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《5G来了：5G如何改变生活、社会和产业》全面介绍5G的发展史，阐述5G在各国的部署计划，剖析5G对生活、社会产生的变革，探究5G在各产业领域的应用与融合，并且大胆畅想5G的未来。此外，本书还通过通俗易懂的语言和生动有趣的示例为你展示5G背后所隐藏不为人知的变革世界的惊人力量。《5G来了：5G如何改变生活、社会和产业》既有科学的严谨性，又不乏趣味性，将5G技术之美与商业前景展现得淋漓尽致，有助于读者开阔视野，激发读者进一步探索5G未来的兴趣。
生动有趣的案例让你更能全面了解5G应用的场景
5G优化人民的生活方式 5G推动人类社会不断进步
5G变革传统产业，创建美好未来 5G融入新兴产业，推动产业发展
5G来了：5G如何改变生活、社会和产业
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
5G来了：5G如何改变生活、社会和产业 / 蔡余杰著.--北京：人民邮电出版社，2020.5
ISBN 978-7-115-53418-7
Ⅰ.①5… Ⅱ.①蔡… Ⅲ.①无线电通信—移动通信—通信技术 Ⅳ.①TN929.5
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第038010号
◆ 著 蔡余杰
审 郑明智 张传福
责任编辑 单元花
责任印制 彭志环
◆ 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
大厂聚鑫印刷有限责任公司印刷
◆ 开本：700×1000 1/16
印张：12.25 2020年5月第1版
字数：147千字 2020年5月河北第1次印刷
定价：59.00元
读者服务热线：(010)81055493 印装质量热线：(010)81055316
反盗版热线：(010)81055315
广告经营许可证：京东工商广登字20170147号
随着5G进入商用时代，人们更加关注未来5G的应用会带来哪些新变化。本书从5G的发展史开始讲起，详细讲述了5G将会如何优化人们的生活方式、推动人类社会的进步、变革传统产业，探究了5G与新兴产业的融合，并大胆畅想了“后5G时代”的通信发展和人类生活，有助于读者全面了解5G带来的生活和社会变化。
从1G到4G，移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对美好生活的追求从未停止，因此需要更高性能的移动通信。为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，5G应运而生。
国际标准化组织从2017年就开始制定5G移动通信标准。3GPP 5G标准化工作主要集中在R15和R16，包括无线接入网及核心网。R15标准一共分3个阶段，第二阶段的R15标准在2018年6月冻结，能够实现新空中接口技术框架，支持行业基本应用，支持网络切片，主要面向eMBB场景；R16则致力于为5G提供完整的竞争力，支持D2D、V2X、增强实时通信等功能，满足uRLLC及mMTC增强场景。
依托移动通信、大数据、云计算和人工智能等技术的发展，人类社会正从信息时代跨入智能时代，开始第四次工业革命，这一切将驱动人类社会迈向发展的新纪元。5G已经成为全球移动通信新一轮信息技术变革的重点，不同于以往的移动通信系统，5G超越了移动通信的范畴。5G将渗透未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。
5G通信技术为应对三大通信场景（eMBB、mMTC、uRLLC）提出了切实有效的实现方案，距离达到通信终极愿景（任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何类型的信息交换）又近了一步。
5G网络将会满足高度移动和全面连接社会的要求，随之带来的连接对象和设备总量的激增，将会为各种新型服务和相关业务模式铺平道路，从而在能源、移动医疗、智能城市、车联网、智能家居、工业制造等各行各业中实现自动化和智能化。除了更普遍的以人为中心的应用（如虚拟和增强现实、4K视频流等），5G网络还将支持机器对机器（M2M）和机器对人类（M2H）应用的通信要求，将会为人类生活带来更多的安全和方便。与人与人之间的通信相比，自动通信的设备之间创建的移动数据必将具有明显不同的特征。人类中心和机器类型应用的共存要求5G网络必须支持非常多样化的功能，并满足多维度的关键性能指标（KPI）。为满足上述需求，需要5G网络整体架构具有极大的灵活性。
2019年10月30日，中国三大运营商同时宣布5G正式商用，2019年是5G商用元年，未来几年将会是5G建设的高峰期。
4G改变生活，5G改变社会。
我很荣幸参加审阅《5G来了：5G如何改变生活、社会与产业》。本书面向对5G感兴趣的普通读者，以通俗的语言，从另一个角度，介绍了5G是如何改变生活、社会与产业的。在审阅过程中，我发现本书将一些5G专业技术用简单的案例或应用场景展示出来，读起来更加轻松、有趣。
本书首先介绍了国内外巨头争相逐鹿5G、世界各国纷纷部署5G网络的情况；然后介绍了5G对传统产业的改变、5G与新兴产业的融合，最后展望了未来移动通信的发展，以及给人们生活带来的变化。书中介绍了很多有关5G未来应用的场景，非常有意思，给大众认识5G，了解5G将会给人们的生活带来哪些改变，打开了一扇窗。
张传福
近年来，媒体和各领域中关于5G的话题越来越多，它们或给人科幻感，或给人神秘感，甚至让人感到有些不切实际，种种关于5G的美好愿景都已经深深埋进人们的心中。如今，有人还处在谈论5G的阶段，也有人正在甚至已经看到5G变为现实。5G正大步向我们走来。
5G作为第五代移动通信技术，与之前的1G、2G、3G、4G相比，具有传输速率高、超低时延、超大容量的特点，通信能力更强，还能融合多业务、多技术，随时随地实现万物互联，为用户带来更加智能化的生活，从而打造以用户为核心的信息生态系统。可以说，5G不仅是一项技术，而且还可以通过技术形成一种改变世界的力量。
当前，4G已经不能满足用户对庞大流量的需求，5G则以一种全新的网络架构，实现网络性能的新飞跃，接棒流量市场，并进入商用时代，从而为人类带来一个充满无限遐想的美好新时代。
目前，5G技术的应用场景主要集中在以下3个方面。
增强移动宽带。典型的应用场景如高清视频音乐、视频影音，这样的应用场景对网速有极高的要求，以满足AR、VR的应用。
低时延高可靠通信。典型的应用场景如远程医疗、智慧金融、智能制造、智慧农业、智能零售、智慧物流、智慧保险等，低时延高可靠可以实现各领域的精确控制、精准操作。
海量机器类通信。典型的应用场景就是智慧城市，在5G与车联网、大数据、物联网、人工智能、云计算等产业深入融合之后，实现了人、机、物的全面互联，从而使城市管理具有了智慧的特征。
总之，5G已经不再是纸上谈兵。无论是在汽车上，还是在十字路口；无论是在人声鼎沸的大都市，还是在郁郁葱葱的田间地头，都将会有5G的身影。
也正因此，各种与5G相关的产业应用、终端产品等成为资本投入的重点，5G成为当前时代的一笔巨大的宝贵财富。与此同时，越来越多的生产厂商、科技巨头、运营商参与进来，并以合作或异业结盟的方式共同追逐5G市场的“大蛋糕”。
本书全面介绍了5G的发展史，阐述了5G在一些国家的部署计划，剖析了5G将如何改变生活、社会和产业，探究了5G在新兴产业领域的融合，并且大胆畅想了“后5G时代”。此外，本书还通过通俗易懂的语言和生动有趣的事例展示了5G背后所不为人知的变革世界的惊人力量。书中既有科学的严谨性，又不乏趣味性，将5G技术之美展现得淋漓尽致，有助于读者开阔视野，激发读者进一步探索科学的兴趣。
