5G是什么？到底有什么优势？看完彻底明白了

在3G、4G和5G等名词中，G是英文单词“generation”（第x代）的缩写。因此，5G就是第五代移动通信技术。

一、5G的发展历程关键点

在移动通信领域：

第二代实现了数字化语音通信；

第三代是人们熟知的3g技术，以多媒体通信为特征；

第四代是正在铺开的4g技术，其通信速率大大提高，标志着进入无线宽带时代。

简单来看，5G的速度将会更快，而功耗将低于4G，从而带来一系列新的无线产品。中移动副总裁李正茂曾经发言要求5G时代的电信设备大幅度降价：“4G到5G时代，单位比特的传输成本降低了1000倍，那么我们也希望电信设备价格也降低1000倍，成本是决定运营商在数据时代能否盈利的关键。”

1、5G其实并不是全新科技

关于5G的两种不同观点

有一种观点认为，5G将会是全新技术。这个观点的代表者为华为无线网络产品线CMO杨超斌，在他看来，4G再怎么演变也不会变成5G，5G将会是一个全新技术。

5G不只是一次技术的更新，更是非常大的跳跃性发展、是一个变革，这也意味着网络架构必须提升，5G对网路的需求将与4G截然不同；虽然现在使用的4G LTE技术仍会不断演进，但4G再怎么演变也不会成为5G，5G将会是全新技术。

但大多数技术专家更倾向于以下观点：5G就是4G技术的必然演进——既要演进也要革命。

虽然任何一代技术发展，都不可能是上一代技术的重复，如果新一代的技术和上一代技术是一样，那还什么新一代，所以3G技术不同于2G，4G不同于3G，它的技术原理、解决问题的方式、部署的办法，实现的能力都不同，但是没有上一代技术的根基，或者说下一代没有对上一代的技术传承，实现革命性的升级也是空中楼阁。

5G不是横空出世个令人惊异的新技术，5G技术是现有技术的新组合，是4G技术的再演进。

为什么要强调“再”？因为4G LTE的后三个字母就是长期演进的意思，5G应是在4G基础上的再演进。关于技术演进的观点，科学松鼠会会员通信专业教师奥卡姆剃刀有个通俗的双驼峰理论，能很清晰解释5G仅仅是一种技术演进的观点。

奥卡姆剃刀的双驼峰理论

奥卡姆剃刀认为，一项新技术概念出现后，在业界会出现一个研究讨论的高潮，这是第一个驼峰。

相关的学术论文会产为热点，成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文，虽然很热闹，但这仅仅局限在学术研讨层面上，而在具体的技术实现方面还存在着很多问题，或者因成本原因而根本无法量产。

研究讨论高潮逐渐降温，这是第一个驼峰的下落期，接下来是低调务实的技术攻关，这个平台期可能几年也可能一二十年，当技术问题都解决后，就会迎来商家量产和投入市场的热潮，这就是第二个驼峰。

按照国际电信联盟关于2020年的规划，5年后就要全面进入5G了，而到现在核心技术体系还没有确立。回顾3G技术发展史，国际电信联盟于1998年6月30日接收了3G技术提案，并迎来了第一个驼峰期，直到2009年1月7日，工业和信息化部正式发放了三张3G牌照，这才进入到第二个驼峰，平台期持续了11年，特别是三张牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平台期长达15年，可刚成熟4G时代就来临了。按照“双驼峰规律”，5年后将在全球推广使用的技术，应在2010年左右就迎来第一个驼峰，而不会在2020前的两三年横空出世，然后迅速被国际电信联盟确定为全球的 5G标准，这违反了一般的技术发展规律，不太可能成真。

2、没有3G、4G技术的发展就没有5G

实质上，在5G研究上大部分研发机构选择的道路也是如此，两条腿走路。

5G研发中提出两条腿走路：一方面继续推动基于4G技术的演进，一方面研发5G新技术，两者兼顾。

在 5G时代的千倍提速要求面前，通过4G技术的演进，只有通过大幅度的加大带宽才有可能。加大带宽是起点，由此而产生的毫米波、微基站、高阶MIMO、波束赋型等都是顺理成章的技术趋势。5G时代对大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的关键技术核心也大都是基于4G网络技术延伸而来，大都能成倍提升性能。以软空口技术为例，这个技术结合Pre5G的硬件处理能力，让运营商具有了从4G到5G的平滑升级能力，4G到Pre5G这个阶段，终端不用更换，而从Pre5G到5G，基站设备也可以继续使用。

图：毫米波技术下的微基站

明白了5G就是第五代移动通信技术的基本定义就明白是从3G、4G升级而来，自然也是一种技术的积累和演进，也可以说没有3G、4G技术的发展就没有5G的产生。5G技术的演进一方面是技术积累的必然结果，当然也要求有革命性创新才能实现演进的目标，另一方面也是人类通信需求快速提高的必然要求。

