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）。
表1-1 5G前的通信比较
从模拟通信到数字通信，从文字传输、图像传输又到视频传输，移动通信技术极大地改变了人们的生活方式。前四代移动通信网络技术，只是专注于移动通信，而5G在此基础上还包括了工业互联网和人工智能等众多应用场景（见图1-2）。
图1-2 移动通信技术的发展历程
5.5G（万物智联）
面对如此复杂多变的应用环境，5G不只是简单地升级了移动通信技术，而是为整体基站建设和网络架构带来了创新性的改变。不同于过去2G到4G时代重点关注移动性和传输速率，5G不仅要考虑增强带宽，还要考虑万物互联所需的大规模连接和超低时延，以及未来需求、关键技术、演进路径的多样化等多个维度。
从2009年开始，华为前瞻性布局5G相关技术的早期研究。经过10年的研发，3GPP（国际无线标准化机构）完成5G的完整版本标准制定，并完成IMT-2020标准的提交。2019年6月6日工业和信息化部向中国移动、中国联通、中国电信和中国广电颁发了5G牌照，标志着5G时代正式到来，我国率先进入5G商用元年（见表1-2）。
表1-2 5G发展重要时间节点
国家对5G的发展高度重视，2016年7月27日，国务院新闻办公室举行发布会向社会发布了《国家信息化发展战略纲要》，其中“新一代信息网络技术超前部署行动”是优先行动之首（见图1-3）。行动目标明确为：到2018年，开展5G网络技术研发和测试工作，互联网协议第6版（IPv6）大规模部署和商用；到2020年，5G完成技术研发测试并商用部署，互联网全面演进升级至IPv6，未来网络架构和关键技术取得重大突破。
图1-3 中国新一代信息网络技术超前部署行动
在《国家信息化发展战略纲要》中，为实现新一代信息网络技术超前部署行动，重点指出了四项任务：
◆加快推进5G技术研究和产业化。统筹我国产学研用力量，推进5G关键技术研发、技术试验和标准制定，提升5G组网能力、业务应用创新能力。着眼5G技术和业务长期发展需求，统筹优化5G频谱资源配置，加强无线电频谱管理。适时启动5G商用，支持企业发展面向移动互联网、物联网的5G创新应用，积极拓展5G业务应用领域。
◆加快推进下一代广播电视网建设与融合。统筹有线、无线、卫星协调发展，提升广播电视、海量视频内容和融合媒体创新业务的承载能力，推动有线、无线、卫星融合一体化及与互联网的融合发展，构建天地一体、互联互通、宽带交互、智能协调及可管可控的广播电视融合传输覆盖网，支持移动、宽带、交互及跨屏广播电视融合业务的开展。
◆推动下一代互联网商用进程。加快网络基础设施全面向IPv6演进升级，提升内容分发网络对IPv6内容的快速分发能力。加快IPv6终端和应用系统研发，推动智能终端支持IPv6，实现4G对IPv6的端到端支持。加快推动基于IPv6的移动互联网商用进程，积极引导商业网站、政府及公共企事业单位网站向IPv6迁移。
◆超前布局未来网络。布局未来网络架构，加快工业互联网、能源互联网、空间互联网等新型网络设施建设，推动未来网络与现有网络兼容发展。加快构建未来网络技术体系，加快建立国家级网络试验床，推进未来网络核心技术重点突破和测试验证。加强未来网络安全保障，积极防范未来网络安全风险。
在《国家信息化发展战略纲要》指引下，2017年，通过5G产业界的共同努力推动，5G有关标准、关键技术、产业环境都取得了突破性的进展。2018-2019年，5G步入外场测试和预商用阶段。标准和技术将进一步完善，大规模外场测试将广泛进行。预计2020-2021年，5G开始实现规模化商用。这个阶段5G网络建设的主要目标是分流4G网络的压力，进一步提升无线网络带宽。而到2022年以后，5G商用将持续深入和拓展，通信业与垂直行业将跨界融合，涌现更多的新业态、新模式、新场景。尤其是，5G作为未来数字经济时代的关键使能技术和基础设施，将强有力支撑垂直行业的智能化转型，如智能制造、智能农业、智能医疗、智慧城市、智能环保、无人驾驶、智能机器人以及工业互联网等新场景将层出不穷。