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

一、5G的发展历程关键点（diǎn）

在移动通信（xìn）领域:

第一代是模拟（nǐ）技术;

第（dì）二代实现（xiàn）了数字化（huà）语音通（tōng）信;

第三代是人们熟知的3g技（jì）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（dà）大（dà）提高，标志着进入（rù）无线宽带时代。

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简单（dān）来（lái）看（kàn），5G的（de）速度将会更快，而功耗将低于4G，从而带来一系（xì）列新的无线产（chǎn）品（pǐn）。中（zhōng）移（yí）动副（fù）总（zǒng）裁李正茂曾经发言（yán）要求5G时代的（de）电信设备大幅度降价:“4G到5G时代（dài），单（dān）位比特的传输成本降（jiàng）低了1000倍，那么我们也希望电信设备（bèi）价格也降低1000倍（bèi），成本（běn）是决（jué）定运营商在（zài）数据时代能否盈利的关键（jiàn）。”

1.5G其（qí）实并（bìng）不是全新科技

关于5G的两种不同观点

有一种观点认为（wéi），5G将（jiāng）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（chāo）斌，在他看来（lái），4G再怎么演（yǎn）变（biàn）也不（bú）会变成（chéng）5G，5G将会是一个全新技术。

5G不只（zhī）是一次技术的更新，更是非（fēi）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（xū）求将与（yǔ）4G截然不（bú）同;虽然现（xiàn）在使用的4G LTE技术（shù）仍会不断演进（jìn），但4G再怎么演（yǎn）变也（yě）不会成为5G，5G将会是全新技术（shù）。

但大（dà）多数技术专家更（gèng）倾向于以下观点:5G就是4G技术（shù）的必然演进--既要演进也要革命。

虽（suī） 然任何一代技（jì）术发展（zhǎn），都不可能是上一代技术的重复，如果新（xīn）一代（dài）的技术（shù）和上一（yī）代（dài）技术是一样，那还什么新一代，所以3G技术（shù）不同于2G，4G不同于3G，它（tā）的 技术（shù）原理、解决问题的方式（shì）、部署的办法，实现的能力都不同，但是没有上一代技术的（de）根基，或者（zhě）说下一（yī）代（dài）没有对上（shàng）一代的技术传承，实现革（gé）命（mìng）性的（de）升级也是空中楼阁。

5G不是横（héng）空出（chū）世（shì）个令人（rén）惊异的（de）新技（jì）术，5G技术是现有技术的新组（zǔ）合（hé），是4G技（jì）术的（de）再演进。

为什么要强调“再”?因为4G LTE的后三个字（zì）母就（jiù）是长期演进的意思，5G应（yīng）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（yè）教师奥卡姆（mǔ）剃刀（dāo）有个通俗（sú）的双驼峰理论（lùn），能（néng）很清（qīng）晰解（jiě）释5G仅仅是一种技术（shù）演（yǎn）进的观点。

奥卡姆剃刀的双驼峰理论

奥卡（kǎ）姆（mǔ）剃刀认为，一项新技术概念出现（xiàn）后，在业界会出（chū）现（xiàn）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（chǎn）为热点，成堆的博士硕士（shì）依托（tuō）这项（xiàng）新技术完成了毕（bì）业论文，虽然很热闹（nào），但这仅仅局限在学（xué）术研（yán）讨层面上，而在具体的技术实现方面还（hái）存在着很多问题，或者因成本原因（yīn）而根本（běn）无（wú）法量（liàng）产。

研（yán）究讨（tǎo）论高潮逐（zhú）渐降温，这是第一个（gè）驼峰的下（xià）落期，接下（xià）来是（shì）低（dī）调务实的技术攻关，这个平台期可能（néng）几年（nián）也可能一二十年，当技（jì）术问题都解决后，就会迎来商家量（liàng）产和投入市场的热潮，这（zhè）就是第二个驼峰。