反过来说，之前5G迟迟没普及，一是技术达不到，二是还没有应用的需求出现。现在有了需求，才有了5G。什么需求？未来的网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10到100倍的无线设备连接，10到100倍的用户速率需求，10倍长的电池续航时间需求等等。坦白地讲，可能未来五六年4G网络或许将无法满足这些需求，所以5G就必须提前登场。

基于技术演进的判断，回顾我国通过3G和4G时代的艰苦奋斗，我们有理由相信我国的产业和技术的提升也为5G布局打下坚实的基础，我国从以往被动接受技术变为开始输出技术，会有机会发展成为全球5G技术、标准、产业和应用服务的领先国家之一，从跟随到引领，中国通信业有机会在5G时代学习中国高铁实现弯道超车。三大运营商、华为、大唐、中兴等中国企业对5G研发的投入由来已久，并走在世界前列。

二、5G到底有哪些优势？

对于数消费者而言，5G的价值在于它拥有比4g LTE更快的速度（峰值速率可达几十Gbps），例如你可以在一秒钟内下载一部高清电影，而4G LTE可能要10分钟。也正是因为这一得天独厚的优势，业界普遍认为5G将在无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域发挥重要作用。

和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定义，5G具备高性能、低延迟与高容量特性，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这五大技术上。

1.毫米波

众所周知，随着连接到无线网络设备的数量的增加，频谱资源稀缺的问题日渐突出。至少就现在而言，我们还只能在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，这极大的影响了用户的体验。

那么5G提供的几十个Gbps峰值速度如何实现呢？

众所周知，无线传输增加传输速率一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽。5G使用毫米波（26.5-300GHz）就是通过第二种方法来提升速率，以28GHz频段为例，其可用频谱带宽达到了1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz。

在移动通信的历史上，这是首次开启新的频带资源。在此之前，毫米波只在卫星和雷达系统上被应用，但现在已经有运营商开始使用毫米波在基站之间做测试。

当然，毫米波最大的缺点就是穿透力差、衰减大，因此要让毫米波频段下的5G通信在高楼林立的环境下传输并不容易，而小基站将解决这一问题。

2.小基站

上文提到毫米波的穿透力差并且在空气中的衰减很大，但因为毫米波的频率很高，波长很短，这就意味着其天线尺寸可以做得很小，这是部署小基站的基础。

可以预见的是，未来5G移动通信将不再依赖大型基站的布建架构，大量的小型基站将成为新的趋势，它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。

因为体积的大幅缩小，我们设置可以在250米左右部署一个小基站，这样排列下来，运营商可以在每个城市中部署数千个小基站以形成密集网络，每个基站可以从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。当然，你大可不必担心功耗问题，小基站不仅在规模上要远远小于大基站，功耗上也大大缩小了。

除了通过毫米波广播之外，5G基站还将拥有比现在蜂窝网络基站多得多的天线，也就是Massive MIMO技术。

3.Massive MIMO

现有的4G基站只有十几根天线，但5G基站可以支持上百根天线，这些天线可以通过Massive MIMO技术形成大规模天线阵列，这就意味着基站可以同时从更多用户发送和接收信号，从而将移动网络的容量提升数十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的意思是多输入多输出，实际上这种技术已经在一些4G基站上得到了应用。但到目前为止，Massive MIMO仅在实验室和几个现场试验中进行了测试。

隆德大学教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO开启了无线通讯的新方向——当传统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享时，Massive MIMO则导入了空间域（spatial domain）的途径，其方式是在基地台采用大量的天线以及为其进行同步处理，如此则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。”

毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否实现商用的关键技术，但是多天线也势必会带来更多的干扰，而波束成形就是解决这一问题的关键。

4.波束成形

Massive MIMO的主要挑战是减少干扰，但正是因为Massive MIMO技术每个天线阵列集成了更多的天线，如果能有效地控制这些天线，让它发出的每个电磁波的空间互相抵消或者增强，就可以形成一个很窄的波束，而不是全向发射，有限的能量都集中在特定方向上进行传输，不仅传输距离更远了，而且还避免了信号的干扰，这种将无线信号（电磁波）按特定方向传播的技术叫做波束成形（beamforming）。

这一技术的优势不仅如此，它可以提升频谱利用率，通过这一技术我们可以同时从多个天线发送更多信息；在大规模天线基站，我们甚至可以通过信号处理算法来计算出信号的传输的最佳路径，并且最终移动终端的位置。因此，波束成形可以解决毫米波信号被障碍物阻挡以及远距离衰减的问题。

除此之外，最后要提到5G的另一大特色——全双工技术。