从1G到5G改变的不只是手机
华为公司2月24日发布该公司首款第五代移动通信技术（5G）折叠屏手机Mate X。新华社发
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信技术。随着5G商用部署加速，5G已不再只是概念，而是持续引起大家关注的技术和应用方案。
为什么5G会引起如此强烈的期待与猜想？在这背后，不仅是从“大哥大”到折叠手机的变化，也与移动通信技术迭代所带来的生活变化息息相关。
A
还记得1G的“大哥大”吗？
从第一代到第五代，移动通信技术一直在重塑着我们的日常生活。
1G是美国的摩托罗拉公司所引领。上世纪80年代，摩托罗拉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，而且当时价格不菲，但“大哥大”一度占据了全球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。对移动用户来说，2G时代，发短信是最时髦的通信方式。
“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》中写道，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，后起之秀诺基亚引领了大潮。
在1G和2G的标准竞争中，中国还是看客。但3G中，中国开始发力，提出了TD-SCDMA标准。
3G技术环境下，除了通话和短信，上网的重要性开始凸显，微信微博等社交网络兴起。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技术实现了百兆的下载速度，实现了手机看视频、玩游戏，甚至把衣食住行都“管起来了”。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。在4G手机市场上，中国手机品牌同样发展迅猛。
如今，5G来了。相对于前四代通信技术，中国的5G技术及相关产业蓄势待发。
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4G技术支撑“质变”
移动通信技术改进的一个重要进程就是提高基站到终端的通信效率。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播信息是核心问题。
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。”
MassiveMIMO，即大规模多天线技术，也是从4G技术演变过来的。“MIMO，也就是多根天线接收多根天线发送”，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。这一技术之前已经初步应用，现在则是更大规模的应用。
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技术，实现了64T64R，也就是64根天线发送、64根天线接收，“但是5G的64T64R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，进一步增强传输效能。”
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，使用的电波频率不断提高。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。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。因此，5G的关键就是使用超高频电波，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。
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最大影响在于“万物互联”
5G网络在手机端的应用，只是终端应用的一部分。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。在近日举行的世界移动通信大会上，各大厂商竞相推出5G应用解决方案。无论消费者市场，还是工业领域，人们已可以一窥5G时代万物互联的未来。
“5G拥有此前几代网络技术都无法达到的能力，5G能够让网络超越人与人的互联，让数十亿计的物物互联并实时、可靠地操控机器。”上海诺基亚贝尔股份有限公司首席执行官马博策说。目前诺基亚正与德国汉堡港的管理当局和运营商合作，希望借助5G技术提升整个港口运营的自动化程度。据介绍，未来运营可通过收集港区内的各项数据，结合虚拟现实应用，实时分析和管控车辆和船只进出，以在确保安全的同时提高港口通航能力。
今年的世界移动通信大会上，伦敦大学国王学院、天津大学、中国移动研究院以及爱立信等机构联合展示了基于5G网络切片的远程手术技术方案。据介绍，团队成功开发出具有触感功能的柔性手术机器人系统，并实现了基于5G通信技术的远程控制。2018年12月，团队已在实验室中成功完成了远程手术的试验操作。这是一项对精度要求非常高的操作。5G让传输速率得到大幅度提升，时延等问题也得到有效解决，这是顺利开展远程医疗的重要技术前提。而远程医疗这样的5G应用场景，有望给医疗资源不足的偏远地区带来非常好的补充，服务更多病患。
爱立信发布的另一项成果显示，该公司与中国联通等企业合作，在青岛港完成了5G智慧码头解决方案验证。这个项目中，港口岸桥吊车与远程控制中心之间的光纤连接替换为5G连接；由此证明，5G连接可以作为传统人工码头向自动化无人码头升级中的有效传输方案，从而节省约70％的人工成本。
存储和半导体技术公司美光科技公司认为，第四次工业革命将由数字化连接的工厂、机器和设备驱动，它们的速度快到足以实时处理数据，“智能”到足以做出正确的决策。美光科技总裁兼首席执行官桑贾伊·梅赫罗特拉告诉记者：“为充分利用5G的效应，全行业都需要为家居、企业、智慧城市以及更多场景中的设备带来技术创新。”
综合新华社、《齐鲁晚报》
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