前言

公元759年（唐肅宗乾元二年）春天，李白因永王李璘案被流放夜郎，途徑四川。行至白帝城的時候，忽然收到赦免的消息，驚喜交加，隨即乘舟東下江陵。下詩即是李白回到江陵時所作，所以詩題一作《下江陵》。

早發(fā)白帝城

唐 李白

朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還。

兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山。

你是不是還嗅到了一點愛因斯坦創(chuàng)立的狹義相對論的味道？

時光飛馳，不知不覺已換了人間。

1

新華社倫敦5月30日消息，英國電信運營商EE公司30日正式在倫敦等6個英國主要城市開通5G服務，部分用戶已可體驗新一代移動通信網(wǎng)絡帶來的高速連接。

EE公司的5G服務首先在倫敦、卡迪夫、愛丁堡、貝爾法斯特、伯明翰以及曼徹斯特這6個人口密集城市開通。不過，即便是在上述城市中，5G暫時也不會完全覆蓋所有區(qū)域。EE表示，開通5G服務的用戶將同時接入4G網(wǎng)絡，從而保證連接的穩(wěn)定性。

6月6日，據(jù)央視消息，工信部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照。中國正式進入5G商用元年。5G牌照的發(fā)放，意味著大規(guī)模的5G網(wǎng)絡建設將正式啟動，面向全社會的5G業(yè)務服務也將正式推出，長期來看將直接拉動通信產(chǎn)業(yè)及相關(guān)行業(yè)的增長預期。

5G標準是全球產(chǎn)業(yè)界共同參與制定的統(tǒng)一國際標準。

在技術(shù)試驗階段時，諾基亞、愛立信、高通、英特爾等多家國外企業(yè)已深度參與，在各方共同努力下，我國5G已經(jīng)具備了商用基礎(chǔ)。

5G到底是什么？相信很多人早已對這個名詞耳熟能詳，但也許對其具體的內(nèi)涵卻不甚了了。為此，特地找了一篇普通大眾都能看得懂的5G的科普文章，以飧廣大歐冶知鋼的用戶。

圖片源自網(wǎng)絡

2

5G是英文“第五代移動通信技術(shù)”的縮寫，全稱：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems。

這是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，是4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)后的延伸。5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接。

注：Release-15中的5G規(guī)范的第一階段是為了適應早期的商業(yè)部署。Release-16的第二階段將于2020年4月完成，作為IMT-2020技術(shù)的候選提交給國際電信聯(lián)盟（ITU）。

ITU IMT-2020規(guī)范要求速度高達20 Gbit/s，可以實現(xiàn)寬通道帶寬和大容量MIMO。第三代合作伙伴計劃（3GPP）將提交5G NR（新無線電）作為其5G通信標準提案。5G NR可包括低頻（FR1），低于6 GHz和更高頻率（FR2），高于24 GHz（毫米波范圍）。

然而，在早期部署中，在4G硬件（非獨立）上使用5G NR軟件的速度和延遲只比新4G系統(tǒng)稍好一點，估計要好15％到50％。獨立eMBB部署的仿真顯示，在FR1范圍內(nèi)，吞吐量提高了2.5倍，在FR2范圍內(nèi)提高了近20倍。

目前，提供5G無線硬件與系統(tǒng)的公司有：華為、中興、三星、高通、思科、諾基亞、愛立信、聯(lián)發(fā)科技、瞻博網(wǎng)絡。

3

與早期的2G、3G和4G移動網(wǎng)絡一樣，5G網(wǎng)絡是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡，在這種網(wǎng)絡中，供應商覆蓋的服務區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。

表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數(shù)字化，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并作為比特（Byte）流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發(fā)器（發(fā)射機和接收機）進行通信。收發(fā)器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重復使用。

本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。

5G網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢在于

1、速度超快：數(shù)據(jù)傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網(wǎng)絡，最高可達10 Gbit/s，比目前的有線互聯(lián)網(wǎng)還要快，比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡快100倍。