目前，4G还未离我们远去，5G又要“飞入寻常百姓家”，它将深刻改变你我的世界。希望本书能作为一扇窗，为读者打开一个全新的世界。
科技的发展日新月异，5G承载着全球人的希望，缓缓而来，一场5G革命进入大众视野，给人们的生活带来不一样的体验和惊喜，同时也给整个社会带来了很大的改变。我们在为5G的诞生和应用欢呼雀跃之余，应当充分认识和了解5G，揭开5G的神秘面纱。
在2019年世界移动通信大会上，全球各大科技企业纷纷展示自己的顶尖科技和产品，5G以特有的魅力成为这次大会上“最靓的仔”，多款5G终端产品纷纷亮相。
即便5G产品已经进入大众视野，但很多人对5G还不甚了解。5G究竟与以往的1G、2G、3G和4G有哪些“血缘”关系？这是我们需要深入了解的。5G与1G、2G、3G和4G的区别，如图1-1所示。
将时间拉回人类通信的早期：近距离通信“基本靠吼”，远距离通信通常靠信件（如飞鸽传书、驿站送信）、烽火等。这两种信息传递方式存在极大的缺陷：一是信息内容容易被泄露或丢失；二是效率低下，不能做到实时通信；三是容易受到地理环境、天气的影响和限制。
1844年，美国的塞缪尔·莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse），经过多年来的苦心研究，发明了“莫尔斯”码，从此人类的通信时代进入了一个全新阶段。当第一条电报通过电报机传递出去的时候，意味着人类使用电传递信息取得了巨大的、里程碑式的成功。人类传递信息的速度、效率和安全性得到了极大的提升和保障，也由此拉开了现代通信的序幕。
1864年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）通过一系列的研究，建立了一个重要的理论，从而预言电磁波的存在。1888年，德国物理学家H.R.赫兹通过实验证实了电磁波的存在。1896年，意大利人马可尼第一次用电磁波进行了长距离通信实验，从此人类的信息传递进入了一个无线电通信的新时代。
此后，移动通信技术便在迅速发展的过程中，先后经历了不同的发展阶段，1G、2G、3G、4G，直到如今5G的诞生。
1986年第一代移动通信技术，即1G的出现，标志着现代移动通信的开始，人类从此进入模拟语音通信时代。
第一代移动通信技术即1G，是1986年在美国芝加哥诞生的，它采用模拟信号传输。即将电磁波进行频率调制后，将语音信号转换到载波调制的[1]电磁波上，载有信息的电磁波发射到空间后，由接收设备接收，并从电磁波上还原语音信息，这样就完成了一次通话。
由于当时各国的通信标准不一致，第一代移动通信并没有实现“全球漫游”，这在一定程度上阻碍了1G的发展。1G作为移动通信的“鼻祖”，是模拟技术，所以其容量有限，网络传输速率也只有2.4kbit/s（千比特/秒），这样的网络传输速率一般只能实现语音信号的传输，不能上网。同时，1G还存在语音品质低、信号不稳定、覆盖范围不够全面、安全性差和易受干扰、串号、盗号等问题。
1G时代的主要通信系统为AMPS，此外还有NMT和TACS，当时加拿大，以及南美洲、澳洲和亚太地区已经广泛采用，而我国在当时移动通信产业领域的发展较为缓慢。直到1987年，我国首个TACS制式的模拟蜂窝移动电话系统在广东省建成，标志着我国正式进入1G时代。
AMPS是由美国当时最大的电信运营商AT&T开发的、最早的蜂窝电话系统标准。
到了1973年，手机才正式定型，当时一个基站只能同时容纳4个人打电话，而且只有将手机和基站连接后才能通话，当基站显示红灯时，就意味着这个基站被别人占了；当基站显示绿灯时，才可以给别人打电话。
所以，为了增大基站容量，AT&T公司推出了AMPS系统。
什么是蜂窝技术呢？蜂窝技术是一种无线通信技术，采用基站提供无线覆盖服务。一个基站能够覆盖的范围不同，为了在服务区实现无缝覆盖并提高系统的容量，将一个大的区域划分为多个小的六边形的蜂窝区域，而这些小区域就被称作“蜂窝”，蜂窝技术因此而得名。为了减少对频率资源的需求和提高频谱利用率，需要将相同的频率在相隔一定距离的小区域中重复使用，从而使使用相同频率的小区域之间的干扰降到最低。
AMPS系统使电话真正进入了商用阶段。从时间上看，美国最先研究蜂窝式移动通信系统，但在商用方面却落后于其他国家。世界上第一个商用移动通信网络于1979年在日本建成。两年之后，巴林和北欧也开始建立蜂窝式移动通信网络。直至1983年，美国研究的蜂窝式移动系统才正式投入商用。蜂窝网络如图1-2所示。
北欧移动电话（NMT）系统被瑞典、挪威和丹麦的电讯管理部门在20世纪80年代初确立为普通模拟移动电话北欧标准。NMT系统也被俄罗斯的部分地区，以及中东和亚洲的一些国家或地区使用。
TACS系统即全接入通信系统。该系统实际上是在AMPS系统的基础上的改进，它是一种模拟移动通信系统，提供了全双工、自动拨号等功能，与AMPS系统类似，将地域覆盖范围划分为小单元，每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率，实现了真正意义上的蜂窝移动通信。
移动通信技术最初的应用领域主要是航天与国防工业，摩托罗拉作为移动通信的开创者，最早也是在这一领域进行产品研发和创新的。
美国的摩托罗拉公司成立于1928年，后与美国陆军签订了合约，以协助其研发无线通信工具。1941年，摩托罗拉的第一款产品SCR-300问世。SCR-300就是我们常在电影中看到的美国大兵作战时背的通信装置。该设备重达16kg，看上去十分笨重，却能够实现12.9km范围内的通话，为作战时取得内部联系提供了很大的便利。
随后，摩托罗拉公司推出了风靡全球的“大哥大”。在早年的中国电影中，经常能看到“大哥大”的身影。我国在1G网络刚刚建成时，人们手中使用的移动通信设备都是从国外进口的，而且价格不菲。一部“大哥大”的售价高达2万元，在当时普通老百姓月薪不到百元的情况下，对于这种象征着地位和金钱的奢侈品，人们只能望尘莫及。所以，当时使用“大哥大”的人基本上都是商务人士。
“大哥大”作为第一代移动手提式电话，由于其电池寿命短、语音质量差，所以在1G时代，人们进行语音通话时很容易掉线。
在1G时代，我国的移动电话公众网主要是由美国摩托罗拉移动通信系统和瑞典爱立信移动通信系统构成。摩托罗拉的设备使用A频段，称之为A系统；爱立信的设备使用的是B频段，称之为B系统。这两个系统就是当时人们常说的A网和B网。
摩托罗拉作为模拟通信技术的先驱，在移动通信以及后来的计算机处理器领域中都是市场先锋，更是在1989年被评为世界上最具有前瞻性的公司之一。可惜的是，一代巨头最终还是因为没有跟上市场转型的发展趋势而陨落。
到了1995年，随着通信技术的不断成熟，1G退场，开始进入2G的辉煌时代，这也意味着人类开始进入语音通信数字化时代。
与1G时代相比，2G移动通信技术更进一步。它将语音信息变成数字编码，通过数字编码传输语音信息，然后接收端的调制解调器进行解码，把编码还原成语音，从而实现语音通话。1G向2G的升级，实现了从模拟调制阶段到数字调制阶段的跨越。
2G虽然语音的品质较差，但与1G相比，增加了数据传输服务，而且数据传输速率达到了9.6～14.4kbit/s，最早的文字短信、来电显示、呼叫追踪也从此开始了。除此以外，2G具有更高的保密性，系统的容量也得到了扩大。从这个时代开始，人们的移动通信工具——手机，真正进入了可以上网的时代。
1994年，中国联通正式建成，也是我国第二家移动通信公司。2002年，中国联通正式开始了CDMA的运营，也是我国最早使用CDMA技术的公司。
