5G 概述
一句话
5G 是第五代移动通信技术，核心不只是”更快”，而是同时满足高速率、低延迟、大连接三大场景，从”人连人”走向”万物互联”。
一、移动通信演进
通信标准的两个核心
- 对信息发送与接收的描述（如电话号码体系）
- 对信息的编码方式（如文字就是对信息的一种编码）
1G — 模拟语音（1970s，摩托罗拉）
- 能打电话了（大哥大）
- 模拟信号传输，信号质量差、容易被窃听
- 设备又贵又大
2G — 数字信号（1991，诺基亚）
- 与 1G 的本质区别：1G 是模拟信息，2G 是数字信息
- 2G 手机的数字芯片由 1 个专用芯片取代了上百个旧芯片
- 能打电话、发短信，上网很困难
3G — 移动互联网
- 信息传输率提高了一个数量级，使移动互联网得以实现
- 但上网的移动网络和打电话的通信网络彼此独立（当时移动通信与传统电信公司水火不容）
- 一个”半吊子”的移动互联网时代
4G — 移动宽带
- 使用了扁平的网络结构，减少端对端通信时转发的次数，同时增加了基站之间光纤的带宽
- 一个基站覆盖范围是半径 1000 米，正常情况下范围内的人不会全部同时上网。但当大家都要发照片时，总传输率超过信道总带宽，根据香农第二定律，100% 出错
5G — 万物互联
两个关键变化：
- 提高基站通信频率 — 无线通信频率无法向下扩展，只能向上扩展（频率越高，绕障碍物能力越差）
- 基站覆盖范围缩短到两三百米 — 好处有三：
- 避免了建筑物干扰
- 人均带宽增加
- 基站功率可降低 2 个数量级，电磁波辐射也大大降低
每一代的本质变化
1G~4G 解决的都是人与人的通信问题（打电话→发短信→上网→看视频）。5G 第一次把目标扩展到人与物、物与物的通信。
速览
| 代际 | 时代 | 信号类型 | 关键词 |
|---|---|---|---|
| 1G | 1970s | 模拟 | 能打电话了（大哥大） |
| 2G | 1991 | 数字 | 能发短信了 |
| 3G | 2000s | 数字宽带 | 能上网了（半吊子） |
| 4G | 2010s | 高速宽带 | 视频、直播、移动支付 |
| 5G | 2020s | 超高速 + 低延迟 | 万物互联 |
二、三大应用场景
这是 5G 和 4G 最本质的区别——不是一个指标的提升，而是同时满足三类完全不同的需求：
| 场景 | 全称 | 核心指标 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| eMBB | 增强型移动宽带 | 峰值速率 20Gbps，体验速率 100Mbps+ | 4K/8K 视频、VR/AR、云游戏 |
| URLLC | 超可靠低延迟通信 | 延迟 < 1ms，可靠性 99.999% | 自动驾驶、远程手术、工业控制 |
| mMTC | 大规模机器通信 | 每平方公里 100 万个连接 | 智慧城市、智能家居、物联网传感器 |
类比：高速公路
- eMBB：把路拓宽到 20 车道，大卡车（高清视频）也能飙起来
- URLLC：开辟专用应急车道，救护车（远程手术指令）1 毫秒内必达
- mMTC：让自行车、电动车、滑板车（海量传感器）也能同时上路，互不干扰
三、关键技术
毫米波与 Sub-6GHz
5G 使用两个频段：
| Sub-6GHz | 毫米波（mmWave） | |
|---|---|---|
| 频率 | < 6GHz | 24GHz~100GHz |
| 速度 | 较快 | 极快（峰值可达 20Gbps） |
| 覆盖 | 广，穿墙能力强 | 窄，容易被建筑/树木/雨水阻挡 |
| 部署 | 改造现有基站即可 | 需要密集部署小基站 |
| 主要市场 | 全球大部分国家（中国主推） | 美国（Verizon）、日本、韩国 |
国内现状
中国 5G 主要使用 Sub-6GHz 频段（覆盖优先），所以体验上是”比 4G 快几倍”而不是”快几十倍”。毫米波更多用于特定场景（体育场、机场等密集区域）。
大规模 MIMO
Massive MIMO（大规模多输入多输出）：基站天线从 4G 时代的几根增加到 64~256 根。
- 多根天线可以同时向多个用户发送不同数据（空间复用）
- 波束成形（Beamforming）：把信号像手电筒一样精准对准用户，而不是向四面八方广播
- 效果：同样的频谱资源，容量提升 5~10 倍
网络切片（Network Slicing）
在一张物理网络上虚拟出多张独立的逻辑网络，每张网络针对不同场景优化：
┌─── 切片 1：eMBB（高带宽，给视频直播）
5G 网络 ├─── 切片 2：URLLC（低延迟，给自动驾驶）