2、延時超低：另一個優(yōu)點是較低的網(wǎng)絡延遲（更快的響應時間），低于1毫秒，而4G為30-70毫秒。

由于數(shù)據(jù)傳輸更快，5G網(wǎng)絡將不僅僅為手機提供服務，而且還將成為一般性的家庭和辦公網(wǎng)絡提供商，與有線網(wǎng)絡提供商競爭。以前的蜂窩網(wǎng)絡提供了適用于手機的低數(shù)據(jù)率互聯(lián)網(wǎng)接入，但是一個手機發(fā)射塔不能經(jīng)濟地提供足夠的帶寬作為家用電腦的一般互聯(lián)網(wǎng)供應商。

頻率決定效率

5G網(wǎng)絡通過在30至300 GHz的毫米波波段內(nèi)或附近，使用更高頻率的無線電波來實現(xiàn)這些更高的數(shù)據(jù)速率，而以前的蜂窩網(wǎng)絡使用700 MHz和3 GHz之間的微波頻帶中的頻率。一些5G供應商將使用微波頻段中的第二個低頻范圍，低于6GHz，但這不會有新頻率的高速度。

由于毫米波頻段的帶寬更為豐富，5G網(wǎng)絡將使用更寬的頻道與無線設備進行通信，頻率帶寬最高可達400 MHz，而4G LTE的頻率帶寬為20 MHz，可以每秒傳輸更多數(shù)據(jù)（比特）。OFDM調(diào)變技術(shù)是利用多個載波在頻率信道中進行傳輸，從而同時并行地傳輸多個比特的信息。

毫米波會被大氣中的氣體吸收，并且比微波輻射的范圍更小，因此5G的蜂窩區(qū)域更??；5G蜂窩將只有一個城市街區(qū)那么大，而以前的蜂窩網(wǎng)絡卻可能橫跨好幾公里。電磁波也很難穿過建筑物的墻壁，需要多個天線來覆蓋一個蜂窩。

但毫米波天線比以前的蜂窩網(wǎng)絡中使用的大型天線要小，只有幾英寸長，所以5G蜂窩將被安裝在電話桿和建筑物上的許多天線覆蓋，而不是一個基站塔或基地臺。

另一種用來提高數(shù)據(jù)傳輸速率的技術(shù)是大規(guī)模MIMO技術(shù)。每個蜂窩將有多個天線與無線設備進行通信，每個天線通過一個獨立的頻道，由設備中的多個天線接收，這樣多個數(shù)據(jù)流將同時并行傳輸。

此外，在一種稱為波束賦形的技術(shù)中，基站計算機將不斷計算無線電波到達每個無線設備的最佳路徑，并將組織多個天線以相控陣(亦稱“相位陣列”)的形式協(xié)同工作，產(chǎn)生到達設備的毫米波束。

更小、更多的蜂窩使得5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施比以前的蜂窩網(wǎng)絡每平方千米覆蓋更昂貴。部署目前僅限于都市地區(qū)，那里每個手機都有足夠的用戶來提供足夠的投資回報，而且人們對這項技術(shù)是否能夠到達偏鄉(xiāng)區(qū)域存在疑問。

新的5G無線設備也具有4G LTE功能，因為新的網(wǎng)絡使用4G與蜂窩建立連接，此外在5G無法到達的地方也會使用4G。

5G的高數(shù)據(jù)傳輸速率和低延遲被認為在不久的將來會有新的用途。一種應用是實際的虛擬現(xiàn)實和擴增實境。另一種應用是物聯(lián)網(wǎng)中快速的機器對機器的交互。例如，道路上車輛中的計算機可以通過5G連續(xù)不斷地相互通信，也可以連續(xù)不斷地與道路通信。

4

下一代移動網(wǎng)絡聯(lián)盟（Next Generation Mobile Networks Alliance）定義了5G網(wǎng)絡的以下要求：