2G时代的主要移动通信系统是GSM，是1990年从欧洲发展起来的，另外还有CDMA、TDMA等。
GSM系统即全球移动通信系统，俗称“全球通”，是第二代移动通信技术，是一种源于欧洲的移动通信技术标准。
与1G时代的系统大不相同的是，GSM系统的信令和语音信道都是以数字的形式存在的，因此被看作2G时代的移动电话系统。它的出现实现了全球各地可以共同使用一个移动电话系统的愿望，用户使用一部手机就能行遍全球，再也不用担心通信的问题。
GSM系统能够实现“全球通”，因为它有一个关键的特征就是用户身份模块（SIM），也叫作SIM卡。SIM卡是一个可以保存用户数据和通信录的可拆卸智能IC卡。用户即便更换手机，在这张SIM卡上保存的信息也不会丢失。这也就是我们可以换很多自己喜欢的手机，却不用换手机卡的原因。
码分多址（CDMA）系统，应该是我们比较熟悉的系统，是中国电信的2G网络模式。
CDMA技术是将想要传送的具有一定信号的宽带信息数据，用一个带宽远远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的宽带被扩展，之后再经过载波调制发送出去。
CDMA系统在1995年由美国国家标准委员会ANSI发布，该系统早期主要用于军用抗干扰通信技术，后来由美国高通公司进行创新，将CDMA推广成为商用蜂窝移动通信技术。CDMA系统在20世纪90年代末进入了黄金发展阶段，尤其是在1997年之后，CDMA的发展达到了高峰期。
作为CDMA的领导者，美国高通公司在芯片研发方面取得了飞速发展。
TDMA系统即时分多址系统，在一个宽带的无线载波上，将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，在满足时间同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到移动终端的信号而不受干扰，无论帧还是时隙都是互不重叠的。每个时隙就是一个通信通道，用户根据业务类型可占据一个或多个信道。
2G时代是诺基亚崛起的时代，诺基亚的出现，给我们的通信联络带来了很多便利。
第一款GSM手机就是诺基亚7110，它的出现标志着手机真正进入上网时代，但当时的网络传输速率仅有9.6kbit/s。
进入2G时代，也意味着移动通信标准争夺的开始。1989年，欧洲就将GSM作为通信系统的统一标准并正式进入商业化阶段，同时在欧洲起家的诺基亚和爱立信开始攻占美国和日本市场。虽然摩托罗拉也在之后推出了Star-TAC经典产品，但依然无法挽回其没落的命运。就这样，在1997年，1G时代的巨头没有了往日的辉煌，被芬兰一家以伐木造纸起家的名为诺基亚的公司击溃，摩托罗拉就此走下“神坛”。而市场争夺战仅仅用了10年的工夫，诺基亚便一跃成为全球移动手机行业的霸主，直到iPhone诞生。
2G虽然比1G在技术上有了很大的提升，实现了短信、来电显示、呼叫追踪和手机上网，而且在效率上有了较大的提升，但随着人们对图片和视频的传输需求增加，2G时代的网络显然不能满足新需求。2G时代必然需要向更高阶段发展。
于是，继2G时代之后，移动通信技术再次进行创新和迭代，在2000年3G应运而生，以CDMA为主要技术基础，实现了通话和移动互联网的接入，意味着移动多媒体通信时代的到来。
3G时代与2G时代相同，依旧采取数字传输技术，不同的是，3G通过开辟新的电磁波频谱、制定新的通信标准，使3G的传输速率有了更大的提高，达到了384kbit/s，在室内稳定的环境下，传输速率甚至可以达到2Mbit/s。另外，由于3G采用的频带更宽、系统容量更大、传输的稳定性更高，在传输过程中对大数据的传输更为普遍，能够实现全球范围的无缝漫游，为用户提供包括语音、数据和多媒体等多种形式的通信服务。由此，3G时代被认为开启了移动通信新纪元。
2009年1月7日，我国颁发了3张3G牌照，分别是中国移动的TD-SCDMA、中国联通的WCDMA和中国电信的CDMA2000，由此我国正式进入3G时代。
3G时代，存在的4种标准为：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和WiMAX。
WCDMA系统即宽带码分多址，是一种3G蜂窝网络，是利用码分多址方法对3G的信息进行扩频，该技术被认为是3G时代的主要技术。它是一种由欧洲各大厂商联合日本等采用GSM标准的国家所成立的3GPP（第三代合作伙伴计划，3rd Generation Partnership Project）开发并制定的第三代通信标准。1996年，日本一家名为NTT DoCoMo的公司推出了WCDMA的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持，从此WCDMA被推向商用阶段。
WCDMA系统能够支持移动/手持设备之间的语音、图像、数据以及视频通信。输入信号之后会被数字化，然后在一个比较宽的频谱范围内采用扩频模式进行传输。
2008年，国内通信行业重组，中国联通分拆双网，其中CDMA网络并入中国电信，保留GSM网络与中国网通组成新的联通集团。新联通正式成立之后，主要经营GSM网络和WCDMA网络业务。
CDMA2000是CDMA技术发展过程中的一个升级阶段。换句话说，CDMA2000是CDMA的升级版，CDMA是2G网，CDMA2000是3G网络。CDMA在我国最早是由中国联通引入国内的，但后来国内通信行业重组，中国电信将中国联通分拆双网后的CDMA网络并入自己麾下，之后便在CDMA的基础上进行迭代，获得了CDMA2000牌照。
中国电信成立于2000年9月，虽然它是最后一个进入移动市场的运营商，但在移动通信市场有惊人的表现。2009年，中国电信获得了CDMA2000牌照，随后便迅速建立起了一个覆盖全网的CDMA2000网络，并且凭此网络，用户数量超过中国联通的1.49亿用户。
TD-SCDMA系统即时分-同步码分多址，该技术将智能天线、同步CDMA和软件无线电等技术融合在一起。此外，该技术还采用了时分双工[2]，使上行和下行信道的特性基本一致，这样基站根据接收的上行信号来估计下行信道特性时就会很容易。TD-SCDMA在频谱利用率、灵活性、减少用户间干扰方面体现出很好的优势，同时还具有成本优势。
TD-SCDMA是我国原邮电部电信科学技术研究院（后更名为“大唐电信科技产业集团”）于1998年提出来的。经过两年来多次向国际电信联盟提交之后，终于不负众望，我国的TD-SCDMA、美国的CDMA2000、欧洲的WCDMA成为全球3G时代三大主要技术。此后，在2008年，中国移动率先在北京、上海、天津、沈阳、广州等地建立了TD-SCDMA实验网，并且3个月后在全国10个城市启动了TD-SCDMA业务测试和商用测试项目。
2009年，中国移动获得了TD-SCDMA牌照。然而，2013年，中国移动在迎来4G时代时，明确将4G的语音服务回落到2G网而不是3G网，因此TD-SCDMA也就此被宣布放弃了，TD-SCDMA网络也走向了衰亡。
3G真正大火的开始其实是移动通信设备的革新，即智能手机的出现。
提到智能手机，人们在第一时间想到的就是史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）。苹果公司2007年推出第一款iPhone，意味着真正的智能手机时代的开始。但最早有智能手机这个想法的人并不是乔布斯。乔布斯的这个创意实际上借鉴了曾经的诺基亚Symbian和微软Windows Phone。