按照国际电信联盟关（guān）于2020年（nián）的规（guī）划，5年后就（jiù）要全（quán）面进入5G了（le），而到现在核（hé）心技术体系还没有确（què）立。回顾3G技（jì）术（shù）发展史，国（guó）际电信联盟于1998年6月30日（rì）接（jiē）收了3G技术提案，并迎来了第一个驼峰（fēng）期，直到2009年1月7日，工业（yè）和（hé）信息化部正式发放了（le）三张3G牌照，这才进（jìn）入（rù）到第二（èr）个驼峰， 平台期（qī）持续了11年，特别是（shì）三张牌照（zhào）之（zhī）一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平台期长（zhǎng）达15年，可刚成熟4G时代（dài）就来临了。按照“双驼峰规 律（lǜ）”，5年后将在全球推广使（shǐ）用的技术，应在2010年左（zuǒ）右就迎来第一个驼峰，而不会在2020前的两三年横空出（chū）世，然后（hòu）迅速（sù）被（bèi）国（guó）际电信联盟确定为全球的 5G标准，这（zhè）违反了一（yī）般的技术发展规律，不太可能成（chéng）真。

2.没有3G、4G技术的发展就没有5G

实质上（shàng），在5G研究上（shàng）大部分研发机构选择的道（dào）路也是如此，两条（tiáo）腿走路。

5G研发（fā）中提出（chū）两条（tiáo）腿走路:一方面继续推动基于4G技术的（de）演进，一（yī）方面研（yán）发5G新（xīn）技术，两者兼顾。

在（zài） 5G时代的千倍提速要求（qiú）面前，通（tōng）过4G技术的演进（jìn），只有通过大（dà）幅度的加大带宽才有可能。加大带宽（kuān）是起点，由此而产生的毫米波（bō）、微基站、高阶（jiē）MIMO、波（bō）束 赋型等都（dōu）是（shì）顺理成（chéng）章的技术（shù）趋势（shì）。5G时代对大规模天线（xiàn）阵列、毫米波（bō）技术（shù）、新型网络（luò）架构、新型空口设（shè）计的关（guān）键技（jì）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（yǐ）软（ruǎn）空（kōng）口（kǒu）技术为例，这个技术结合（hé）Pre5G的硬件（jiàn）处理（lǐ）能力，让运营商（shāng）具有了从4G到5G的平滑升级（jí）能力，4G到（dào）Pre5G这个阶段，终 端（duān）不（bú）用更（gèng）换（huàn），而从Pre5G到5G，基站（zhàn）设备也可以继续使用。

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图:毫米波（bō）技术下的微（wēi）基（jī）站。

明（míng）白了5G就是（shì）第五代移（yí）动通信技术的基本（běn）定义就明白是从3G、4G升级而（ér）来，自然（rán）也是一（yī）种技术的积（jī）累和演进，也可以说没有3G、4G技术的发展就（jiù）没有5G的产生。5G技（jì）术的演进一方（fāng）面（miàn）是技（jì）术积累的必然（rán）结（jié）果，当然也（yě）要求有革命性创（chuàng）新才（cái）能实现（xiàn）演进的目标，另一方面也是人类通（tōng）信需求快速（sù）提高（gāo）的必然（rán）要（yào）求（qiú）。

反过来说，之前5G迟迟没普（pǔ）及（jí），一是技术达不（bú）到，二（èr）是（shì）还（hái）没（méi）有应（yīng）用的需求出现。现在有了需求，才有了5G。什么需求?未（wèi）来的网络将会面对:1000倍的数据容量增长，10到（dào）100倍的无线设（shè）备（bèi）连接（jiē），10到100倍（bèi）的用户速率需求，10倍长的（de）电池续航时间需求等等。坦白地（dì）讲（jiǎng），可能（néng）未来五六年4G网络（luò）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（de）判（pàn）断（duàn），回顾我国通过3G和4G时代的艰苦奋斗（dòu），我们有理由相信我国的产业（yè）和技术（shù）的提升也为5G布（bù）局打下坚实的（de）基础，我国从以往（wǎng）被动接受（shòu）技术变为开始输出技术，会有机会发（fā）展成为全球5G技术、标准、产业和应（yīng）用服（fú）务的领先（xiān）国家之一，从跟（gēn）随到引领，中国通信（xìn）业有机会（huì）在5G时代学习中（zhōng）国高铁实现弯道（dào）超车。三大运营商、华为、大唐（táng）、中兴等中（zhōng）国企业对5G研发（fā）的（de）投入由来已久，并走在（zài）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（yú）它拥有（yǒu）比4g LTE更快（kuài）的速度(峰值速（sù）率可（kě）达（dá）几十Gbps)，例如（rú）你可以在一秒钟内下载一部高清电影，而4G LTE可能（néng）要10分钟。也正是因为这一得天独厚的（de）优势，业界普遍认为5G将在（zài）无人驾驶汽车、VR以（yǐ）及物联网（wǎng）等领域（yù）发（fā）挥重要作用。

