的。例如车联网、无人机、工业物联网等。

在这类场景下，对网络的时延有很高的需求。例如车联网，如果时延较长，网络无法在极短时间内对数据进行响应，就有可能发生严重的交通事故，甚至危害人身安全。这类场景对网络可靠性的要求也很高，不像手机上网，如果网络不稳定，最多引起用户的不满。

mMTC，是Massive Machine Type Communication，海量物联网通信。

这个也是典型的物联网场景。例如智能井盖、智能路灯、智能水表电表等，在单位面积内有大量的终端，需要网络能够支持这些终端同时接入，指的就是mMTC场景。

5G三大应用场景

这三大应用场景，只有一个是主要为人联网服务的，另外两个都是主要为物联网服务的。这就给5G做了一个定性：它的物联网属性要强于人联网属性。

需要注意的是，三大应用场景并不是指三种不同的网络。网络只有一种，技术标准只有一种，就是5G。

三大应用场景，是指5G将采用网络切片等方式，使一张网络同时为不同的用户提供服务。也就是说，5G不是多种技术标准的合集（如3G，包括了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA），而是整合了多种关键技术于一身的、真正意义上的融合网络。

目前5G进展

ITU主要负责标准的立项和成果鉴定，并不负责具体的技术研究。真正的标准研究和制定工作，被ITU交给了3GPP组织负责。3GPP接到任务之后，就开始具体着手各项技术的标准研究工作。

5G标准的制定，一共分为两个阶段。

第一阶段（Phase 1）的标准，发布的是3GPP Release15（简称R15）版本，重点是确定eMBB。也就是说，先满足人联网的要求。2018年6月，这个阶段已经如期完成。相关标准已经正式发布。

第二阶段（Phase 2），将发布3GPP Release16（简称R16）版本，即最终的完整版5G，包括uRLLC和mMTC的技术标准。目前来看，这个阶段的完成时间是2020年。

                                                                             

5G发展阶段

也就是说，目前5G标准只是完成了一半，真正重要的部分，还要等到2020年才能完成。

包括韩国在内的很多国家，推出的5G网络，并不是真正意义上的完整版本5G网络，将来有待第二阶段标准确认之后，还需要进行进一步的升级和改造。

所以目前来看我国5G商用初期，能够为消费互联网带来更快的网络速度，车联网、无人机、工业物联网等低时延、高可靠通信以及智能井盖、智能路灯、智能水表电表等海量通信接入还有待5G标准的完成。不过从我国在5G标准中的占比能够看出我们在5G中的地位优势，相信未来我国的5G商用不管是在国内还是国际都会有不错的成绩。

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