└─── 切片 3：mMTC（大连接，给物联网传感器）
类比
就像一条高速公路被划分为客车道、货车道和应急车道——物理上是同一条路，但各走各的，互不影响。
边缘计算（MEC）
把计算能力从远处的云数据中心下沉到靠近用户的基站旁边：
传统云：手机 → 基站 → 核心网 → 远方的云（延迟 50~100ms）
MEC： 手机 → 基站 → 旁边的边缘服务器（延迟 1~5ms）
对于自动驾驶、工业控制这类需要极低延迟的场景，数据不用跑到千里之外的云端再回来，在本地就能处理完。
四、5G vs 4G
| 维度 | 4G LTE | 5G NR |
|---|---|---|
| 峰值下载速率 | 1Gbps | 20Gbps |
| 用户体验速率 | 10Mbps | 100Mbps~1Gbps |
| 延迟 | 30~50ms | 1~10ms |
| 连接密度 | 10 万/km² | 100 万/km² |
| 移动性 | 350km/h | 500km/h |
| 频谱效率 | 基准 | 提升 3~5 倍 |
| 能效 | 基准 | 提升 100 倍 |
实际体验
日常手机使用中，5G 最直观的感受是：下载一部电影从几分钟变成几秒钟，视频通话画质更清晰且几乎不卡顿。但 5G 真正的变革不在手机上，而在产业端。
五、应用场景
消费端（to C）
| 场景 | 说明 |
|---|---|
| 云游戏 | 游戏在云端运行，手机只负责显示和操作，不需要高端硬件 |
| VR/AR | 高带宽 + 低延迟消除眩晕感，让移动 VR 体验接近有线 |
| 4K/8K 直播 | 体育赛事、演唱会的超高清多角度直播 |
| 高清视频通话 | 远程办公/教育的沉浸式体验 |
产业端（to B）— 5G 真正的价值
| 场景 | 说明 | 为什么需要 5G？ |
|---|---|---|
| 智能制造 | 工厂设备实时监控、柔性生产线 | 低延迟 + 大连接 |
| 自动驾驶 | 车路协同，车辆实时通信 | 超低延迟（1ms 级）是生死攸关的 |
| 远程医疗 | 远程手术、远程诊断 | 外科手术容不得半点延迟 |
| 智慧港口 | 无人码头、远程操控龙门吊 | 已在国内多个港口落地 |
| 智慧矿山 | 无人矿卡、远程采掘 | 危险环境用机器替代人 |
| 电力巡检 | 无人机自主巡线 | 大带宽回传高清图像 + 精准控制 |
5G 的商业逻辑
对运营商来说，消费端（手机上网）的流量增长带来的收入增长有限——用户不会因为网速翻倍就多交一倍话费。5G 真正的商业价值在 to B（产业互联网），通过网络切片为企业提供定制化的专网服务。
六、5G 网络架构
NSA vs SA
| NSA（非独立组网） | SA（独立组网） | |
|---|---|---|
| 核心网 | 复用 4G 核心网 | 全新 5G 核心网 |
| 基站 | 5G 基站 + 4G 基站协同 | 纯 5G 基站 |
| 部署速度 | 快（过渡方案） | 慢（需要全新建设） |
| 能力 | 只有高速率（eMBB） | 三大场景全部支持 |
| 网络切片 | 不支持 | 支持 |
Info
中国是全球最大的 SA 网络市场，三大运营商已基本完成 SA 独立组网部署。
核心网云化
5G 核心网采用服务化架构（SBA），把传统的网络设备拆解为微服务，运行在云平台上：
- 灵活部署、快速升级
- 支持网络切片
- 为边缘计算提供基础
七、挑战与局限
| 挑战 | 说明 |
|---|---|
| 基站密度大 | 5G 频率高，覆盖半径小，需要的基站数量是 4G 的 3~5 倍 |
| 建设成本高 | 基站 + 光纤回传 + 电费，单基站功耗是 4G 的 2~3 倍 |
| 室内覆盖难 | 高频信号穿墙衰减严重，需要额外部署室内小基站 |
| 杀手级应用待定 | 消费端至今没有出现”只有 5G 才能做”的爆款应用 |
| 投资回报周期长 | 运营商大量投入建设，but to B 的规模化营收仍在探索 |
八、5G 之后：5.5G 与 6G
| 5.5G（5G-Advanced） | 6G | |
|---|---|---|
| 时间线 | 2024~2025 部署 | 预计 2030 年前后 |
| 速率 | 下行 10Gbps | 目标 Tbps 级 |
| 延迟 | 亚毫秒级 | 微秒级 |
| 关键技术 | 通感一体化、AI 原生网络 | 太赫兹通信、卫星地面一体化、AI 原生 |
| 愿景 | 5G 能力加强版 | 数字孪生世界，虚实融合 |
Quote
1G~4G 改变了人们的生活方式，5G 正在改变产业的运作方式，6G 的目标是连接物理世界和数字世界。