和4G相比（bǐ），5G的提（tí）升是全方位（wèi）的，按（àn）照（zhào）3GPP的定义，5G具备（bèi）高（gāo）性能、低（dī）延迟与高容量特（tè）性，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以（yǐ）及波束成形这五大技（jì）术上（shàng）。

1.毫（háo）米波（bō）

众（zhòng）所（suǒ）周知（zhī），随着连接到无线网络设备的数量的增（zēng）加，频谱（pǔ）资源稀缺的问题日渐突出（chū）。至少就现在而言，我（wǒ）们还只能（néng）在（zài）极其狭窄的频谱（pǔ）上共享有（yǒu）限的带宽，这极大的影响了用（yòng）户的体验。

那么5G提供的几十（shí）个Gbps峰值速度如（rú）何实现呢（ne）?

众所周知，无线传输增加传（chuán）输速率一般有两种方法，一是增加频谱（pǔ）利（lì）用（yòng）率（lǜ），二（èr）是增加（jiā）频谱带宽（kuān）。5G使（shǐ）用毫（háo）米（mǐ）波(26.5-300GHz)就是通过第二种方法 来（lái）提（tí）升速率，以28GHz频段为例，其可（kě）用频谱带宽达到了1GHz，而60GHz频段每个信道（dào）的可用（yòng）信（xìn）号（hào）带宽则为（wéi）2GHz。

在移动通信的历史上，这是首次（cì）开启新的频（pín）带资源。在（zài）此之前（qián），毫米（mǐ）波只在卫星和雷达系统上被应用（yòng），但（dàn）现在已经有运营商开始使用毫米波在（zài）基站之（zhī）间做测试。

当然，毫米波最（zuì）大的缺点就是穿透力差（chà）、衰（shuāi）减大，因此要（yào）让毫（háo）米波频段下的5G通信（xìn）在高楼林立的环境下传输（shū）并不容易，而小基站将（jiāng）解决这（zhè）一问题。

2.小基（jī）站（zhàn）

上文提到毫米波的（de）穿透力差并且在空（kōng）气中（zhōng）的衰减（jiǎn）很大（dà），但因（yīn）为（wéi）毫米波的频率很高（gāo），波（bō）长很短，这就（jiù）意味着其天线（xiàn）尺寸可以做得很小，这是部署（shǔ）小基站（zhàn）的基础。

可以预见（jiàn）的（de）是，未来5G移动通信将不再依赖（lài）大型基站的布建架构，大量的小型基站（zhàn）将（jiāng）成为新的趋势，它可以覆（fù）盖大基站无法触（chù）及（jí）的末梢（shāo）通信。

因为体积的大幅缩小，我（wǒ）们设置可以在250米左右部署（shǔ）一个小（xiǎo）基站，这样排列下来（lái），运营商（shāng）可以在每个城（chéng）市中部署数（shù）千个小（xiǎo）基站以形成（chéng）密集网络，每个基站可以 从其它基站接（jiē）收（shōu）信号并向任（rèn）何位置的用户发送数据。当然，你（nǐ）大可（kě）不必担心功耗问题，小基站（zhàn）不仅在规模（mó）上要（yào）远（yuǎn）远（yuǎn）小于大基站，功耗（hào）上也大大缩小（xiǎo）了。

除了通过毫米波（bō）广播之外，5G基站（zhàn）还（hái）将（jiāng）拥有（yǒu）比现在蜂窝网络基站多得多的天线，也（yě）就是（shì）Massive MIMO技术。

3.Massive MIMO

现有的4G基站只（zhī）有十（shí）几根天线（xiàn），但5G基站可以支（zhī）持上（shàng）百根天线，这些天线可（kě）以通过Massive MIMO技术形成大（dà）规（guī）模天线阵列，这就（jiù）意（yì）味着基站可以同时从更（gèng）多（duō）用户（hù）发送（sòng）和接收信号，从而（ér）将（jiāng）移动网（wǎng）络（luò）的容（róng）量提升数十倍（bèi）倍或更大。