1、以10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率支持數(shù)萬用戶；

2、以1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率同時提供給在同一樓辦公的許多人員；

3、支持數(shù)十萬的并發(fā)連接以用于支持大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡的部署；

4、頻譜效率應當相比4G被顯著增強；

5、覆蓋率比4G有所提高；

6、信令效率應得到加強；

7、延遲應顯著低于LTE。

下一代移動網(wǎng)絡聯(lián)盟認為，5G應會在2020年陸續(xù)推出，以滿足企業(yè)和消費者的需求。除了簡單的提供更快的速度，他們預測5G網(wǎng)絡還需要滿足新的使用案例需求，如物聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡設備建筑物或Web訪問的車輛）、廣播類服務，以及在發(fā)生自然災害時的生命線通信。

5

5G與4G相比的技術(shù)創(chuàng)新如下：

1、5G將采用512-QAM或1024-QAM更高的資料壓縮密度調(diào)變/解調(diào)變器，目前4G使用256-QAM或64-QAM的調(diào)變以壓縮傳輸資料，因此頻譜效率每Mbps/100MHz的利用效率更高，提高更多傳輸速率。

2、5G將采用28GHz毫米波通訊，比如目前4G使用700MHz、900MHz、1800Mhz、2600Mhz等低頻段，雖然電波繞射能力比較高但是在低頻上頻譜資源就卻相當有限，在高頻的毫米波大多是軍用戰(zhàn)斗機雷達或測速照相等少數(shù)裝置，頻譜寬度更高，而且更容易找到連續(xù)頻譜，使空白頻譜非常容易取得。

3、波束指向配合多輸入/多輸出（Multi-input Multi-output ; MIMO）相控陣列天線，MIMO多輸入/多輸出利用電磁波的空間多工和路徑不同多天線系統(tǒng)提高傳輸速率，類似在軍用領(lǐng)域的技術(shù)將延伸出的商用技術(shù)版本。

4、波束自適應和波束成形，能夠提高特定方向的波瓣優(yōu)化傳輸距離。

5、新材料將使用GaN氮化鎵或是GaAs砷化鎵材料的RF射頻天線和功率放大器，此材料的RF射頻天線能在更高的頻段有更高的能源效率，裝置會比較省電。（據(jù)報道，我國鎵礦儲量世界第一。）

6、為了適應工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛汽車、商用無人機等新技術(shù)的應用，網(wǎng)絡延遲時間將降低到1毫秒以下。

6

由于5G技術(shù)將可能使用的頻譜是28GHz及60GHz，屬極高頻（EHF），比一般電訊業(yè)現(xiàn)行使用的頻譜（如2.6GHz）高出許多。雖然5G能提供極快的傳輸速度，能達到4G網(wǎng)絡的40倍，而且時延很低，但訊號的繞射能力（即繞過障礙物的能力）十分有限，且傳送距離很短，這便需要增建更多基站以增加覆蓋。

2013年5月13日，韓國三星電子宣布，已成功開發(fā)第5代移動通信（5G）的核心芯片實作，這一技術(shù)預計將于2020年開始推向商業(yè)化。該芯片技術(shù)可在28GHz超高頻段以每秒1Gb以上的速度傳送數(shù)據(jù)，且最長傳送距離可達2公里。與韓國目前4G技術(shù)的傳送速度相比，5G技術(shù)要快數(shù)百倍。通過這一技術(shù)，下載一部1GB的高畫質(zhì)（HD）電影只需十秒鐘。

2013年11月6日 華為宣布將在2018年前投資6億美元對5G的技術(shù)進行研發(fā)與創(chuàng)新，并預告在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G移動網(wǎng)絡。

2014年5月8日，日本電信營運商NTT DoCoMo正式宣布將與Ericsson、Nokia、三星等六間廠商共同合作，開始測試凌駕現(xiàn)有4G網(wǎng)絡1000倍網(wǎng)絡承載能力的高速5G網(wǎng)絡，傳輸速度可望提升至10Gbps。預計在2015年展開戶外測試，并期望于2020年開始運作。

