5G是什么，看完秒懂

5G的发展历程

2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电四家运营商发放5G商用牌照，我国正式进入5G商用元年。

5G被誉为“数字经济新引擎”，不仅是一项移动通信技术，更是影响人类进步与社会发展的一支重要力量，将是人工智能、物联网、云计算、区块链等新产业的基础。

从1G~5G，通信系统的多址技术发生了巨大的变革，从FDMA、TDMA、CDMA、MIMO 到 massive MIMO，通信系统可利用的资源扩展到了频率、时间、码字、空间，通信容量大大增加。

从1G到2G，是模拟电路到数字电路的转变，“大哥大”变成了功能机；从2G到3G，实现了从语音通信到数据通信的飞跃，功能机发展成为智能手机；从3G到4G，实现了移动通信网络和传统电信网络的融合，将云计算等互联网技术用于移动通信；从4G到5G，可以实现移动互联网和有线互联网的彻底融合。

从1G到5G传输的速率和电波频率都在不断提升，应用功能在不断增强。

这是为什么呢？

初中时候，我们学过

由于光速是恒定值，为30万千米/秒，所以频率和波长是反比例关系：

频率越高，波长越短，能量越高，衰减越快，穿透性越差，散射越少；

使用电波频率越高，能使用频率资源越丰富，频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。

甚长波，波长几万米，用于通信，江河大山都挡不住，但是由于频率低，只能勉强携带点信息，发一个信息，大概需要半小时，基本无法用于通信。

短波，能携带的信息比较多，而且照样能跑很远，几百公里不在话下，所以收音机广播、电报、业余无线电一般用这个频段。

厘米波，频率到了GHz级别，能携带足够多的信息，手机、卫星、雷达通信，都能用到，统称微波通信。

毫米波主要运用在雷达和卫星业务，原因就是它的频率都快接近红外线了，信道太“直”，移动起来不容易对准，只有天空中通信才比较合适。

5G的优势

5G的优势可以简单概括为两个点：低延时，高速度。

低延时：主要靠天线

要解决低延时的问题，就需要依靠大规模天线（massive MIMO），MIMO就是“多进多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天线发送，多根天线接收。

massive MIMO技术集成更多天线形成大规模天线阵列，意味着基站可同时向更多用户发送、接收信号，将网络容量提升数十倍或更大，可以很好解决延时问题。

虽然这个技术在4G的时候已经出现了，但也就是2×2的MIMO，天线数量只有2个。

由于手机天线长度和波长成正比，一般为波长的1/10~1/4之间，5G波长变成毫米级了，所以5G手机天线也变成毫米级了，天线数量可以大规模集中了。

发送的天线和接受的天线变多了，说明发送和接受路径变多了。MIMO系统一般写作AxB MIMO，A表示基站的天线数，B表示手机的天线数。

中学数学学过排列组合，AxB MIMO的发送路径变成了AxB种，路径大大提升了。

此外，5G频率高，波长短，衍射小，对基站密度要求更大，传统4G是采用宏基站的方式，一个大基站能覆盖上千个用户，5G通信不再依赖大型基站，而采用小型基站，约250 m设置一小基站，每城市可部署数千个形成密集网络。

一方面建设那更多的基站，进一步加大密度；一方面把天线做小，在手机里加入更多根的天线，让5G时代延时更低。

高速度：主要靠提高频谱带宽

高速度可以用香浓定理来解释。

简单的说，城市道路上的汽车的车速（业务速率）和什么有关系？除了和自己车的动力有关之外，主要还受限于道路的宽度（带宽）和车辆多少、红灯疏密等其他干扰因素（信噪比）。

无线信道并不是可以任意增加传送信息的速率，它受其固有规律的制约，就像城市道路上的车一样不能想开多快就开多快，还受到道路宽度、其他车辆数量等因素影响。这个规律就是香农定理。

4G最高频谱带宽就20M，5G可以做到400M的频谱带宽，简单点说，就是原来4排道的高速公路，到5G变成80排道了，速度当然提高了。

中美5G对比（毫米波 VS Sub-6）

上面介绍过，目前5G有450-6000MHz和24250-52600MHz两种频率

第一种频率范围450-6000MHz，叫“低到中频段频谱”，也称为“Sub-6”；第二种频率范围24250-52600MHz，叫“高频频谱”或“毫米波”。

目前美国、韩国和日本采用在高频的毫米波段上部署5G，其中，美国由于历史的原因，6000MHz以下的频段全部归军方使用，这直接促使美国在进行5G试验和商用部署时只能使用毫米波。

中国以及世界上的其他国家，主要是在低频波段上（Sub-6）部署5G。

毫米波优势很大

首先，波长较短的毫米波会产生较窄的波束，从而为数据传输提供更好的分辨率和安全性，且速度快、数据量大，时延小。

其次，有更多的毫米波带宽可用，不仅提高了数据传输速度，还避免了低频段存在的拥堵。5G毫米波可以获得比4G LTE网络高20倍的数据传输速度。

最后，毫米波组件比低频段的组件更小，因此可以更紧凑地部署在无线设备上。

毫米波劣势更大

毫米波波长短，传播距离短，网络需要遍布在基站覆盖的整个区域中并保持不间断的连接，需要大规模的基础建设。此外，毫米波很容易被墙壁，树叶等障碍物阻挡。

下图显示了毫米波和Sub-6在洛杉矶相对平坦的地区相同极点高度上部署的传播差异（蓝色表示100MBps的速度，红色表示1GBps的速度）：

根据研究公司iGR的评估报告，若按每个毫米波基站覆盖300米距离计算，5G要实现规模覆盖一座城市，比如洛杉矶，需18000个毫米波基站，基站部署成本需6.3亿美元，而这只是室外覆盖，事实上，毫米波信号几乎无法进入室内。

这样说完大家应该明白了，毫米波就是个花瓶，它只能在不计较成本和非常开阔没有遮挡的情况下使用。比如，市中心的核心富人区或者是军用，其他场景基本不可能。

相比之下，我国选择的Sub-6，是个理想的方案，这个波段传输距离很长，不用建太多基站，就能让网络信号连成片，而且可在现有的4G基站改造，节省很大成本。

截至目前为止，我国已经部署了约35万个支持5G的基站，大约是美国的近10倍，且华为已经在5G专利方面建立了领先地位，美国发动贸易战，打压华为，很大程度上是希望通过这种方式，来阻止5G的发展。

美国在5G上虽然有所落后，但最近采取了频谱拍卖、成立基金，支持乡村宽带网络发展、支持第三大运营商T-Mobile和四大运营商Sprint合并等一系列措施，此外，美国拥有高通、inte、苹果等众多具有产业领袖地位的科技公司，未来能否赶超，犹未可知，5G终归是一场长跑，跑到最后的才是真正的赢家。