1998年，英国公司Psion和诺基亚、爱立信、摩托罗拉共同成立了Symbian公司，并用手机专用的操作系统来抵御来势汹汹的微软作为重要的研发方向。可惜的是，Symbian公司的发展依然以传统的手机功能为主，当时2G时代的佼佼者诺基亚用一种“最重要的是如何卖出手机，应用程序只是让手机卖得更好”的心态进行发展，却没有分出一些精力放在智能手机的研发上。
正所谓“鹬蚌相争，渔翁得利”。正当Symbian和Windows Phone大战之际，苹果公司却在默默地不断增强自身的实力。2005年，苹果公司收购了一家名叫Finger Works的公司，并且从中掌握了手势识别、多点触控等技术。这些技术为苹果公司后来的发展奠定了一定的基础。
2007年，iPhone1的出现使智能手机的功能、技术、外观等都有了创新。随后Symbian历经7年研发，在App生态系统上取得的成绩，被苹果公司在发布了iOS第一版的一年多后超越。这样，苹果公司成功借鉴各大厂家的经验，再加上自己的想法，一战成名。
智能手机时代，2005—2007年进入初步发展阶段，2008—2012年进入爆发性成长阶段，而iPhone成为重要的转折点。智能手机的出现，带动了3G用户数量的暴增。
除此以外，在3G技术的推动下，实现了高频宽和稳定传输，由此人们之间进行影像通话以及大量数据的传输成为现实。这时候，苹果、联想、华硕等一大批优秀生产商为了占领更多的市场份额，快速推出了支持3G网络的平板电脑。
4G通信技术的出现给人们的生活、工作、学习带来了不少便利。4G时代的出现，使移动互联网的网速达到了一个全新的高度，这也意味着局域高速上网时代的开始。
4G比3G更胜一筹，使通信产业的发展更进一步。4G几乎能够满足所有用户对无线服务的需求。此外，4G还可以弥补有线电视调制解调器没有覆盖地市的短板，然后再扩展到整个地区。在这方面，4G有着明显的优势。
对用户来讲，在移动通信发展的不同时代，最大的区别就是4G时代信息传输速度更快。在3G的基础上，4G传输速率有了非常大的提升，理论上网速是3G的50倍，最大传输速率为100Mbit/s（兆比特/秒）。这样，用户可以借助4G实现高清电影的观看，以及大量数据的快速传播。
2013年，工业和信息化部在其官网上宣布向中国移动、中国联通、中国电信颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（TD-LTE）”经营许可，也就是4G牌照。至此，中国的移动互联网网速达到了一个全新的高度。
4G时代的主要系统是LTE。LTE基于OFDM技术，是通用移动通信技术的长期演进，也就是3G技术的升级版本。
OFDM是20世纪60年代，由贝尔实验室发明的正交频分复用技术。但由于OFDM技术没有过硬且成熟的条件，使3G时代CDMA独占鳌头。随着智能手机在3G时代的快速发展，WCDMA经历了多次演进之后，先后出现了3.5G HSDPA、3.75G HSUPA等，但即便如此，CDMA也并没有从3G时代一直称霸到4G时代。因为随着时代的推进，市场中杀出一个“乱入者”——英特尔公司（Intel）。
说到Intel，还得从1980年前说起。在1980年之前，美国所有的无线设备都需要经过频谱授权。后来，美国联邦通信委员会将这个标准放宽，仅限于发射功率较大、容易产生信号干扰的无线电设备需要经过频谱授权，其他低发射功率的设备可以使用未授权频谱。
这些没有经过授权的频谱并没有引起人们的重视，直到电气和电子工程师协会（IEEE）开始在短距离无线传播方面进行研究，才引起了人们的注意。我们现在使用的Wi-Fi就是IEEE研发出来的。1999年，IEEE推出了两种Wi-Fi标准，分别是802.11b、802.11a，使用的频段为2.4GHz、5GHz。推出两种Wi-Fi标准的目的就是让各个厂商能够根据一个标准生产兼容设备，从而让通信设备之间能够实现互联互通。
2003年，IEEE引入了OFDM技术，对802.11b进行了改进，推出802.11g，其传输速率从原来的11Mbit/s提高到54Mbit/s。当前，我们使用的Wi-Fi主要是802.11n，无论是802.11b、802.11a还是802.11g，都是兼容的，而且基础技术都是MIMO（多进多出），传输速率可以达到600Mbit/s。
2005年，英特尔与诺基亚、摩托罗拉共同宣布发展802.16标准，而这一标准被称为WiMAX。在英特尔的带领下，WiMAX把放弃多年的OFDM与FDMA相结合，形成OFDMA，并把它作为核心技术，也正是如此，使OFDM成为一项受人重视的技术。
随后，在2009年，3GPP提出长期演进技术，之后又在2011年提出升级版本——LTE-Advanced，计划使用OFDM，取代WCDMA。各大运营商纷纷采用OFDM，从而宣告第四代通信标准（4G）的到来。
2010年，由于英特尔的WiMAX兼容性较差，在大量用户共同使用的情况下经常出现拥塞情况，不能给用户带来良好的使用体验，因此最终WiMAX被放弃，而是加入LTE行列。
LTE包括TDD-LTE、FDD-LTE两种类型，用于成对频谱和非成对频谱。
TDD-LTE（在中国也叫作TD-LTE）即时分双工LTE，换句话说就是上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行。TDD-LTE是由3GPP组织下的全球各大企业及运营商共同制定。
FDD-LTE即频分双工LTE，换言之就是上下行采用不同频段同时进行。FDD-LTE是目前世界上最成熟的4G标准。
4G时代将用户上网体验带入佳境。基于4G的超强网络传输速率，一切基于4G的短视频平台、直播平台如雨后春笋般纷纷跃出，都希望能借助4G的力量顺势而上，成为市场中最大的“蛋糕”分食者。正是短视频、直播的出现，为人们的交流、购物、娱乐带来了全新模式，更成为从业者的一个收入来源。
另外，移动手机用户逐渐向智能手机转变，甚至成为标配。在智能手机上，用户可以足不出户，借助微信、微博、直播、短视频、电商平台就能进行衣、食、住、行、购等任何一方面的活动，使一个全新的零售时代闯入我们的生活中，也让人们的生活、学习、社交变得更加轻松和便捷。4G的出现，再加上各种基于4G网络的创新App的诞生，将人与人之间的距离拉得更近。
4G技术的出现已经使移动通信宽带和能力有了一个质的飞跃。每个时代的出现，都会基于一定的技术基础，同时还会衍生很多创新业务和产品，以及应用场景。5G比之前的1G、2G、3G、4G有更特殊的优势。它不仅仅具有更高的传输速率、更大的带宽、更强的通话能力，还能融合多个业务、多种技术，为用户带来更智能化的生活，从而打造以用户为核心的信息生态系统。因此，可以说，5G时代是一个能够实现随时、随地、万物互联的时代。
从目前的发展来看，5G与前面其他4个移动通信时代相比，并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种无线接入技术和现有无线接入技术集成后的解决方案的总称。5G的发展已经能够更好地扩展到物联网领域。
正如下一代移动通信网络（NGMN）联盟给出的定义：5G是一个端到端的生态系统，它将打造一个全移动和全连接的社会。5G连接的是生态、客户、商业模式，能够为用户带来前所未有的客户体验，可以实现生态的可持续发展。
然而，能够实现万物互联互通，能够更好地融入物联网领域，关键还在于5G快速的网速，其峰值理论传输速率可达100Gbit/s，对5G的基站峰值要求不低于20Gbit/s。一部超高清画质的电影，用5G下载1s就可以完成。与4G相比，5G还呈现出低时延高可靠、低功耗的特点。
5G网络未来支持的设备远远不止4G时代的智能手机。届时，智能手表、健身腕带、智能家庭设备等，都将成为新时代更具创新力的产品。
我国在5G方面的发展处于领先地位。华为公司早在10年前就已经开始研究5G技术，建立的5G基站数量有20000多个。