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是（shì）多输（shū）入多输出，实（shí）际上（shàng）这（zhè）种（zhǒng）技术（shù）已经在（zài）一些4G基站上得到了应用。但（dàn）到目前为（wéi）止，Massive MIMO仅在实验室和几个现场试验中进（jìn）行了测（cè）试。

隆德大学教授（shòu）Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO开启了无线通（tōng）讯（xùn）的新方向--当传统（tǒng）系统使用时域（yù）或频域为不（bú）同用（yòng）户之间实现资源共（gòng）享时，Massive MIMO则导入了空（kōng）间域(spatial domain)的途（tú）径，其方式是（shì）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（tóng）时（shí）在频谱效益（yì）与（yǔ）能（néng）源效率方面取（qǔ）得几十倍的增益（yì）。”

毋庸置疑，Massive MIMO是（shì）5G能否实现商用的关键技（jì）术，但是多天线也势必（bì）会带来更多的干扰，而（ér）波束成形就是解（jiě）决这一问题的关（guān）键。

4.波束成形

Massive MIMO的主要挑战是减少干扰（rǎo），但正是（shì）因为Massive MIMO技术每（měi）个天线（xiàn）阵列集成（chéng）了（le）更多的天线，如果能（néng）有效地控制这些天线，让它（tā）发（fā）出的（de）每个电磁波的空间（jiān）互相（xiàng）抵（dǐ）消或者增强，就（jiù）可（kě）以形成一个很窄的波束，而不是全向发射，有限（xiàn）的能量都（dōu）集中在特定方向上进行传（chuán）输，不仅传输距（jù）离更（gèng）远了（le），而且还避免了信号的干扰，这种将无线信号(电磁波（bō）)按特定方向传播的（de）技术叫（jiào）做（zuò）波束 成形(beamforming)。

这一（yī）技术的优势不仅如（rú）此，它（tā）可以提升频谱利用率，通过（guò）这一（yī）技术我们可以同时从多个天线发送更多（duō）信息（xī）;在大规模天线基（jī）站，我（wǒ）们甚至可以（yǐ）通过信号处理算（suàn）法来（lái）计算出信（xìn）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（háo）米（mǐ）波信（xìn）号被障碍（ài）物阻挡 以及远距离衰减（jiǎn）的问题。

除此之外，最后要提到5G的另（lìng）一大特色--全双工技（jì）术。

5.全双工

全双工技术是指设备的发射（shè）机和接收机占用相同（tóng）的频率（lǜ）资源同时进（jìn）行工作，使（shǐ）得（dé）通信两端在（zài）上（shàng）、下行可以（yǐ）在（zài）相同时间使用相同的频率，突破了（le）现有的频分（fèn）双工(FDD)和时分双工(TDD)模式，这是通信节（jiē）点实现双向通（tōng）信的关键之一，也是5G所（suǒ）需的高（gāo）吞吐量和低（dī）延迟的关键技术。

在同一信道上同时接收和（hé）发送，这无疑大大（dà）提升了频谱效率。但是（shì）5G要使用这一颠覆性技术也面临着不小（xiǎo）的挑战（zhàn），根据《移动通信》之前发（fā）布的资（zī）料显示，主要有一下三大挑战:

1.电（diàn）路板件设计，自干扰消除电（diàn）路需满足宽频(大于100MHZ)和多MIMO(多于32天（tiān）线)的条（tiáo）件，且要（yào）求（qiú）尺寸（cùn）小、功耗低（dī）以及成本不能太高。

2.物理层、MAC层的优化设计问（wèn）题（tí），比如编码、调制、同步、检测、侦听、冲突避免、ACK等，尤（yóu）其（qí）是针对MIMO的物理层优化。

3.对全双工和（hé）半双（shuāng）工之间动态切换的控制面优化，以及对现有帧结构和（hé）控制信令的（de）优化问题。

因此，尽管5G的势头远远超过（guò）了之前的4G，但5G的未来仍充满了不确定性，现在我们需（xū）要等（děng）待的是这些（xiē）技术从（cóng）实验阶段走向实用（yòng）。