5G不平凡的诞生

2017年《政府工作报告》中首次提道：加快新材料、人工智能、集成电路、生物制药、第五代移动通信等技术研发和转化。随后，2018年《政府工作报告》进一步指出，推动集成电路、第五代移动通信、飞机发动机、新能源汽车、新材料等产业发展。2019年6月6日，工信部颁发了4张5G商用牌照，引发了全社会前所未有的关注。

为什么5G如此重要？它会给我们的日常生活带来什么样的影响？

移动互联网在4G时代的巨大成功，让人们的生活状态被彻底改变了。人们享受着移动通信带来的便利服务，享受着生活质量的提升。今天，在中国，很多人成为“低头一族”——刷短视频、玩在线游戏、用微信聊天、购物、打车……只需一部手机就可以搞定吃穿住用行的一切需求。我们无法想象，通信技术还能如何让我们的生活更美好。对于这个问题，可以用一句话解释：“贫穷限制了我们的想象力。”

1999年9月3日14点至6日14点，中国首届网络生存大赛在北京、上海、广州同时进行，大赛的目标是要依靠互联网解决现实世界中的生存问题。除了1名参赛者退赛外，其余11名参赛者艰难完赛。那时的人们在为互联网的伟大而欢呼时，估计无法想象今天用一部手机就可以创造美好生活。

其实，在大赛一年后的2000年，国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）就发布了IMT–2000（International Mobile Telecommunications，国际移动电信）标准，即我们所说的3G。在3G时代，人们只是用手机刷微博、收邮件等，大量的信息沟通还是通过电话短信完成，因为那时的网络带宽太窄，能够支持的数据传送速率有限，人们不敢奢望更高的诉求。

移动互联网时代由3G开启，但其真正迎来大发展是在4G出现后。4G的官方名称是“IMT–Advanced”，4G技术的标准确定和后续的商用，使用户惊讶于100Mbps（兆位每秒）的峰值接入速率已超越当时的普遍需求。而技术专家也已预见到4G将引发一场颠覆性的革命，但他们的确尚未想好4G之后的技术如何能有更加革命性的进步，所以将4G命名为“IMT–Advanced”。

在4G刚刚商用的时候，因为相应的应用和服务没有被开发出来，人们感觉百兆带宽太奢侈了，高速率带来的大流量也让大家心疼资费。然而短短几年后，移动支付和短视频应用带来的巨大流量需求不由得令人感慨世事难料！

香农定律规定了特定信道下通信容量的极限，只要不突破香农定律，人类可以达到的通信边界是非常明确的！然而，梦想是人类前进的最大动力！虽然4G在很多技术细节上已非常接近香农定律的极限，但通信学术界和产业界专家依然坚定前行，深入探索，总结并优化各种最新技术，最终，大家震惊地发现，原来我们的技术还可以继续向前迈一大步！

2015年9月，国际电信联盟一锤定音，正式确定5G的官方名称是“IMT–2020”，其中“2020”是预期在2020年可以实现商用。5G在技术性能指标上全面超越了4G，提出了三大应用场景，打开了移动通信的新篇章！

图1–1为全球移动通信标准的演进简图。3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）、3GPP2（3rd Generation Partnership Project 2，第三代合作伙伴计划2）和IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）等都是制定移动通信标准的重要力量，他们基于不同的技术理念和利益，将移动通信标准变成了精彩的竞技场，各方彼此竞争，又相互合作，演绎了精彩的移动通信标准演进史。

在2G时代，3GPP一枝独秀，其力挺的GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）标准不但将移动通信带入了数字通信时代，而且成功地给出了标准制定流程，实现了国际化进程。2G时代，美国高通公司首度登场，提出了IS-95（Interim Standard 95，暂时标准95）标准。

到了3G时代，CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）技术大放异彩，移动通信系统主流的三个标准无一例外地使用了CDMA技术。这不但体现了技术潮流的不可阻挡，同时也是高通公司成功进行商业运作的结果。此时，IEEE基于当时最先进的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiple，正交频分复用多址）技术，提出了无线城域网标准IEEE 802.16e。虽然该标准最终成为追加的3G标准，但未能实现大规模商用。

4G时代，业界曾期望将通信标准统一为一种制式，即LTE（Long Term Evolution，长期演进）系列标准，但最终还是分成了TD–LTE（Time Division Long Term Evolution，分时长期演进）和FDD–LTE（Frequency Division Duplexing–Long Term Evolution，频分双工长期演进）两大阵营。双方各有优劣：时分方式相对节省带宽，频分方式有助于降低时延。在4G之前，频谱还相对比较宽裕的时候，实现起来相对较为简单的频分方式更受青睐。

到了5G时代，时分和频分两种制式终于统一。因为只有一种制式，所以申请写入标准的提案没有其他选择，全部投向了这里，目标过于集中导致标准制定过程中经常发生激烈讨论甚至标准延迟的情况。5G在技术选择上的考虑及其优劣，将在本书第三部分进行探讨。