2015年 諾基亞與加拿大Wind Mobile通訊營運商成功測試5G。

2016年4月份 華為宣布率先完成中國IMT-2020（5G）推進組第一階段的空口關(guān)鍵技術(shù)驗證測試，在5G信道編碼領(lǐng)域全部使用極化碼。

2016年8月3日，澳大利亞電信宣布將于2018年在黃金海岸進行5G試驗。

2016年11月17日 國際無線標準化機構(gòu)3GPP第87次會議在美國拉斯維加斯召開，中國華為主推Polar Code（極化碼）方案，美國高通主推LDPC方案，法國主推Turbo2.0方案，最終eMBB場景的控制信道方案由極化碼勝出，eMBB場景的數(shù)據(jù)信道方案由LDPC勝出。

2016年高通公司發(fā)表全球首個5G基帶芯片X50，驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器使用28GHz毫米波通訊，下行速率達到5Gbps為目前最快的量產(chǎn)形芯片X16使用在S835處理器的1Gbps的5倍之多，當時預計，X50基帶可能在2018年初量產(chǎn)。高通進一步的解釋是，利用毫米波波長短的特點，形成狹窄的定向波束，發(fā)送和接收更多能量，從而克服傳播/路徑損耗的問題并在空間中重復使用。此外，在視距路徑受阻時，非視距（NLOS）路徑（如附近建筑的反射）能有大量能量以提供替代路徑。按照高通的規(guī)劃，驍龍X50 5G平臺將包括調(diào)制解調(diào)器、SDR051毫米波收發(fā)器和支持性的PMX50電源管理芯片。

2018年 冬季奧運期間，韓國推出了5G試驗網(wǎng)絡，計劃于2020年實行大規(guī)模商用。

2019年手機芯片大廠聯(lián)發(fā)科在世界移動通信大會(MWC 2019)上，展示該公司第一款5G調(diào)制解調(diào)器芯片M70的傳輸速度，目前正與客戶緊密合作，預期2020年市場上將推出搭載聯(lián)發(fā)科技芯片的5G終端設備。

2019年4月3日，韓國于當?shù)貢r間（UTC+9）23時啟動5G網(wǎng)絡服務并成為第一個5G國家。三家韓國電信公司（SK Telecom，KT和LG Uplus）在發(fā)布當天表示，使用5G網(wǎng)絡的用戶已超過40,000。

7

自2018年以來，一些團體以健康問題為由，反對部署5G。最終未有足夠的證據(jù)說服監(jiān)管機構(gòu)或?qū)I(yè)協(xié)會（如：美國國家癌癥研究所）或證明5G對人體有害。

因擔心海外間諜組織借此從事間諜活動，美國已敦促其盟國禁止使用由中方所提供的5G設備。目前，澳大利亞、日本等國家已禁止其運營商在5G網(wǎng)絡建設中采購中方設備。

部分國家雖針對潛在的安全隱患作出警告，并成功說服其運營商停止采購，但并未正式禁止使用。

8

華為創(chuàng)始人任正非在2018年4月接受新華社采訪時表示：“科學技術(shù)的超前研究不代表社會需求已經(jīng)產(chǎn)生，5G就是媒體炒作過熱了，我不認為現(xiàn)在5G有這么大的市場空間”

網(wǎng)易創(chuàng)始人丁磊在2019年兩會期間表示：“我不認為5G的高速會對目前的媒體平臺有重大的改變，全世界都一樣……它只是個速度的增加而已，其實你現(xiàn)在手機速度也夠快了，不管是WIFI、4G，都差不多夠快了。我覺得（日常使用）基本上完全可以滿足?！?/span>

9

毛澤東 《浪淘沙·北戴河》

大雨落幽燕，

白浪滔天，

秦皇島外打魚船。

一片汪洋都不見，

知向誰邊？

往事越千年，

魏武揮鞭，

東臨碣石有遺篇。

蕭瑟秋風今又是，

換了人間。

5G已來，未來已來。

人間已換新天。