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工信部于6月3日發布消息稱，近期將發放5G商用牌照，我國將正式進入5G商用元年。5G標準是全球產業共同參與制定的統一國際標準，我國聲明的標準必要占比超過30%。在技術試驗階段，諾基亞、愛立信、高通、英特爾等多家國外企業已深度參與，在多方共同努力下，我國5G已經具備商用基礎。

因為5G的商用不僅僅意味著消費互聯網網速的提升，更意味著車聯網、無人機、工業互聯網這些低時延、高可靠通信以及智能井蓋、智能路燈等海量物聯網通信接入。30%的標準占比也彰顯著我國在5G通信中的重要地位。

                                                                     

不過可能大家對于5G還是有些陌生，今天我們就來聊聊5G的技術特點、應用場景及其發展現狀。

5G，就是5th Generation Mobile Networks（第五代移動通信網絡），也可以稱為5th Generation Wireless Systems（第五代無線通信系統）。

從名稱可以看出，5G是4G的下一代演進。4G是目前我們正在使用的主流移動通信技術標準。

簡單說，5G就是第五代通信技術，主要特點是波長為毫米級，超帶寬，超高速度，超低延時，支持海量連接。

1G實現了模擬語音通信，大哥大沒有屏幕只能打電話；2G實現了語音通信數字化，功能機有了小屏幕可以發短信了；3G實現了語音以外圖片等的多媒體通信，屏幕變大可以看圖片了；4G實現了局域高速上網，大屏智能機可以看視頻了。

1G到4G都是著眼于人與人之間更方便快捷的通信，而5G將實現隨時、隨地、萬物互聯，讓人類敢于期待與地球上的萬物通過網絡相互連接。

無論是1G、2G、3G，還是4G、5G，萬變不離其宗，全部都是在一個簡單的公式身上做文章，沒有跳出它的“五指山”。

這個公式，就是它--

c=λv

解釋一下，這是物理學的基本公式，光速=波長×頻率。

                                                                 

光速公式

有線和無線

通信技術歸根到底，就分為兩種——有線通信和無線通信。

以打電話為例，信息數據要么在空中傳播（看不見、摸不著），要么在實物上傳播（看得見、摸得著）。

如果是在實體物質上傳播，就是有線通信，基本上就是用的銅線、光纖這些線纜，統稱為有線介質。

在有線介質上傳播數據，速率可以達到很高的數值。以光纖為例，在實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps。是傳統網線的兩萬六千倍。

而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在。

目前主流的移動通信標準，是4G LTE，理論速率只有150Mbps（不包括載波聚合）。這個和有線是完全沒辦法相比的。

                                                                         

有線和無線通信對比

所以，5G如果要實現端到端的高速率，重點是突破無線這部分的瓶頸。

好大一個波

無線通信就是利用電磁波進行通信。電波和光波，都屬于電磁波。電磁波的功能特性，是由它的頻率決定的。不同頻率的電磁波，有不同的屬性特點，從而有不同的用途。

例如，高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。

                                                                     

電磁波頻率

我們目前主要使用電波進行通信。當然，光波通信也在崛起，例如LiFi（Light Fidelity，可見光通信）。

電波屬于電磁波的一種，它的頻率資源是有限的。為了避免干擾和沖突，我們在電波這條公路上進一步劃分車道，分配給不同的對象和用途。

                                                                            

不同電波的用途

一直以來，我們主要是用中頻~超高頻來進行手機通信的。例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實意思就是指，工作頻段在900MHz的GSM，和工作頻段在800MHz的CDMA。

目前全球主流的4G LTE技術標準，屬于特高頻和超高頻。

我們國家主要使用超高頻：

                                                                           

不同運營商頻譜劃分

隨著1G、2G、3G、4G的發展，使用的電波頻率是越來越高的。這主要是因為，頻率越高，能使用的頻率資源越豐富。頻率資源越豐富，能實現的傳輸速率就越高。

                                                                           

