2019年，5G开始基础建设，无疑是全球关注的焦点。

2020年，5G将正式开始商用。进一步促进移动互联网的发展，更重要的是促进移动互联网和物联网的整合，进而全面落地大数据、云计算和人工智能等相关技术。

5G标准的落地，为万物互联提供了基础性的支撑。而万物互联必然会带来万物智能，为广大的传统行业提供更多的发展机遇。א

5G通讯技术科谱

》》》电磁波基础

要说5G，不懂点电磁波是不行的。

日常生活中，除了原子电子之外，剩下的几乎全是电磁波，红外线、紫外线、太阳光、电灯光、wifi信号、手机信号、电脑辐射、核辐射等等。

只要是波，就逃不过三个参数：波速、波长、振幅。

电磁波的速度是恒定的光速，因此不需考虑：波长(或频率)、振幅(不考虑方向)，其中频率对于电磁波来说，尤为重要。

频率越高，对应着电磁波的波长越短，能量越高，衰减越快，穿透性越差，散射越少，对人体伤害越大。א

》》》电磁波分类

长的电磁波波长能到1亿米，频率3Hz，1秒钟三个波。如果用来通信的话，等你一句话说完，就可以过年了。

稍微正常点的电磁波，波长几万米，用这通信，就一个字：稳！江河大山都挡不住，甚至能穿透几十米深的海水。(海水导电，是电磁波的克星)

不过就这点频率，只能勉强携带点信息，发一个hello，大概需要半小时，也就比写信稍微强点。因为超长波实在是稳，一般用在岸台向潜艇单向发送命令。

再短点，几十米波长的电磁波，频率就到了百万赫兹MHz级别，能携带的信息就很可观了，一句话至少能说利索了。而且照样还能跑很远，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。

假如你困在荒岛上，有个飞机路过，赶紧用121.5MHz呼救，这是民用紧急通信频率，还有个军用紧急通信频率243MHz，这些都是不加密的公共频率。

波长再短点，到了1米~1厘米。一方面，虽然衰减已经很明显了，但一口气还能跑个百十公里，够用；另一方面，频率到了GHz级别，能携带足够多的信息，不但话能说利索了，还有多余功夫让你加个密什么的。所以这个波段是通信的焦点，什么1G2G3G4G，什么卫星通信雷达通信，全在这，统称微波通信。

到了毫米级，电磁波就跑不了多远了，虽然毫米波不太发散，但很容易被周边物质吸收或反射，几乎没啥穿透性，用来通信很鸡肋，不过用在导弹导引雷达或微波炉上棒棒的。

但毕竟频率超过了30GHz，携带的信息量实在太馋人，要不还是试试吧！于是，5G来了。

继续往下数，来到微米级。毫无疑问，能携带的信息量继续倍增，但波长0.7微米的电磁波就已经是可见光了。可见光都见过吧，别说穿墙了，一张纸都够呛，想接着按照7G8G9G的套路肯定走不通啊。然后，就有了激光通信，发射端和接收端必须瞄得准准的，中间还不能有阻挡。

波长到了0.3微米，也就是300纳米，就是我们熟知的紫外线，终于对人体有害了。太阳光里的紫外线大约占了4%，如果你一天能晒上半小时太阳的话，那么前面提到的那些电磁波辐射基本可以无视了。

波长200纳米的紫外线，在太阳光中几乎是没有的，所以在阳光太强时，紫外线通信就成了激光通信很好的补充，不但隐蔽性更好，还不用对得那么准，在几公里的距离上非常好用，是近些年军事通信的研究热点。

接下来就和通信无关了，波长到了纳米级就成了X光。

最后，波长短到了0.01纳米以下，这就是闻之色变的伽马射线，来自核辐射，全宇宙最强的能量形式之一！若是要毁灭一个星系，伽马射线是不二之选。א

》》》微波通信

为什么频率越高，能携带的信息就越多？以数字信号为例，信息就是一串串的1和0，所以先搞清楚怎样用电磁波表示1和0。

第一种方法叫“调幅”，基本思路是调整电磁波的振幅，振幅大的表示1，振幅小的表示0。收音机的AM就是调幅，缺点颇多。

第二种方法叫“调频”，基本思路是调整频率来表示1和0。用密集的波形表示1，疏松的波形表示0。收音机的FM就是调频，优点多多的。

很显然，在单位时间内，发出的波越多，能表示的1和0就越多，换句话说，频率越高能携带的信息就越多。

这样算起来，频率800MHz意味着每秒产生800万个波，都用来表示1和0的话，1秒钟可以传输100M数据，这速度很快啊！为啥我们感觉不到呢？

古语有云，重要的事情说三遍，通信也是如此。无线电拔山涉水，弄丢几个1,0太正常了，防止走丢的土办法就是抱团。比如，用一万个连续的1表示一个1，哪怕路上走丢了两千个1，最后咱还能认得这是1。因为特征太明显，很容易被破解。