2020年，我国5G会全面进入普及和商业化阶段。广州、武汉、杭州、上海、苏州成为中国移动首批5G试点城市。中国联通计划率先在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安7个城市进行5G试验。中国电信在成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰州6个城市开通5G试点。
5G时代，人与人之间的沟通更加亲密和高效，同时物质、医疗、文化、艺术、科技等各领域的信息传递也在瞬间完成。5G将为人类带来更智慧和美好的生活，信息随心而至，万物触手可及将不再是神话。
5G作为当前移动通信技术发展的高峰，也是人们希望的，它不仅可以改变生活，也是能改变社会的重要力量。5G的出现，把我们从移动互联网时代，带入了智能互联网时代。
然而，人们对5G，既熟悉又陌生。熟悉的是我们经常能在电视媒体、网络媒体上看到5G的相关新闻，陌生的是尽管我们对5G早有耳闻，但对5G了解甚少。从零开始认识5G，有助于我们更好地了解它。
每个技术都有其与众不同的特点，5G技术具有以下几个特点。
3G时代，我们下载一张2MB的图片，需要很长时间；4G时代，同样一张图片，不但能实现“秒下”，还出现了一个很大的改变。例如，使用4G打开微信中的一个视频，一打开，它就会自动播放。3G时代是不会自动播放的，因为网络传输速度慢。
VR（虚拟现实技术）的出现带来了火爆的市场，但是由于用户在体验时，往往感觉速度很慢、效果差，看一会儿就会头晕目眩，因此VR的商用并没有产生很好的市场效应。VR需要至少157Mbit/s的传输速率，而4G难以达到。
5G解决的首要问题就是网络传输速率问题。网络传输速率提高，基站峰值要求不低于20Gbit/s，这个速率才能在使用VR的时候不受限制，才能给用户体验与感受带来较好的提升，VR才能够得到广泛推广和使用。
泛在网是指在社会生活中的每个角落都有网络存在。
例如，以往高山或峡谷网络覆盖不全面。如果5G网络能够实现全面覆盖，那么就可以大量部署传感器，对整个高山或峡谷的环境、地貌变化、地震等方面进行监测，为我们带来十分有价值的数据，有助于我们进行环境改善、地貌研究、地震预警等。
再如，地下车库往往网络信号较差，这虽然对普通汽车影响较小，但对智能无人驾驶汽车来说，将会带来很大的麻烦。因为智能无人驾驶汽车在工作一天之后，晚上需要回去充电，它需要自己停到地下车库的车位上，自己插上充电头。如果没有网络，智能无人驾驶汽车就犹如“瘫痪”一般，找不到车位，也充不了电。因此，像地下停车场这样的地方，就非常需要网络覆盖。
可见，网络广泛覆盖非常有必要。只有这样才能更好地支持更加丰富的业务，智能化才能在更多复杂的场景中实现。泛在网包含两方面的含义，一是广泛覆盖，二是纵深覆盖。高山或峡谷网络的覆盖属于广泛覆盖，地下车库的网络覆盖属于纵深覆盖。
很多时候，泛在网比速度快更重要，因为网络覆盖面积小、速度却很快，并不能给更多的用户带来更好的服务体验，所以泛在网是5G给广大用户带来更好的体验的基础。
能耗是很多用户关注的话题，低功耗产品能减少用户的充电次数，让用户可以放心使用，不用总为充电而烦恼。
以当前我们使用的智能手机为例。大多数智能手机是每天充电一次，甚至多次，尤其在户外的时候会给用户带来不便。如果能将功耗降下来，让大部分物联网产品实现一周充一次电，甚至一个月充一次电，这样就极大地改善了用户的体验，很好地促进了物联网产品的快速普及。
5G网络中有两个重要技术：eMTC和NB-IoT，这两个技术都能很好地降低功耗，也因此使5G具有低功耗的特点。
eMTC是基于LTE协议演进而来的，能使物与物之间更好地进行通信，为了最大限度地降低成本，对LTE协议进行了裁剪和优化。eMTC基于蜂窝网络进行部署，其用户设备通过支持1.4MHz的射频[3]和基带[4]带宽，可以直接接入现有的LTE网络。eMTC支持上下行最大1Mbit/s的峰值速率，可以支持丰富、创新的物联应用。
NB-IoT可以直接部署于GSM网络和UMTS网络，以降低部署成本。它是一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。
相关试验研究发现：人与人之间的信息交流，时延在140ms的范围内是可以接受的。如果把这个时延换成无人驾驶汽车或工业自动化，是绝对不可以的，因为这么长的时延，往往会给无人驾驶汽车内的用户或整个工业生产车间带来人身安全和财产损失。
无人驾驶汽车在行驶时，需要将中央控制中心和汽车进行互联，车与车之间也要进行互联。当无人驾驶汽车在高速行驶时，一个制动需要瞬间将信息传送到汽车，然后快速做出反应。往往100ms的时间，车就能开出几米。所以，在最短的时间内进行汽车制动和车控反应，是对无人驾驶汽车提出的关键要求。
在工业自动化车间中，一个机械臂的操作，如果想要做到精致化，保证工作的高效和精准性，同样需要极小的时延，在最短的时间内快速做出反应，否则很难达到生产产品的精致化。
无论是无人驾驶汽车还是工业自动化，都是在高速运行中工作的。在高速运行的过程中保证信息传递的即时性和做出反应的即时性，对时延提出了极高的要求。
5G对时延的要求控制在1～10ms，甚至更低，这种要求是十分严苛的，但也是有必要的。而3G网络的时延约为100ms，4G网络的时延为20～80ms。
任何一项新技术的研发和创新，都是以能够给广大民众的生活带来更多便利、更好体验而进行的。以现代工业发展为例，从机械化到电气化、从电子信息到智能制造，每次变革和创新，其背后的基础逻辑都是为了提高效率，给人们带来更好的生活方式、更好的用户体验。
5G作为4G的后继者，在沿袭4G众多技术的基础上进行了进一步的改进和完善，同样肩负着重要的使命——为用户带来极致的体验。
如果说2018年是移动通信市场眼中的5G元年，那么2019年就是5G进入全面商用的元年，这也意味着2019年是正式开启5G商用、正式开始为民众服务的元年。5G具有高速率、泛在网、低功耗、低时延的特点，将给人们带来更加舒适、更加极致的体验。可以说，5G是移动通信为用户带来极致体验的拐点。
在5G时代，不仅仅是智能手机更加智能化，而且高速率的5G网将承载eMBB（增强移动宽带）的应用场景，成为用户极致体验的转折点。
试验证明：当网络容量是应用流量的4~5倍时，网络的拥堵和时延接近于零。5G的传输速率达到Gbit/s的水平，已经超越互联网接入以及视频通信应用流量的基本需要，这使终端用户的体验发生了本质变化，真正进入“无限网络容量”的体验时代，给用户带来一种“网络有无限容量”的感觉。
当前，全球70%的运营商已经开放流量不限的MBB业务（移动宽带业务），并且其中40%的运营商已经由此带来经济效益的提升。流量不限的MBB模式已经成为运营商经济增长的重要驱动力。
5G-eMBB作为新生业务，在接入速率上有了极大的提升，将使AR技术得到更广泛的应用，许多行业的现场维护与现场服务因此而受益。
例如：以往，那些富有经验的工程师是稀缺的，然而即便有经验丰富的工程师，一年里也只能去数个偏远的站点为用户提供现场服务。5G-eMBB的出现，使这种情况大不相同。工程师借助5G-eMBB和AR技术，通过手中的平板电脑就能获取相关的设备信息，而且遇到问题时能基于此做出正确的决策，而不是只凭借自己多年来积累的经验，更不是靠拍脑袋的直觉。经验丰富的工程师可以通过5G网络和AR技术，在短时间内完成更多的任务，这就为许多产业的现场服务提升了工作效率。
多年来的网络用户体验研究结果表明：由于网络时延远远低于人类近100ms的视觉感知时延，网络两端的用户往往在通信的时候感觉不到时延。尤其是5G时代，网络具有低时延的特点，这样就实现了用户与用户之间的零距离无缝连接，给用户带来了与众不同的极致体验。
