科技说：5G的前世今生

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2019-08-15

“我是谁，从哪里来，到哪里去？”这是人类的终极哲学命题。对于一项技术而言，它也是历史迭代演进的结果，有其偶然性更有其必然性，这个必然性就蕴藏在历次演进所揭示的规律之中。

5G在今天是一个非常热门的话题，但想深入了解5G，就得知道从1G到5G到底发生了什么，从而看出一些技术的趋势，进而抓住5G时代的发展机遇。

世界上最早的民用移动通信电话是由摩托罗拉公司发明的。移动电话的发明，在早期的移动通信中，移动通信标准是以摩托罗拉为主制定的。从某种意义上说，摩托罗拉公司引领我们迈进了移动通信1G时代。

1G时代，让我们可以跨越空间进行远距离地沟通交流，那个时候的通信产品是“大哥大”。虽然，他的音质并不好，打电话还要靠“吼”。但是，那个时候所谓“大哥大”却真的是大哥大。

上个世纪80年代，诺基亚等公司开始研制新一代的移动通信设备，并且提出新的移动通信标准，并在1991年开始投入使用，开启了移动通信2G时代。

1G和2G有什么区别呢？从技术上讲，1G是模拟电路的，2G是数字电路的。从外观上看，2G的手机比1G小很多，更省电。从功能上看，它可以收发短信了，这让我们沟通的方式又多了一种，而且发短信的费用远低于电话的资费。

这么多的优势集中在一块，2G取代1G就成为了历史的必然。

2G可以打电话、发信息了，解决了人和人沟通的问题。但是，随着互联网技术的发展，人们对通过移动网络获取信息的需求与日俱增，这个在2G时代是无法满足的。

2G时代信息传输率低，上网很困难。这成为2G时代的一个痛点。

3G的通信标准将信息的传输率提高了一个数量级，这是一个飞跃，它使得移动互联网得以实现，从此手机打电话的功能降到了次要的位置，而数据通信，也就是上网，成为了主要功能。

但是，从1G到3G都存在一个大问题，那就是上网用的移动通信的网络和原有打电话用的通信网络虽然能够彼此融合，但是却彼此独立。

这就使得独立的移动网络就无法受益于网络技术的快速进步。2G和3G时代用手机打一个电话实际上经过的物理路径很长。

从某种程度上来说，3G的系统是半拉子工程，虽然标称的网速很高，但是实际网速并不快。于是，4G很快出现了。

4G一方面使用了扁平的网络结构，减少了端到端通信时信息转发的次数，同时增加了基站之间光纤的带宽。

更重要的是，它同时利用了互联网和电信网络的技术进步，这两种技术的融合才使得4G的速度比3G快很多。

虽然在4G时代从理论上讲移动通信的网速可以变得很快，理论峰值可以达到1Gb/s，但这是理论上的实验数据，相当于把整个基站的带宽都给了一个终端去使用。

而事实上，一个基站服务的终端数远远不止一个，如果很多人同时上网，它不仅不够快，甚至有时会连不进去。

比如，在人山人海的演唱会、展览会等大型会议现场，无论是4G还是Wi-Fi都不大管用。

这也是为什么每个地方一旦遇到重大的活动，电信运营商都要派专门的应急通信车去参与现场通信保障。一方面，是为了应对断网等应急事件的发生，另一方面也是为了缓解周围基站负载过大，很多人连不上网的问题。

如果没有特别的保障，如果在会场你想发朋友圈，那么能否成功，全靠运气。为什么会出现这样的问题，那是因为4G移动通信标准在设定的时候，就考虑了这么多带宽，相应地就限定了上网设备的并发数量。

在大多数场合，4G对于我们目前的上网需求绝大部分时候是足够了，但是在未来如果要“万物互联”，同时上网的终端数将成倍增加，就会出现像前面说的那种“会场拥堵”的问题。

虽然，在4G的基础上增加2～3倍的带宽并非难事，但如果想增加1～2个数量级就几乎没有可能了。

那一方面，要求基站的功率增加会很多，这会让城市变得很不安全。另一方面，要想增加带宽，就要增加通信的频率范围，无线通信的频率无法向下扩展，只能向上扩展，也就是让无线电波的频率增加，而频率越高，绕过障碍物的能力就越差，城市里高楼会严重影响通信。

解决这个问题，最简单的办法就是在提高通信频率的同时，把基站建得非常密，让信号不会被建筑物所阻拦。基于上述想法，5G的概念就被提出来了。

4G是一公里的范围建一个基站，负责这方圆一公里范围内的手机和基站的通信。未来的5G，则在百米的范围内建基站（今天的方案是基站距离平均在200～300米左右），负责半径为一百多米范围内的通信。

这么密集的基站，首先能很好地解决建筑物干扰的问题。其次是单个基站服务的区域小，更少的人分享带宽。这样每个人能够分到的带宽就可以增加两个数量级。

最后，由于基站的通信范围可以从1公里减少到100米，功率可以降低两个数量级，这样，在基站周围电磁波辐射也会大大降低，我们生活的环境反而变得安全了。

5G如此密集的基站，以后Wi-Fi或许会消失，或者会退居次要的地位。这样，互联网和通信网络就真正融合成一个网络了，这无疑将是一次通信的革命。

这样做的最大好处是，能够真正做到“万物互联”，实现“5G改变社会”的技术使命。

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