军用为了防止被破解，要用很复杂的组合来表示1和0，中间说不定还有很多无效信息，各种跳频技术扩频技术，还不停变换组合，总之越花哨越好。为了保证传输效率，军用频率就比民用高很多。就目前来说，顶级破解技术还干不过顶级加密技术，这里不包括尚未成熟的量子通信。א

》》》基站天线

振荡电路插个天线就可以产生电磁波，用特定方法改变电磁波的频率或振幅，变成各种复杂的组合，这个过程叫调制。对应的，竖个天线就能收到空中的电磁波，按预定方法变回1,0，这个过程叫解调。

把电磁波发到空中，或者把空中的电磁波收下来，都需要天线，别以为现在手机光溜溜的就不需要天线了。手机与手机是无法直接通信的，而是通过周边的基站与别的手机联系。

5G的第一个关键技术：大规模多天线阵列。大白话就是，增加天线的数量，不是增加一个两个，而是几百个。

多天线加毫米波，对比原先的少天线加厘米波，无线电传播的物理特征肯定不一样，得重新建立信道模型。

天线一多，不但能解决毫米波衰减的问题，传输效率、抗干扰等性能也是蹭蹭涨，算是5G必须课。

曾与华为齐名的大唐电信于2015年率先发布了256大规模天线，引爆全球通信业，一时风光无限！可惜后来突然闪崩，沦落到卖科研大楼求生，令人唏嘘。א

》》》全双工技术

基站天线搞定，下面就轮到终端机的天线了，这货也有术语：全双工技术。

一般手机的通信天线只有一个，收发信号交替进行，费劲的很！全双工技术，就是把发信号的天线和收信号的天线分开，收发信号同时进行。

大体上分两个思路，其一，物理方法，比如在俩天线之间加屏蔽材料；其二，信号处理，比如无源模拟对消等。

2016年4月华为宣布已于成都5G外场率先完成第一阶段5G关键技术验证，测试结果完全达到预期。其中两个重要验证就是大规模天线技术和全双工技术。א

》》》从1G至4G的接入技术

从IG到4G手机数据的接入技术，定义了各个发展阶段。举个例子(数字是胡诌的)：

假设手机基站用100Hz表示1，105Hz表示0，这时又接进一个新电话，那新电话的1可以用110Hz，0用115Hz，如果再来新电话，依次类推。这就是1G的思路，简称FDMA。

1G是模拟蜂窝移动通信，但因为是模拟通信，抗干扰性差，同时简单的FDMA技术使得频率复用度和系统容量都不高。

这样2个电话就用掉了从100Hz到115Hz的频段，占用的15Hz就叫带宽。外行也看出来了，这路子太费带宽了。好在那会的手机只是传个语音，数据量不大，但也架不住手机数量的增加，很快就不够用了！

换个思路，大家都用100Hz表示1，105Hz表示0，但是第1秒给甲用，第2秒给乙用，第3秒给丙用，只要轮换的好，5Hz的带宽就够3个手机用，就是延时严重点而已。这就是2G的思路，简称TDMA。

2G是数字通信，抗干扰能力大幅提高。让手机不再只有语音、短信等单一功能，还可以更有效率的接入互联网。

再到后来，数据量越来越大。在各自的信号前面加上序列码，再揉成一串发送，接收端按序列号只接受自己的信号。就好像快递员一次性送了一叠信过来，大家按照信封上的名字打开各自的信。这就是3G的思路，简称CDMA。

3G网络能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

再发展就是正交频分多址技术，把2个互不干扰的正交信号揉成一串发送。所谓正交信号，和量子力学的叠加态有点类似。把信号叠在一起发送，就是4G的思路，简称OFDMA。

4G智能手机涌现。4G刺激了互联网应用的繁荣，即时消息、网上购物、网上支付、在线视频和在线游戏等等应用层出不穷。

每个终端在网络上都有一个地址，所以这种让很多手机一起打电话的技术，从1G到4G，统称：多址接入技术。א

》》》5G“新多址接入技术”