移动通信发展的规律是“先铺路后致富”，在没有体验到网络资源优势的情况下，人们无法想象5G的丰富应用。

担起4G无法承受之重

物联网的发展使得通信终端的数量和密度远远超过了4G网络的承受能力，远程医疗、工业控制等领域需要的低时延也超过了4G的设计极限，所以5G的出现恰逢其时。

技术进步是5G推广的重要支撑力量，强大的市场需求则是技术最根本的拉动力量。根据爱立信公布的《2019年6月移动市场报告》，4G网络已经覆盖世界上大部分国家和地区。截至2019年第一季度，全球移动签约用户总数达到79亿，其中LTE用户37亿，占所有移动签约用户的47%，而且LTE网络的建设势头仍在继续。截至2018年底，全球LTE人口覆盖率约为75%，预计到2024年将达到90%左右；IoT（Internet of Things，物联网）设备连接总数在2018年有108亿，预计2024年将达到222亿，这完全超过了当前LTE系统的负载能力。

为了应对这一情况，一种比较简单的解决方法是增加4G基站数量，但是这样做会带来很多新问题：在4G的设计目标里，并没有考虑能耗和二氧化碳排放量等问题。而且，因为4G的技术选型、调制方式设置和单载波频带宽等问题，4G网络已经达到它设计之初的理论上限，网络接入设备数量也已经非常接近上限。

虽然3GPP提出的LTE系统考虑到了物联网设备，并设计了专门针对物联网的通信协议，但是物联网本身的关键性能指标并没有在4G的设计目标中占据一席之地。

另外，远程医疗、工业控制等领域对于网络时延的要求越来越苛刻。4G标准可以达到的10毫秒极限，已经越来越显得不合时宜，尤其对于远程医疗这种精细操作来说，每一刻的时延都可能会造成一次严重的医疗事故。

在4G无法承受的压力越来越大之时，5G来了！

为解决大量IoT设备的联网问题，5G专门设计了mMTC（Massive Machine Type of Communication，海量机器类通信）场景，可以在1平方千米内同时接入100万个设备。1平方千米相当于140个足球场的面积，也就是说，在1个足球场内可以放置7000多个同时接入5G网络的设备。对于可预见的应用来说这个网络接入设备数量足够了。这个问题看似解决了，但在5G时代面向物的通信将随着海量接入问题的解决扑面而来。因此，5G设计了uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，超高可靠低时延通信）场景，用以满足面向远程医疗、工业设备、车辆等物体的通信需求。在这种场景下，传输的控制面时延只有1毫秒，超越了人的触觉极限；同时，可以支持每小时500千米的高速移动环境下通信。

人们对5G充满渴望，5G第一阶段eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带）场景标准的诞生也不负众望，首先从大视频领域开始助推数字经济。

点燃了数字经济的导火索

数字经济是不可逆转的发展趋势，包括云计算、大数据、人工智能、物联网在内的诸多技术极大地推动了数字经济的发展，而5G最终点燃了数字经济的导火索。5G，为各项技术提供了强力支撑，令数字经济进入快车道，直接引爆数字经济的大发展，同时也会对诸多产业进行重构，形成新的经济形态。

ICT（Information and Communication Technology，信息和通信技术）向纵深发展，带来了第四次工业革命，将人类社会带入数字经济时代。数字经济的发展主要包括数字产业化和产业数字化两个方面。

数字产业化

5G将大大促进ICT技术产业本身的创新演进升级。数字产业化包括ICT服务业（包含电信业、互联网行业、软件和信息技术服务业）和ICT制造业（电子信息制造业）。

因为市场的饱和以及新业务的匮乏，全球ICT制造业增速在2018年有减缓趋势，绝大部分国家的ICT服务业在数字产业化中的占比超过ICT制造业，产业在寻求突破的空间。新材料、新工艺促进了OLED（Organic Light Emitting Display，有机发光显示器）显示屏的商用，大规模天线阵列等技术日益成熟，诸多制造业新兴技术都将直接受益于5G的商用。虽然绝大部分国家的4G投资还没有完全收回，但没有人愿意错过5G这个千载难逢的机遇，都争先恐后地部署5G商用网络。同时，5G周边相关的互联网产业、软件信息技术服务业已经大量使用了云计算、大数据、人工智能等新技术，形成了庞大的ICT服务业产业规模。万事俱备，只欠东风，如何将这些新技术快速传递到产业末端，将其推动作用进一步放大，是数字经济时代面临的紧迫问题。5G是最好的动力引擎！5G的三大应用场景可以渗透到各个行业，让终端用户享受到技术红利！

产业数字化

产业数字化，是指传统的第一、第二、第三产业应用数字技术，进而使得生产数量和生产效率有所提升。5G在数字世界的威力不仅仅体现在生活上，在产业界也将产生翻天覆地的革命性进展。在移动互联网时代，电子商务重构了传统销售模式，让代理商的作用逐渐减小，甚至消失。2019年11月11日，第11个“双十一”购物狂欢节当天，全国网络零售交易额突破4700亿元，其中阿里巴巴天猫总成交额为2684亿元。阿里巴巴CEO（首席执行官）张勇说：“双十一不是为了数字而做，是作为改变社会的驱动器来做。”作为数字经济主力的电子商务已经成为消费升级和高质量发展的重要力量。5G不但会使电子商务等产业如虎添翼，而且可通过高可靠、低时延的优势技术特性，向更多产业渗透，促进多方产业的升级。