在3G、4G和5G等名詞中，G是英文單詞“generation”（第x代）的縮寫。因此，5G就是第五代移動通信技術。

一、5G的發展歷程關鍵點

在移動通信領域：

第一代是模擬技術；

第二代實現了數字化語音通信；

第三代是人們熟知的3g技術，以多媒體通信為特征；

第四代是正在鋪開的4g技術，其通信速率大大提高，標志著進入無線寬帶時代。

簡單來看，5G的速度將會更快，而功耗將低于4G，從而帶來一系列新的無線產品。中移動副總裁李正茂曾經發言要求5G時代的電信設備大幅度降價：“4G到5G時代，單位比特的傳輸成本降低了1000倍，那么我們也希望電信設備價格也降低1000倍，成本是決定運營商在數據時代能否盈利的關鍵。”

1、5G其實并不是全新科技

關于5G的兩種不同觀點

有一種觀點認為，5G將會是全新技術。這個觀點的代表者為華為無線網絡產品線CMO楊超斌，在他看來，4G再怎么演變也不會變成5G，5G將會是一個全新技術。

5G不只是一次技術的更新，更是非常大的跳躍性發展、是一個變革，這也意味著網絡架構必須提升，5G對網路的需求將與4G截然不同；雖然現在使用的4G LTE技術仍會不斷演進，但4G再怎么演變也不會成為5G，5G將會是全新技術。

但大多數技術專家更傾向于以下觀點：5G就是4G技術的必然演進——既要演進也要革命。

雖 然任何一代技術發展，都不可能是上一代技術的重復，如果新一代的技術和上一代技術是一樣，那還什么新一代，所以3G技術不同于2G，4G不同于3G，它的 技術原理、解決問題的方式、部署的辦法，實現的能力都不同，但是沒有上一代技術的根基，或者說下一代沒有對上一代的技術傳承，實現革命性的升級也是空中樓閣。

5G不是橫空出世個令人驚異的新技術，5G技術是現有技術的新組合，是4G技術的再演進。

為什么要強調“再”？因為4G LTE的后三個字母就是長期演進的意思，5G應是在4G基礎上的再演進。關于技術演進的觀點，科學松鼠會會員通信專業教師奧卡姆剃刀有個通俗的雙駝峰理論，能很清晰解釋5G僅僅是一種技術演進的觀點。

奧卡姆剃刀的雙駝峰理論

奧卡姆剃刀認為，一項新技術概念出現后，在業界會出現一個研究討論的高潮，這是第一個駝峰。

相關的學術論文會產為熱點，成堆的博士碩士依托這項新技術完成了畢業論文，雖然很熱鬧，但這僅僅局限在學術研討層面上，而在具體的技術實現方面還存在著很多問題，或者因成本原因而根本無法量產。

研究討論高潮逐漸降溫，這是第一個駝峰的下落期，接下來是低調務實的技術攻關，這個平臺期可能幾年也可能一二十年，當技術問題都解決后，就會迎來商家量產和投入市場的熱潮，這就是第二個駝峰。

按照國際電信聯盟關于2020年的規劃，5年后就要全面進入5G了，而到現在核心技術體系還沒有確立。回顧3G技術發展史，國際電信聯盟于1998年6月30日接收了3G技術提案，并迎來了第一個駝峰期，直到2009年1月7日，工業和信息化部正式發放了三張3G牌照，這才進入到第二個駝峰， 平臺期持續了11年，特別是三張牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平臺期長達15年，可剛成熟4G時代就來臨了。按照“雙駝峰規 律”，5年后將在全球推廣使用的技術，應在2010年左右就迎來第一個駝峰，而不會在2020前的兩三年橫空出世，然后迅速被國際電信聯盟確定為全球的 5G標準，這違反了一般的技術發展規律，不太可能成真。

2、沒有3G、4G技術的發展就沒有5G

實質上，在5G研究上大部分研發機構選擇的道路也是如此，兩條腿走路。

5G研發中提出兩條腿走路：一方面繼續推動基于4G技術的演進，一方面研發5G新技術，兩者兼顧。

在 5G時代的千倍提速要求面前，通過4G技術的演進，只有通過大幅度的加大帶寬才有可能。加大帶寬是起點，由此而產生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束 賦型等都是順理成章的技術趨勢。5G時代對大規模天線陣列、毫米波技術、新型網絡架構、新型空口設計的關鍵技術核心也大都是基于4G網絡技術延伸而來，大 都能成倍提升性能。以軟空口技術為例，這個技術結合Pre5G的硬件處理能力，讓運營商具有了從4G到5G的平滑升級能力，4G到Pre5G這個階段，終 端不用更換，而從Pre5G到5G，基站設備也可以繼續使用。

圖：毫米波技術下的微基站

明白了5G就是第五代移動通信技術的基本定義就明白是從3G、4G升級而來，自然也是一種技術的積累和演進，也可以說沒有3G、4G技術的發展就沒有5G的產生。5G技術的演進一方面是技術積累的必然結果，當然也要求有革命性創新才能實現演進的目標，另一方面也是人類通信需求快速提高的必然要求。