新多址接入技术：稀疏码多址接入、非正交多址接入、图分多址接入……好吧，有点云里雾里了，总体思路就是叠加更多信号或者把前面的技术混到一起。

5G要实现10Gb/秒的峰值速率、1百万的连接数密度、1毫秒的时延，必须要先解决这三大关键技术。

2016年4月，华为的第一阶段“关键技术验证”，主要也是验证这仨技术。

新多址接入采用滤波正交频分复用、稀疏码多址接入、极化码，结合大规模天线，吞吐率提升10倍以上，在100MHz带宽下，平均吞吐量达到3.6Gb/秒。

全双工采用了无源模拟对消、有源模拟对消和数字对消三重对消框架，可以实现113dB的自干扰消除能力，获得了90%以上的吞吐率增益。

2017年6月，华为完成第二阶段“多种关键技术融合测试及单基站性能测试”。

在200MHz带宽下，单用户下行吞吐率超过6Gb/秒，小区峰值超过18Gb/秒，配套业内首个小型化5G测试终端，单个5G基站可同时支持上百路超高清4K视频。

2018年9月，华为完成第三阶段“基于独立组网的5G核心网关键技术与业务流程测试”。

这三个阶段测试，华为均以100%通过率顺利完成。א

》》》5G芯片组网处理

无数用户要组成网络，分配传输资源和指挥交通一样让人头大，一条道路分配不合理，半个城市就得跟着瘫痪。所以，华为完成关键技术验证后，又花了2年时间才进行独立组网测试。

5G要处理的数据量远大于4G，所谓数据就是1、0，但凡涉及1、0的东西，基本都用芯片。控制电磁波发射要用射频芯片，编码解码要用基带芯片等等，这些也属于5G核心关键技术。

2019年1月24日，华为发布了全球首款5G基站核心芯片：天罡，以及，全球首款单芯片多模5G基带芯片：巴龙5000。既然是世界首款，免不了拿下N个全球第一。

5G的主流频率是28GHz，有能力处理这个频段的芯片，目前是4家。

高通是最早的，三星是唯一做到39GHz的，华为是工艺最先进的，英特尔是哪里都不掉队的。

华为2018年2月发布的这款巴龙5G01芯片，因块头太大无法用在手机上，2019年1月就推出了手机使用的巴龙5000，同时还没耽误手机处理器芯片麒麟和服务器芯片鲲鹏，这进展还是不错的！א

》》》5G国际通用标准

“5G”实际上指的是一个行业标准，即“第五代移动通信技术标准”。

5G标准化的组织主要是国际电信联盟(ITU)和是由“第三代合作伙伴计划组织”(3rd Generation Partnership Project，简称为3GPP）负责制定的。

3GPP是一个标准化机构。目前其成员包括中国、欧洲、日本、韩国和北美的相关行业机构。

ITU：2015年6月，该组织完成5G愿景的研究。2017年6月完成IMT-2020(5G)最小技术指标要求的制定，确定14项性能指标的详细定义、适用场景等，并完成一系列支持IMT-2020候选技术提交及技术评估工作的关键文件。

3GPP：它是全球影响最大的通讯标准化机构，主要协调各组织形成通讯领域的标准制定。据悉，3GPP明确5G将包含两个版本，2018年6月完成Release 15(R 15),2019年9月完成Release 16(R16)。

根据3GPP此前公布的5G网络标准制定过程，5G整个网络标准分几个阶段完成。

R15阶段，预计到2018年6月，完成独立组网的5G标准(SA)，支持增强移动宽带和低时延高可靠物联网，完成网络接口协议。

R16阶段，预计在2019年12月，完成满足ITU（国际电信联盟）全部要求的完整的5G标准。整个5G标准在ITU会议上全面通过，预计还要到2020年。

5G技术标准由3GPP确定之后，也会经过ITU国际电信联盟认定。一定程度上，ITU成员代表是其所在国及政府立场，ITU的会议通过，某种程度上相当于“盖章”认定，代表一项标准的方案被承认为最后的官方结果，也意味着这一国际标准的正式确定。

这次标准发布一共有50家公司参与，中国有中国电信、中国移动、中国联通、华为、中兴、大唐电信等16家，美国8家，欧洲8家，日本13家，韩国5家。

在信道编码问题上，欧盟一直用Turbo码，美帝高通习惯用LDPC码，华为擅长用Polar码。于是，第一回合欧萌就被干掉了，不但积累的Turbo技术打了水漂，还得重新学LDPC和Polar。

信道编码分“控制信道编码”和“数据信道编码”，高通的方案是两者都用LDPC码，华为的方案是数据信道用你家的LDPC码，控制信道用Polar码。

然后，联想对华为的方案投了反对票。因为分歧过大，当天只确定数据信道用LDPC码，至于控制信道择日再议。

再次投票时，高通、三星、英特尔、爱立信等巨头搜罗了31家公司组成阵营，要求全部用LDPC码，华为则组织了包括联想在内的55家公司力争。

最终，华为Polar成为控制信道编码，高通LDPC成为数据信道编码，大家平分秋色。א

5G通讯网络的发展历程

5G网络作为第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb，这比4G网络的传输速度快数百倍，整部超高画质电影可在1秒之内下载完成。