我们看新闻的时候，经常会发现新闻台的主持人在与室外主持人连线的时候，往往说了一句话后，过了一会儿才能收到室外主持人的回应，中间会有空白期，看上去略显尴尬。这是因为室外的主持人没有固定的路由器网络环境，导致信号差且不稳定，更重要的是会有时延现象。当然，网络时延与两地之间相隔的距离有关，距离越远，时延情况就越明显。如果与国外记者连线，就不仅要考虑时差问题，而且还要考虑严重的时延情况。5G全面普及之后，这种新闻直播连线时延的现象就会得到极大的改善，两地主持人再也不用在互相等待中尴尬。
总之，对于5G的发展，提升用户体验成为其发展的原动力。涉及用户体验的指标，除了容量之外，还包括用户平均体验速率、大幅降低时延等。
在3G时代，我们真正实现了拥抱互联网，4G的出现则迎来了一个更加美好的时代。4G网络传输速率达到了Mbit/s级别，高性能、低功耗的手机芯片弥补了用户体验较差的短板。随着短视频、直播的出现，随时随地进行直播、在地铁上刷抖音，成为现代人移动互联生活的写照。
人类移动互联史中4G的辉煌即将翻过，5G网络将开启新篇章。
我国移动互联网用户主要以手机用户为主。工业和信息化部统计：截至2019年2月底，中国移动、中国联通、中国电信三家基础电信企业的移动电话用户总数达到了15.8亿。进入5G时代，网络连接的终端不再以手机为主，将会扩展到日常生活用品的方方面面。
在基于5G的世界里，每件与人们息息相关的物品都会被植入传感器，利用5G可以实现数据交互。届时，机器、手机、手表、眼镜、鞋子、交通工具、家具、家电等都可能接入网络，成为智能产品。同时，一切物体都实现了可控制、可交流、可定位，彼此协同工作。世界上几乎所有的物品都能通过5G连接起来，不再受时间和空间的限制。并且随着5G的进一步发展，未来5G还有可能解锁更多的新功能。
在5G时代，首要的任务就是在频谱资源有限的情况下，仍然能够达到很高的传输速率，以满足未来用户的需求。5G提供全新的技术为人与人之间建立联系，当然还包括人与汽车、房屋、家电、办公设备之间的联系。而且不论身处何地，这些服务都能马上实现。可以说，5G所实现的功能是更一致的以及更具备可用性的网络，它不仅支持庞大的数据流量，还能以远低于今天的成本来提供联网服务。
在5G时代，城市生活、家居以及办公环境中都融入了智能化、自动化，而且各种服务用户都可以根据自己的喜好进行定制，同时在出行方面的协同程度更高。
可以想象，清晨，智能管家根据你的生物特征在恰当的时间、用你喜欢的音乐唤醒你。你还在睡眼蒙眬的时候，窗帘已经自动拉开。你还在洗漱的时候，你的早餐，包括牛奶、面包都已经提前准备好了。然后无人驾驶汽车送你去公司，路上的时间，你可以打开VR进行远程会议，而且不需要专注于马路上的交通信号等，只需要根据车流量进行在线调整……
如果说3G、4G实现了人与人的连接，那么5G的出现为万物互联打下了良好的基础。这种全新的网络模式将万事万物以最佳的方式连接起来，并在此基础上创造出更多全新的商业模式。
在5G时代，人与人、人与物、物与物之间的连接成为可能，万物互联让人们的生活更便捷和美好。与此同时，5G网络将面临更多复杂的商用场景，因为各个场景中对网络的需求千差万别。因此，5G的出现也给整体网络的运营和维护带来了前所未有的挑战。
传统网络的运营和维护都是通过人工实现的，在很大程度上依赖技术人员的运营和维护经验，这更要消耗大量的时间和人力成本。
在5G时代，网络的运营和维护趋向于自动化。预计到2024年，联网设备的数量将超过220亿台，届时人们已经无法用人工方式管理数量如此庞大的连接设备。因此，网络自动化是必由之路。在自动化网络运维下，不但可以提升业务配置速度，还可以减少人力资源和成本，促进高效运营。
2019年2月20日，华为在伦敦举办的MWC大会（世界移动通信大会）预沟通会上发布了“自动驾驶无线网络”系列解决方案。该解决方案由“MAE（移动网络大脑）”和具有强大计算能力的BTS5900基站组成。
其中MAE是无线网络自动化管控引擎，也是华为对无线网络管控研究的智慧结晶。在MAE上，华为做出了两大改变：一是将传统的以网元为中心的运维转变为以场景为中心的运维，让运维跟着应用需求走；二是从单纯的网络管理转变为管控融合，可以基于云化数据平台进行自动学习、推理和分析。根据现实中各种应用场景，MAE可以有针对性地匹配运营商的部署、维护优化、业务发放等工作流程，实现了各流程端到端的闭环自动化处理。
BTS5900基站不但具有普通基站的功能，而且可以提供额外的算力、更精细化的无线资源管理能力，这也是华为实现场景自动化管控的基础。在5G时代，网络带宽虽然有了大幅度提升，但从应用前景和业务承载方面来看，基站依然需要对无线资源进行更加精细化的管理，从而获得更高的资源利用率。由于无线资源状态时刻都在发生变化，所以基站必须有能力在极短的时间里完成精细化管理，这就需要有超强的本地算力作为支撑，在基站内形成自主闭环管理。
实践证明，华为的“自动驾驶无线网络”可以将运维效率提升10倍，用户的体验速率提升30%，同时能耗减少了30%。
华为作为我国5G商用的“领军者”，在5G商用的过程中，能实现网络自动化，由此而产生的商用价值也是非常惊人的。
关于安全问题，一直以来都是移动通信领域的一个难题。1G、2G、3G、4G都或多或少地存在安全隐患。5G在这个方面做了更多的改进和完善，在网络安全上有了较大的进步。
传统互联网的主要精力放在了提升信息传输速率、解决无障碍传输的问题上，因此将自由、开放、共享作为互联网发展的基本精神。在5G时代，智能互联网是发展的核心，在功能上除了具备传统互联网的基本功能之外，还要建立一个全新的社会和生活体系。因此，在智能互联网的精神上，安全、管理、高效、便捷成为重要的支撑点，而安全在这些支撑点中居于首位。可以说5G重构了互联网安全体系。
5G网络安全性的提升主要体现在以下几个方面。
在5G时代，手机用户的唯一标识符是SUPI（3G、4G使用的唯一标识符是IMIS），通过公钥和私钥加密的方式加密为SUCI，只有运营商可以解密手机的用户信息。借助这种标识符，用户的非法追踪设备将失效。
5G之前的网络，采用的是完整性保护算法，所以会增加数据处理的压力，而且时延会加长，仅仅对控制面[5]数据进行完整性保护。在5G时代，对于用户面[6]数据，按需提供空中接口到核心网之间的用户面数据加密和完整性保护。
5G可以阻止那些恶意的运营商，通过SS7公共信道和Daimeter协议等通道，非法入侵其他运营商。因此，5G能够有效增强运营商之间连接的安全性。
恶意物联网可以对网络发起分布式拒绝服务攻击（DDoS），或者发起大量数据流量造成网络拥塞。为了防御这类攻击，5G设计了一些安全方案，可以选择性地拒绝恶意终端的接入。
从整体上看，5G在安全问题方面进行了重构。5G重构的安全体系，对提高未来网络和应用的安全具有十分重要的作用。
基于这一安全体系的重构，未来每个商品都能被植入传感器，无人值守和自动购买将逐渐普及。目前，无人超市正在全国部分城市开始试点。
另外，在5G时代，配合大数据、云计算、人工智能技术，移动支付领域的安全性也将大大提升。金融领域将会有更多的智能支付产品出现，全新的智能支付体系也将诞生。
相信随着5G发展和商用规模的逐渐扩大，将会有各种新的安全问题出现，相关部门应当制定并形成新的安全机制进行有效应对。
移动通信技术自诞生以来，先后经历了从1G到5G的迭代和变迁，在整个过程中，其系统性能呈指数级提升。5G为用户提供了前所未有的极致体验，实现了海量连接和网络自动化，重构了互联网络安全体系，同时也加速了各行各业的数字化转型升级。
