从“大哥大”到折叠手机通信技术40年迭代改变生活

  近日，世界移动通信大会在巴塞罗那举行。会上很多技术公司展示了未来5G环境下的智能应用。其中华为公司推出了首款折叠屏5G手机，引发人们对5G技术的持续关注。

  5G，不只是3秒下载一部电影这么简单。在迈向智能世界的过程中，从智能产业到智能城市，新一代通信技术5G为高速联接、泛在感知、共享智能带来了前所未有的价值创造空间，是打造智能经济生态体的关键一环，重构智能世界产业版图。作为智能世界的信息基础“公路”，5G所引领的数据升级将重塑个人、家庭和组织，并在生活、商业、教育、出行、办公和社会形态等领域掀起前所未有的变革。

  为深入解读5G及其未来价值，齐鲁晚报《知了》栏目推出《5G“白皮书”》特别报道。

  5G的步伐慢慢的接近，在这个对5G可见而不可触的时期，在这个5G面纱仍未揭开的时期，公众对5G的期待也就更显迫切。那么，5G和之前的移动通讯技术有何区别，将会带来哪些行业的变革呢？

  为什么5G会引起如此强烈的期待与猜想？在这背后，与人们见证或享受了移动通讯技术迭代所带来的生活变化息息相关。

  5G中的“G”所对应的英文是“Generation”，意思是“代、时代”，5G也就是第五代移动通讯技术。从第一代到第五代，移动通讯技术都在重塑着日常生活。

  1G是美国的摩托罗拉公司所引领，在上世纪80年代发明了民用蜂窝式移动电话，也就是俗称的“大哥大”。1G移动手机功能就是通话，注重的是通信质量，虽然外观似板砖，当年价格不菲的“大哥大”，占据了全球70%的市场。

  2G的引领方则是联合起来的欧洲。1982年欧洲邮电管委会提出了GSM标准，1990年之后，GSM成为欧洲乃至世界的第二代移动通信标准。其核心技术为TDMA（时分多址技术），即每个无限频率按时间均匀地分给8个（或16个）手机用户，每个用户交替占用信道时间。

  “在2008年3G手机全面普及之前，GSM占世界手机用户的80%。”曾在谷歌、腾讯任职的吴军博士在《浪潮之巅》中写到，虽然美国搞出了3个标准，最后不了了之。在此过程中，摩托罗拉颓势渐显，而后起之秀诺基亚引领了大潮。

  在1G和2G的标准竞争中，中国企业一直是看客。不过，在3G中我国开始发力，提出了TD-SCDMA标准，由中国移动使用。2008年底，国务院常务会议研究同意启动第三代移动通信牌照发放工作。

  3G技术，除了通话和短信，上网的重要性开始凸显，尤其是2007年第一代苹果手机面市，引领了后期3G、4G时代的手机风尚。

  4G技术实现了百兆的，实现了手机看视频、玩游戏。在4G的全球赛道上，中国企业逐渐有了话语权，比如设备供应商同时也是终端供应商的华为。同时在4G手机市场上，中国手机品牌发展迅猛。

  如今，5G来了，相对于前四代通讯技术，中国的5G技术及相关产业蓄势待发。

  移动通讯是无线通讯，通讯技术改进的一个重要进程就是提高基站到终端的通讯效率。在传输过程中，电波的频率资源是有限的。因此，如何在有限的频率资源内高效传递信息是核心问题。

  “从本质上来讲，到了4G之后，有一些底层的物理技术已发展得很好了。”在山东大学微电子学院教授邢建平看来，5G的发展奠定在4G的技术积累上。

  “OFDM技术，也就是正交频分复用，原理类似于蜂窝煤。原来是一条信道，现在有很多子信道，一个信道上多条信号传输。频率的利用率更高了。”邢建平介绍。

  Massive MIMO，即大规模多天线G的技术演变过来的。“MIMO，也就是多根天线接收多根天线发送，之前已经应用，但这只是初级版。”山东大学信息科学与工程学院博导、IEEE会员、《系统工程与电子技术期刊》编委白智全介绍，现在则是更大规模的。

  山东大学信息学院副教授朱维红介绍 ，事实上4G的时分双工（TDD）网络就采用了多天线根天线R支持全信道波束赋形，可以将垂直覆盖能力转化成水平和垂直方向覆盖，逐渐增强传输效能。”

  打个比方，灯光照明，其发光是全方位的，但大多光线是浪费的，而波束赋形则解决了这样的一个问题，改变电波传输方向，提高了利用率。

  朱维红认为，5G也有一些区别于4G的技术，比如采用了新的频谱，采用毫米波频段。

  在通信领域，可用电波频率越多，传输速度也就越高。从1G到5G的演变中，使用的电波频率逐步的提升，我国4G用的就是超高频，在2GHz左右，而5G目前实验用频率多为28GHz。

  不过，传输问题也随之而来。电波频率范围虽然宽了，但电波的频率和波长是成反比的，频率越高波长越短，信号衰减严重，传输距离越近。在5G时代，这就成了大问题。因此，5G的关键就是使用超高频电波，现在实验的多在28Ghz左右，波长为10.7毫米。所以这就需要比4G时代数量多得多的基站，毫米波要求的微型基站现在也属于技术前沿。

  由于5G技术涉及的产业链很长，一旦落地，也将重塑很多行业。归结起来，5G的应用主要涉及三个方面。国际电信联盟把5G网络分为3大类，第一类是eMMB，也就是“增强移动宽带”。

  华为5G首席科学家童文博士发文称，2019年5G可实现1-20Gbps的峰值速率、10-100Mbps的使用者真实的体验。5G的G比特级接入速率，已经超越互联网接入，最终用户体验开始发生本质变化，进入“无限网络容量”的体验时代。

  2月24日，华为发布收款5G折叠手机，6月份有望发售，支持5G信号，峰值速率高达每秒4.9G，1G的电影三秒钟下载完成。

  其实，在手机端的应用只是终端应用的一部分。5G的第二个应用场景是URLLC，即“极可靠低延迟通信”。这种网络主要将被应用于工业用途和无人驾驶车辆。

  邢建平表示，“5G会引起车联网的升级换代革命，5G所代表的智能导航，或者说可视的环境，辅助车路协同，将有利于未来的智慧交通建设。”在医疗领域来说，5G的影响也是革命性的，远程可以操纵机械手做手术。

  童文博士认为，由于网络延时远低于人类的近百毫秒的视觉感知延时，网络两端的用户具有身临其境，天涯咫尺与世界零距离的体验。

  “无论是超高速下载，还是智能家具等应用，不是5G承载的主流业务。”白智全更认同5G时代的“万物互联”，在产业端的应用会更大。