反過來說，之前5G遲遲沒普及，一是技術達不到，二是還沒有應用的需求出現。現在有了需求，才有了5G。什么需求？未來的網絡將會面對：1000倍的數據容量增長，10到100倍的無線設備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續航時間需求等等。坦白地講，可能未來五六年4G網絡或許將無法滿足這些需求，所以5G就必須提前登場。

基于技術演進的判斷，回顧我國通過3G和4G時代的艱苦奮斗，我們有理由相信我國的產業和技術的提升也為5G布局打下堅實的基礎，我國從以往被動接受技術變為開始輸出技術，會有機會發展成為全球5G技術、標準、產業和應用服務的領先國家之一，從跟隨到引領，中國通信業有機會在5G時代學習中國高鐵實現彎道超車。三大運營商、華為、大唐、中興等中國企業對5G研發的投入由來已久，并走在世界前列。

二、5G到底有哪些優勢？

對于數消費者而言，5G的價值在于它擁有比4g LTE更快的速度（峰值速率可達幾十Gbps），例如你可以在一秒鐘內下載一部高清電影，而4G LTE可能要10分鐘。也正是因為這一得天獨厚的優勢，業界普遍認為5G將在無人駕駛汽車、VR以及物聯網等領域發揮重要作用。

和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定義，5G具備高性能、低延遲與高容量特性，而這些優點主要體現在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術上。

1.毫米波

眾所周知，隨著連接到無線網絡設備的數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這極大的影響了用戶的體驗。

那么5G提供的幾十個Gbps峰值速度如何實現呢？

眾所周知，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波（26.5-300GHz）就是通過第二種方法 來提升速率，以28GHz頻段為例，其可用頻譜帶寬達到了1GHz，而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則為2GHz。

在移動通信的歷史上，這是首次開啟新的頻帶資源。在此之前，毫米波只在衛星和雷達系統上被應用，但現在已經有運營商開始使用毫米波在基站之間做測試。

當然，毫米波最大的缺點就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環境下傳輸并不容易，而小基站將解決這一問題。

2.小基站

上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大，但因為毫米波的頻率很高，波長很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎。

可以預見的是，未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構，大量的小型基站將成為新的趨勢，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。

因為體積的大幅縮小，我們設置可以在250米左右部署一個小基站，這樣排列下來，運營商可以在每個城市中部署數千個小基站以形成密集網絡，每個基站可以 從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發送數據。當然，你大可不必擔心功耗問題，小基站不僅在規模上要遠遠小于大基站，功耗上也大大縮小了。

除了通過毫米波廣播之外，5G基站還將擁有比現在蜂窩網絡基站多得多的天線，也就是Massive MIMO技術。

3.Massive MIMO

現有的4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過Massive MIMO技術形成大規模天線陣列，這就意味著基站可以同時從更多用戶發送和接收信號，從而將移動網絡的容量提升數十倍倍或更大。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的意思是多輸入多輸出，實際上這種技術已經在一些4G基站上得到了應用。但到目前為止，Massive MIMO僅在實驗室和幾個現場試驗中進行了測試。

隆德大學教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當傳統系統使用時域或頻域為不同用戶之間實現資源共享時，Massive MIMO則導入了空間域（spatial domain）的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進行同步處理，如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。”

毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否實現商用的關鍵技術，但是多天線也勢必會帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關鍵。

4.波束成形

Massive MIMO的主要挑戰是減少干擾，但正是因為Massive MIMO技術每個天線陣列集成了更多的天線，如果能有效地控制這些天線，讓它發出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強，就可以形成一個很窄的波束，而不是全向發射，有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸，不僅傳輸距離更遠了，而且還避免了信號的干擾，這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術叫做波束 成形（beamforming）。

這一技術的優勢不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過這一技術我們可以同時從多個天線發送更多信息；在大規模天線基站，我們甚至可以通過信號處理算法來計算出信號的傳輸的最佳路徑，并且最終移動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋 以及遠距離衰減的問題。

除此之外，最后要提到5G的另一大特色——全雙工技術。

5.全雙工

全雙工技術是指設備的發射機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）模式，這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技術。

在同一信道上同時接收和發送，這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一顛覆性技術也面臨著不小的挑戰，根據《移動通信》之前發布的資料顯示，主要有一下三大挑戰：

1.電路板件設計，自干擾消除電路需滿足寬頻（大于100MHZ）和多MIMO（多于32天線）的條件，且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。

2.物理層、MAC層的優化設計問題，比如編碼、調制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK等，尤其是針對MIMO的物理層優化。

3.對全雙工和半雙工之間動態切換的控制面優化，以及對現有幀結構和控制信令的優化問題。

因此，盡管5G的勢頭遠遠超過了之前的4G，但5G的未來仍充滿了不確定性，現在我們需要等待的是這些技術從實驗階段走向實用。

（電子發燒友編輯整理）