当前，移动通信技术正逐渐向各行各业渗透，经济社会逐渐向数字化转型和升级的趋势明显。数字化的知识和信息已经成为关键生产要素，现代信息网络已经成为与能源网、公路网、铁路网相并列的关键且不可或缺的基础设施，移动通信技术则成为各领域发展的基础动力，在加速各产业发展、为各产业带来新的增长点方面发挥着关键性作用。
5G作为移动信息技术的一个发展阶段，与大数据、云计算、人工智能、虚拟增强现实等技术相融合，实现人与万物的连接，成为各行业数字化转型的关键基础设施。
首先，5G能够为用户提供超高清视频、下一代社交网络、浸入式游戏等，让用户拥有身临其境的体验。
其次，5G支持海量机器类通信，实现智慧城市、智能家居、智慧交通等场景与移动通信的深度融合。
最后，5G凭借其低时延高可靠的特点，引爆车联网、移动医疗、工业互联网等垂直行业的应用。
总之，5G商用的普及，将为“大众创业，万众创新”提供有力的支撑，推动了国家经济的快速发展，使新一代移动通信成为引领各行业数字化转型的重要技术。
5G作为新一代移动通信技术，无论在网络结构，还是网络能力方面，与之前的网络技术相比，都有了极大的改变，而且还整合了大量技术。因此，5G并不是一项技术，而是由众多技术形成的一个“综合体”。
物理学领域有这样一个公式：c=λν（光速=波长×频率）。虽然这个公式看似与移动通信没有多大的关系，但这个公式贯穿于移动通信1G、2G、3G、4G和5G的每个发展阶段。
通信技术，无论哪个发展阶段，归根结底就是两种情况：有线通信和无线通信。
我们在用移动设备打电话的时候，信息数据在空中传播（看不见、摸不着），这就是无线通信；信息数据在实物上传播（看得见、摸得着），这就是有线通信。
有线通信基本上是借助铜线、光纤等有线介质实现数据传输的。用有线介质传播数据，其速率能够达到很高的数值。有线通信与无线通信，如图1-3所示。
以光纤为例。在实验室中，一条光纤的最高传输速率能够达到26Tbit/s（1Tbit/s=1024Gbit/s）。这一传输速率是传统网线的26000倍。
然而，移动通信空中传播，在数据传输过程中遇到了瓶颈。因为4G的LTE技术理论传输速率只有150Mbit/s，这与光纤的传输速率相差太远。所以，无线通信和有线通信是无法相提并论的。5G要想实现端到端的高速率，重点是要突破无线传播的瓶颈。
无线通信是借助电磁波完成信息传输的。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，所具有的属性不同，从而就能产生不同的用途。
不同波长的电波，其在通信方面的用途也有所不同，如表1-1所示。
续表
从表1-1中不难发现，移动通信主要采用的是中频至超高频电波。我们经常看到的“GSM900”“CDMA800”，意思就是工作频段在900MHz的GSM以及工作频段在800MHz的CDMA。
当前，全球4G的LTE技术标准属于特高频和超高频。
我国主要用的是超高频，如表1-2所示。
前文中讲到1G、2G、3G、4G、5G的频率越来越高。因为频率越高，使用的频率资源就越丰富；频率资源越丰富，能够实现的传输速率就越高。如果将频率资源比作公交车厢，频率越高，意味着公交车厢的容量越大，在相同的时间里所能够承载的信息量也就越大。
5G的频率分为两种，分别是FR1和FR2两个频段。
FR1的频率范围在450～6000MHz；FR2的频率范围在24250～25600MHz。显然，5G的FR1波段是在6GHz以下，FR2波段是在24GHz以上。6GHz以下与2G、3G、4G的差距并不算很大，而24GHz已经是特别高了。因此，高频段传输成为5G的一项关键技术。
早在2015年，美国联邦通信委员会就已经率先规划了28GHz、37GHz、39GHz、64～71GHz共4个频段为美国5G毫米波推荐频段。这与5G的24GHz相比更高了。所以5G网络的传播，是通过极高频段传输实现的。
回顾手机的发展史，我们会发现，最早的“大哥大”手机都有很长的天线，后来的摩托罗拉老款手机也有天线，只不过与“大哥大”相比，天线变短了一点儿。如今，智能手机是每个人的标配，然而，智能手机上的天线却“消失”了。其实，这并不是意味着智能手机因为有了“智能”就不需要天线，天线就“消失”了，而是天线越变越小。天线的长度与波长成正比，在波长的1/10～1/4。
公式为：天线长度=波长×1/10~波长×1/4。
随着时间的推移和技术的不断进步，手机的通信频率越来越高，波长越来越短，这样天线的长度也就越来越短。5G时代毫米波应用空间扩大，那么天线也可能会变为毫米级。这样，天线就完全可以内置在手机里，甚至可以同时内置很多根天线。因此，5G时代的另一个关键技术就是新型多天线传输（Massive MIMO）。
“MIMO”就是多进多出，换句话说，就是多根天线发送，多根天线接收。在4G时代就已经有了多天线技术，但天线数量并不算多，只能说是MIMO的初级版。进入5G时代，MIMO技术得到进一步发展，可以认为是MIMO的加强版，即Massive MIMO（Massive的意思是大规模、大量的）。
手机能够实现大规模多天线传输，那么对于基站而言就更不在话下了。与手机不同的是，在4G以及之前，基站的天线数量是很少的几根。在5G时代，基站天线则是以“阵”的形式出现，叫作“天线列阵”。需要注意的是，虽然多天线传输效率更高，但如果天线之间距离太近，就会相互干扰，影响信号的收发。天线之间最理想的距离是半个波长以上。
当前，借助移动通信在两个人面对面拨打对方手机或用手机传照片的时候，信号都是通过基站进行中转（包括控制信令和数据包），然后再进行传输的。
5G时代，信息数据的传输方式发生了巨大的变化，主要靠设备到设备（D2D）技术来实现。简单来说，就是在5G时代，同一个基站下的两个用户之间相互通信，他们的信息数据不再通过基站传输，而是直接以手机到手机的方式传输。
D2D技术的专业描述：它是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。目前，D2D技术已经被3GPP列入新一代移动通信系统发展的框架中，是5G网络的关键技术之一。
D2D不需要基站就能实现通信端对端的连接，是一种很好的网络连接方式。主要体现在以下方面。
首先，这种技术能实现短距离直接通信，信道质量高，数据传输速率高，时延较低，功耗较小。
其次，信息数据的端对端快速传输，使终端能够广泛分布，不需要“挤”在一个基站下，实现频谱资源的高效利用。
最后，这种传输方式能够有效节约大量的空中资源，同时也极大地减轻了基站的传输压力。
总之，D2D技术使人与人之间的通信变得更加直接、更加灵活。
5G时代，主要解决的是覆盖、容量、传输速率问题。未来，在5G网络不断发展的过程中，移动通信网络会向更加多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进，移动数据流量也将出现井喷式增长。
工业和信息化部、发展改革委等机构发布的《5G愿景与需求》白皮书中的数据显示：2010—2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010—2030年将增长近2万倍；中国的移动数据流量增速高于全球平均水平，2010—2020年，将增长300倍以上，2010—2030年将增长超过4万倍。中国移动终端（不含物联网设备）数量将超过20亿。
这些数据意味着全球以及我国的移动数据流量不断增长，网络密集度不断增加。无疑对全球以及我国的基站建设提出了巨大的挑战。
事实上，无论是全球还是我国，一直都在基站建设上做了很多工作。2G时代，全球基站数量只有几万个。3G时代，全球基站数量达到几十万个；4G时代，我国的基站数量居全球首位。然而，建设基站虽然能有效改善网络覆盖问题，但成本也较高，最佳的手段就是采用超密集组网技术来实现。