更高的頻率→更多的資源→更快的速度

頻率資源就像車廂，越高的頻率，車廂越多，相同時間內能裝載的信息就越多。

那么，5G使用的頻率具體是多少呢？

                                                                           

5G使用的頻率

5G的頻率范圍，分為兩種：一種是6GHz以下，這個和目前我們的2/3/4G差別不算太大。還有一種，在24GHz以上。

目前，國際上主要使用28GHz進行試驗。

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

                                                                          

波長計算

這個就是5G的第一個技術特點——

毫 米 波

                                                                              

請注意看最下面一行，是不是就是“毫米波”？

“為什么以前我們不用高頻率呢？”

原因很簡單——不是不想用，是用不起。

電磁波的顯著特點：頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。頻率越高，在傳播介質中的衰減也越大。

激光筆（波長635nm左右），射出的光是直的，擋住了就過不去了。衛星通信和GPS導航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒信號了。衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向，否則哪怕稍微歪一點，都會影響信號質量。

移動通信如果用了高頻段，那么它最大的問題，就是傳輸距離大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。

覆蓋同一個區域，需要的5G基站數量將大大超過4G。更多的基站數量意味更高的成本。

頻率越低，網絡建設就越省錢，競爭起來就越有利。這就是為什么，這些年電信、移動、聯通為了低頻段而爭得頭破血流。

有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。

這也是為什么，5G時代，運營商拼命懟設備商，希望基站降價。（如果真的上5G，按以往的模式，設備商就發大財了。）

所以，基于以上原因，在高頻率的前提下，為了減輕網絡建設方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路。

出路有哪些呢？

首先，就是微基站。

微 基 站

基站有兩種，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

室外常見，建一個覆蓋一大片

微基站：

                                                                        

其實，微基站現在就有不少，尤其是城區和室內，經常能看到。

以后，到了5G時代，微基站會更多，到處都會裝上，幾乎隨處可見。

那么多基站在身邊，會不會對人體造成影響？

其實，和傳統認知恰好相反，事實上，基站數量越多，輻射反而越小！

想一下，冬天，一群人的房子里，一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好。

基站小，功率低，對大家都好。如果只采用一個大基站，離得近，輻射大，離得遠，沒信號，反而不好。

天線去哪了？

以前大哥大都有很長的天線，早期的手機也有突出來的小天線，為什么現在我們的手機都沒有天線了？

其實，我們并不是不需要天線，而是我們的天線變小了。

                                                                             

根據天線特性，天線長度應與波長成正比，大約在1/10~1/4之間。

隨著手機通信頻率的越來越高，波長越來越短，天線也就跟著變短了。

毫米波通信，天線也變成毫米級。

這就意味著，天線完全可以塞進手機里，甚至可以塞很多根。

這就是5G的第三大殺手锏——

Massive MIMO（多天線技術）

MIMO就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，多根天線接收。

在LTE時代，我們就已經有MIMO了，但是天線數量并不算多，只能說是初級版的MIMO。

到了5G時代，繼續把MIMO技術發揚光大，現在變成了加強版的Massive　MIMO（Massive：大規模的，大量的）。

                                                                         

天線數量對比

手機里面都能塞好多根天線，基站就更不用說了。

以前的基站，天線就那么幾根：

5G時代，天線數量不是按根來算了，是按“陣”、“天線陣列”。

不過，天線之間的距離也不能太近。

因為天線特性要求，多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上。如果距離近了，就會互相干擾，影響信號的收發。

直的？還是彎的？

其實，基站發射信號的時候，就有點像燈泡發光。

信號是向四周發射的，對于光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那么，大部分的光都浪費了。

基站也是一樣，大量的能量和資源都浪費了。

我們能不能找到一只無形的手，把散開的光束縛起來呢？

這樣既節約了能量，也保證了要照亮的區域有足夠的光。

答案是：可以。

這就是——

波 束 賦 形

波束賦形

在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能根據手機的移動而轉變方向。

                                                                   