研究和试验表明，在28GHz的超高频段，以每秒1Gb以上的速度，成功实现了传送距离在2Km范围内的数据传输。

此前，世界上没有一个企业或机构开发出在6GHz以上的超高频段实现每秒Gb级以上的数据传输技术，这是因为难以解决超高频波长段带来的数据损失大，传送距离短等难题。

三星电子利用64个天线单元的自适应阵列传输技术，使超高频段数据传输技术的成功。不仅保证了更高的数据传输速度，也有效解决了移动通信波段资源几近枯竭的问题。

2014年5月13日，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于5G核心技术的移动传输网络，并表示将在2020年之前进行5G网络的商业推广。

2016年8月4日，诺基亚与电信传媒公司贝尔在加拿大完成了5G信号的测试。在测试中诺基亚使用了73GHz范围内的频谱，数据传输速度也达到了现有4G网络的6倍。

2017年8月22日德国电信联合华为在商用网络中成功部署基于最新3GPP标准的5G新空口连接，该5G新空口承载在Sub 6GHz（3.7GHz），可支持移动性、广覆盖以及室内覆盖等场景，速率直达Gbps级，时延低至毫秒级；同时采用5G新空口与4G LTE非独立组网架构，实现无处不在、实时在线的用户体验。

2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式发布，这是全球第一个可商用部署的5G标准。

2018年6月14日，3GPP全会（TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准。（5G NR）独立组网功能冻结。加之2017年12月完成的非独立组网NR标准，5G 已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。

此次SA功能冻结，不仅使5G NR具备了独立部署的能力，也带来全新的端到端新架构，赋能企业级客户和垂直行业的智慧化发展，为运营商和产业合作伙伴带来新的商业模式，开启一个全连接的新时代。

2018年7月6日，爱立信携手英特尔以及早期5G服务供应商，完成了3.5GHz频段端到端的非独立组网标准（NSA）5G数据呼叫。

2018年9月12日，爱立信表示，已与美国移动运营商T-Mobile US签署价值35亿美元、为期多年的供货协议，以支持T-Mobile US的5G网络部署，这是爱立信获得的最大5G订单。

2018年10月19日，爱立信携手Qualcomm将28 GHz加入5G商用频段。

2018年12月7日，工业和信息化部许可中国电信、中国移动、中国联通自通知日至2020年6月30日在全国开展第五代移动通信系统试验。

中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；

中国联通获得3500MHz~3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；

中国移动获得2515MHz~2675MHz、4800MHz~4900MHz频段的5G试验频率资源。

2019年3月31日前，中国联通方面将在全国范围内逐步停止使2555MHz~2575MHz频率，中国电信方面将逐步停止使用2635MHz~2655MHz频率。 א

5G的应用场景和意义

国际电信联盟召开的ITU-RWP5D第22次会议，确定了5G的三个应用场景：

5G的好处体现在它有三大应用场景：增强型移动宽带、超可靠低时延、海量机器类通信。

也就是说5G可以给用户带来更高的带宽速率、更低更可靠的时延和更大容量的网络连接。

这图解释一下：三个角上的三句话是5G的三大功能特点，蓝色小块是应用场景，小块越靠近哪个角就说明对这个功能的依赖越大。后来，这三个角又改成了四个：连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠。

5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G网络将来支持的设备远远不止是智能手机——它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。

5G网络中看到的最大改进之处是它能够灵活地支持各种不同的设备。除了支持手机和平板电脑外，5G网络将还需要支持可佩戴式设备，例如健身跟踪器和智能手表、智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。

在一个给定的区域内支持无数台设备，这就是科学家的设计目标。在未来，每个人将需要拥有10~100台设备为其服务。

5G网络已成功在28千兆赫(GHz)波段下达到了1Gbps，相比之下，当前的第四代长期演进(4G LTE)服务的传输速率仅为75Mbps。

5G网络意味着超快的数据传输速度。 未来5G网络的传输速率可达10Gbps，这意味着手机用户在不到一秒时间内即可完成一部高清电影的下载。

就技术而言，5G就三句话：网速快、信号广、延时少。但技术带来的改变却超越了想象力，5G是全信息化的基石，完全可以实现当年物联网吹过的牛：万物互联。א

5G的商用预期

工信部此前发布的《信息通信行业发展规划（2016-2020年）》明确提出，2020年启动5G商用服务。

根据工信部等部门提出的5G推进工作部署以及三大运营商的5G商用计划，我国将于2017年展开5G网络第二阶段测试，2018年进行大规模试验组网，并在此基础上于2019年启动5G网络建设，最快2020年正式推出商用服务。

2018年9月5日，中国联通发布“5G+视频”推进计划，将在5G产业链上开拓更多场景应用。中国三大运营商已经披露了在全国几十个城市进行的试点工作计划。

到2020年，5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延使用体验，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，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。א

鸣谢：转载自“阿莱夫品牌家”，作者Aleph