5G的超密集组网技术成为未来流量需求不断增加的关键之一。超密集组网能够有效改善网络覆盖，大幅提升系统容量，并且对业务进行分流，在网络部署时更具有高效性和灵活性。
5G时代，超密集组网技术将会有更多的应用。然而，网络部署越来越密集，使网络拓扑更加复杂，信号干扰成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。所以，消除干扰、基于终端能力的提升成为超密集组网研究的热点。
5G网络本身是由多项技术共同组合在一起的网络形态。然而，如何使各种技术共同融合并共存，有效提升网络的整体运营效率和提升用户体验，是5G网络需要解决的问题。
各种无线接入技术（RAT）的融合，需要通过集中的无线网络控制能力实现。多RAT融合技术是5G的一项关键技术。
统一的多RAT融合技术包括以下4个方面。
基于不同的网络状态、无线环境和终端能力，再加上智能业务感知技术，可以将不同的业务映射到最合适的接入技术上，提升用户体验和网络效率。
根据业务类型、网络负载、干扰水平等因素，可以对多网络的无线资源进行联合管理与优化，实现多技术之间的协调，以及无线资源的共享和分配。
可以增强接入网接口的能力，构造更加灵活的网络接口关系，支撑动态的网络功能分布。
可以同时在一个终端上接入多个不同制式的网络节点，这样就能在终端上实现多流并行传输，可以很好地提高吞吐量，提升用户体验，更重要的是业务在不同接入技术的网络之间能够实现动态分流和汇聚。
5G与之前的网络相比，具有高速率、低时延的特点，此外还承载了更多的应用与海量连接。而5G能够实现这些的基础就是网络切片技术。网络切片技术是5G的关键技术之一。
那么什么是网络切片呢？切的又是什么“片”呢？这是如何实现的呢？
所谓网络切片，就是将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端的网络，每个网络都可以获得逻辑独立的网络资源，而且各个切片之间相互绝缘，彼此之间不会互相干扰。因此，如果有一个切片出现错误或者发生故障，其他切片不会受到影响。打个比方，如果将网络切片看作面包切片，如果其中一片面包的完整性被破坏，那么其他片面包不会受这片面包的影响，依旧是完整的。
5G切片，就是将5G网络切成多个虚拟网络，从而借助各个网络来支持更多业务的实现。
网络切片技术的目的在于让网络运营商自己选择每个切片所需要的特性，这些特性可以是低时延、高吞吐量、高连接密度、高频谱效率、高网络效率等。这些特性有助于运营商提升用户体验。与此同时，运营商也不需要因为个别切片的错误而担心其余切片会受到影响，可以进行切片的更改和添加。这不但节省了时间，还降低了成本。总而言之，网络切片可以为运营商节省更多的成本，带来更多的效益。
然而，用户需求的不断提升需要新业务的不断出现。为了能够打造出新业务来满足新需求，需要对老旧网络进行改造，但这十分麻烦。网络切片技术却可以很好地解决这个问题，它可以满足多连接多样化业务需求，实现灵活部署，还可以进行分类管理。
5G技术像以往其他技术一样，是为了应用而生的。2019年被认为是5G商用的元年，尤其是进入2020年以及未来，5G将有更多的应用场景出现。当前，5G主要有三大应用场景：增强型移动宽带、低时延高可靠通信、海量机器类通信。
增强型移动宽带（eMBB）是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对用户体验进行进一步的提升。简单来讲，就是以人为中心的应用场景，集中体现为超高的传输速率，保证用户移动通信的广泛覆盖。5G的这一应用场景是现阶段5G商用研究最重要的方向之一。
4G时代，由于网络传输速率有限，通常用户体验的上传速率为6Mbit/s，下载速率为50Mbit/s，然而这个速率并不能很好地满足用户对上传和下载速率的需求。
在未来几年里，用户数据流量将呈现持续爆发式增长趋势，业务形态也主要以视频为主。在5G的支持下，再加上4K电视产业的发展，用户可以更轻松地观看4K视频。4K就是超高清画质的显示技术，通常用于视频观看技术。事实上，早在2004年就已经有4K设备的身影了。4K在清晰度上比高清高出4倍，但是由于网络宽带技术的不成熟，再加上设备价格较高，4K设备没有得到快速发展。进入5G时代，网络宽带技术有了很大的提升，4K才能在此基础上开辟新格局，4K电视才能更多地进入寻常百姓家中。
另外，前文中提到的VR/AR技术在融入5G网络之后，将会有更多的应用机会。例如，通过VR设备可以获得360°全方位的虚拟现实体验，用户仿佛置身其中，这非常适合观影和游戏产业。之前VR没有得到很好的发展，关键原因就在于网络宽带的发展不足以支撑VR技术的使用，导致画面卡顿、画质变差等。
eMBB除了在6GHz以下的频谱发展相关技术，也在6GHz以上的频谱发展相关的技术。当前，6GHz以下的频谱大多以传统的网络为主，且大多是面向大型基站发展。而6GHz以上的频谱是以毫米波技术为主，小型基站设备是最重要的方向。
低时延高可靠通信（uRLLC）是5G三大应用场景之一。
3GPP将uRLLC标准划分为两部分，分别为低时延和高可靠。所谓低时延，就是连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动（500km/h）；高可靠即可靠性达99.999%，必须使网络保持稳定性，保证在运行的过程中不会拥塞，不会出现干扰现象，不会受到外界影响。
uRLLC在移动通信应用中，主要是减小时延，而减小时延，就必须解决影响时延的关键问题，主要方法如下：
■提升空中接口的传输效率；
■提高流编码/解码效率；
■优化网络传输协议；
■减小中间传输节点数量；
■完善5G移动通信网络体系结构。
此外，这一场景更多地是面向车联网、工业控制、远程医疗、智能电网、实时游戏、远程控制、增强现实、触觉互联网、虚拟现实等特殊应用，其中车联网的市场潜力巨大。
5G针对物联网业务，可以实现海量机器类通信。
5G强大的连接能力可以快速促进各垂直行业的深度融合，同时还可以在传统网络人与人通信连接的基础上实现人与物、物与物之间的连接。而人与物、物与物之间的连接是需要大量的物联网应用才能实现的。mMTC主要体现的就是人与物之间、物与物之间的信息交互。
我们所用的Wi-Fi、蓝牙耳机等都属于家庭用的小范围技术，回传主要靠LTE实现。而5G网络下的mMTC应用场景更加广泛，主要是面向智慧城市、智能家居、环境监测等领域。
全球移动通信系统协会（GSMA）发布了最新的全球物联网市场报告。报告中的数据显示：全球物联市场（包括连接、应用、平台与服务）到2025年将达到1.1万亿美元。其中，商业应用占据了整个物联网市场的半壁江山。此外，报告还预测：到2025年全球范围内将有18亿移动物联网连接。这充分说明5G的mMTC应用场景市场具有美好的发展前景。
[1] 载波：一种在频率、幅度或相位方面被调制以传输语音、音频、图像或其他信号的电磁波。
[2] 时分双工：一种通信系统的双工方式，在移动通信系统中用于分离接收与传送信道。
[3] 射频：可以辐射到空间的电磁频率。
[4] 基带：信源（信息源，也称发射端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带。
[5] 控制面：LTE协议中人为定义出来的概念。控制面是为了承载用户数据而进行的信令交互，主要承载一些重要的信令消息。控制面数据就是信令的消息内容。
[6] 用户面：LTE协议中人为定义出来的概念。用户面其实就是真正的业务内容。