波束賦形

這種空間復用技術，由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。

別收費，行不行？

在目前的移動通信網絡中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），信號都是通過基站進行中轉的，包括控制信令和數據包。　

而在5G時代，這種情況就不一定了。

5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device（設備到設備）。

D2D

5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據將不再通過基站轉發，而是直接手機到手機。

這樣，就節約了大量的空中資源，也減輕了基站的壓力。

不過，控制消息還是要從基站走的，你用著頻譜資源，運營商還是要收取費用的。

5G的三大應用場景

2015年9月，ITU正式確認了5G的三大應用場景，分別是eMBB，uRLLC和mMTC。

eMBB，就是Enhance Mobile Broadband，增強型移動寬帶。

顧名思義，這種場景就是現在人們使用的移動寬帶（移動上網）的升級版，主要是服務于消費互聯網的需求。在這種場景下，強調的是網絡的帶寬（速率）。前面所說的5G指標中，速率達到10Gbps以上，就是服務于eMBB場景的。

uRLLC，是Ultra Reliable & Low Latency Communication，低時延、高可靠通信。

這主要是服務于物聯網場景的。例如車聯網、無人機、工業物聯網等。

在這類場景下，對網絡的時延有很高的需求。例如車聯網，如果時延較長，網絡無法在極短時間內對數據進行響應，就有可能發生嚴重的交通事故，甚至危害人身安全。這類場景對網絡可靠性的要求也很高，不像手機上網，如果網絡不穩定，最多引起用戶的不滿。

mMTC，是Massive Machine Type Communication，海量物聯網通信。

這個也是典型的物聯網場景。例如智能井蓋、智能路燈、智能水表電表等，在單位面積內有大量的終端，需要網絡能夠支持這些終端同時接入，指的就是mMTC場景。

5G三大應用場景

這三大應用場景，只有一個是主要為人聯網服務的，另外兩個都是主要為物聯網服務的。這就給5G做了一個定性：它的物聯網屬性要強于人聯網屬性。

需要注意的是，三大應用場景并不是指三種不同的網絡。網絡只有一種，技術標準只有一種，就是5G。

三大應用場景，是指5G將采用網絡切片等方式，使一張網絡同時為不同的用戶提供服務。也就是說，5G不是多種技術標準的合集（如3G，包括了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA），而是整合了多種關鍵技術于一身的、真正意義上的融合網絡。

目前5G進展

ITU主要負責標準的立項和成果鑒定，并不負責具體的技術研究。真正的標準研究和制定工作，被ITU交給了3GPP組織負責。3GPP接到任務之后，就開始具體著手各項技術的標準研究工作。

5G標準的制定，一共分為兩個階段。

第一階段（Phase 1）的標準，發布的是3GPP Release15（簡稱R15）版本，重點是確定eMBB。也就是說，先滿足人聯網的要求。2018年6月，這個階段已經如期完成。相關標準已經正式發布。

第二階段（Phase 2），將發布3GPP Release16（簡稱R16）版本，即最終的完整版5G，包括uRLLC和mMTC的技術標準。目前來看，這個階段的完成時間是2020年。

                                                                             

5G發展階段

也就是說，目前5G標準只是完成了一半，真正重要的部分，還要等到2020年才能完成。

包括韓國在內的很多國家，推出的5G網絡，并不是真正意義上的完整版本5G網絡，將來有待第二階段標準確認之后，還需要進行進一步的升級和改造。

所以目前來看我國5G商用初期，能夠為消費互聯網帶來更快的網絡速度，車聯網、無人機、工業物聯網等低時延、高可靠通信以及智能井蓋、智能路燈、智能水表電表等海量通信接入還有待5G標準的完成。不過從我國在5G標準中的占比能夠看出我們在5G中的地位優勢，相信未來我國的5G商用不管是在國內還是國際都會有不錯的成績。

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