第一章

5G正在到来

5G为整体基站建设和网络架构带来了创新性的改变。

5G的三大典型应用场景：增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）和海量物联（mMTC）。

5G将为用户提供超高清视频、下一代社交网络和浸入式游戏等更加身临其境的娱乐体验；预期千亿量级的设备将接入5G网络。

自20世纪80年代以来，全球每10年都会出现新一代移动通信技术，推动信息通信产业的快速创新，带动经济社会的繁荣发展。当前，第五代移动通信技术（5G）正在到来，它将以全新的基站系统、网络架构，提供远超4G的速率、毫秒级的超低时延和千亿级的网络连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代（见图1-1）。

图1-1　移动通信每10年出现新一代技术

第一节

为何是5G？

5G的G是英语单词Generation的首字母，也就是“世代”的意思。也就是说，5G就是第五代移动通信系统，也被定义为“新基建”的焦点概念。

早在1820年，丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Oersted）发现，当导线中有电流通过时，放在它附近的磁针会发生偏转。多年以后的1887年，德国青年物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）通过试验，揭示了电磁波存在的伟大真理，为人类利用无线电波开辟了无限广阔的前景。这就是通信技术追本溯源的起始——Hz（赫兹）也成为了国际单位制中的频率单位。

电磁波应用于通信领域有其独特性和必然性。首先，电磁波是一种能量，存在产生和吸纳的可能，与信息的发送与接收，具备极高的匹配性；其次，通常认为，光速是宇宙中最快的速度，而电磁波在真空中的传播速度就是光速，这一点使得电磁波能够最大限度地满足信息传输对速度的要求。所以在理论和现实匹配性的基础上，1986年第一代移动通信系统在美国芝加哥诞生，也就是1G网络。

1. 1G（语音通话）

1G移动网络在20世纪80年代初投入使用，它具备语音通信和有限的数据传输能力（早期能力约为2.4kbit/s）。1G网络利用模拟信号，使用类似AMPS和TACS等标准，在分布式基站（托管在基站塔上）网络之间“传递”给蜂窝用户。

2. 2G（消息传递）

在20世纪90年代，2G移动网络催生出第一批数字加密通信，提高了语音质量、数据安全性和数据容量，同时通过使用GSM标准的电路交换来提供有限的数据能力。20世纪90年代末，2.5G和2.75G技术分别使用GPRS和EDGE标准，提高了数据传输速率（高达200kbit/s）。后来的2G迭代通过分组交换引入了数据传输，为3G技术提供了晋升之阶。

3. 3G（多媒体、文本、互联网）

20世纪90年代末至21世纪初，3G网络通过完全过渡到数据分组交换，引入了具有更快数据传输速度的3G网络，其中一些语音电路交换已经是2G的标准，这使得数据流成为可能，并在2003年推出了第一个商业3G服务，包括移动互联网接入、固定无线接入和视频通话。3G网络现在使用UMTS和WCDMA等标准，在静止状态下将数据速度提高到1Gbit/s，在移动状态下提高到350kbit/s以上。

4. 4G（实时数据：车载导航，视频分享）

2008年推出4G网络服务，充分利用全IP组网，并完全依赖分组交换，数据传输速度是3G的10倍。由于4G网络的大带宽优势和极快的网络速度提高了视频数据的质量。LTE网络的普及为移动设备和数据传输设定了通信标准。LTE正在不断发展，目前正在发布第12版，“LTE-A”的速度可达300Mbit/s。

每一代移动通信技术之所以能够实现更快的速度、更低的时延和更稳定的传输，都是通过技术的演变和架构的调整，提高了可用频段的带宽和已有频段的传输效率（见表1-1）。