科普：关于5G

5G的诞生可以说是因为4G拥有的一个缺点，尽管从理论上讲4G的网速可以变得很快，但是，当很多人同时上网，他不仅不够快，甚至连不进去。举例来说，在一个数万人的会场中，即使每个人的4G信号是满格的，但是如果你拍一张照片想在朋友圈中分享，能否分享成功，全靠运气。这是因为4G的网络传输是要通过基站通信的，若一个基站能够覆盖半径一公里的范围，通常这一公里范围内的人不会同时上网，因此分给每个上网的人的带宽的足够用的，但是当大家都要发照片时，总的传输率超过了信道的总带宽，根据香农第二定律，出错率是100%,大家都传递不了信息。

如何解决这一问题，一种自然的想法就是增加带宽，但是，虽然在4G上增加2~3倍带宽并非难事，但如果想增加1~2个数量级就不行了。这是因为，在4G基础上，大幅度增加带宽一方面需要增加基站功率，这将导致基站附近电磁辐射太强导致不安全，另一方面需要增加通信频率，但无线电波频率越高，越过障碍的能力就越差，因此在城市高楼会严重影响通信。那么应该怎么办呢？最简单的办法就是在提高频率的同时，把基站建得非常密，这样在你的附近有基站，通信传输就不会被建筑物所阻拦。这就是5G概念被提出的源头。4G的方案是在1公里的范围建一个基站，负责方圆一公里的通信，而5G则是在1百米范围建设一个基站(当前的方案是基站平均距离200~300米左右)，负责1百米范围内的通信。

既然5G与4G在方案上最主要的区别是基站的数量和覆盖范围，那么其好处也是显而易见的：
(1)范围内分享带宽的人少了，每个人可以分得的带宽增加了。一个5G基站可以提供和4G基站一样的带宽，方圆一公里范围内的人口是1万人，方圆百米范围内就会下降到100人，这样每个人可以分到的带宽就可以增加100倍。
(2)由于基站的通信范围可以从1公里减少到100米，则基站功率可以降低2个数量级，这样，在基站周围电磁辐射也会大大降低，我们的生活环境反而变得安全了。
(3)由于基站密度提高，通信传输被建筑物阻拦的几率降低，就可以使用更高的通信频率，同样也就提高了带宽。

5G相比4G最大的不同就是单位范围内带宽的提升(即单位范围内可连接通信的设备数量的大幅度增加)，有很多人可能会说，要那么多带宽干嘛，平时我又用不到？很显然，在当前时代，必须要5G才能解决的场景并不常见。但是，一项技术是不是伪需求并不是由当前的用途决定的。5G被提出的一个重要应用场景就是物联网(IOT)。当前的物联网设备，要么是通过蓝牙和你相连后再上网，要么是通过家里的WI-FI联网，总之不能直接联网。今天的智能手表，离开了手机就难以通行，家里的监控摄像头，离开了WI-FI就不工作。而蓝牙、WI-FI、移动通信，这其实是不同的系统，当前的做法有很大的安全隐患。而5G的实施为物联网提供了新的基础，即所有的设备都可以在5G网络中独立存在，且通过设计新的网络标准，让海量的设备同时上网，使万物互联变得名副其实。因此，从5G发展的必要性看，它其实是互联网发展的需求，当所有的东西都要上网通信后，就必然需要5G。而到了5G后，网速提高1至2个数量级，这样不仅IOT使用足够了，对于大多数人家，其实也就不在需要拉宽带，装WI-FI了，这样，互联网和通信网络的融合和统一也就有了实现的可能。

从上面描述的万物互联的场景可以看出，5G的出现对于互联网的影响是革命性的，它不只是一个市场，而是一个时代。第一代互联网时代是PC电脑，整体规模只有大约10亿台联网设备，2011年是全世界PC机出货量最高的一年，大约3.65亿台，之后一直下滑。第二代互联网时代是移动互联网时代，市场规模大约是30多亿部手机，2017年的下半年到2018年的上半年，出货高峰到达高峰，2018年全世界智能手机出货量大约是14.4亿部。而5G很可能引领第三代互联网时代，也就是万物互联的时代，而从上网的IOT设备数量来看，有保守估计是500亿个设备，当然这些设备有大有小，小的如可穿戴设备，智能家居，大的如智能汽车，工厂设备，据估计到2030年，5G和IOT的市场规模可以在今天互联网和电信市场的基础上翻一番，也就是达到8万亿美元以上，或者说，造就一个4万亿美元的新市场。

每一次时代的变革都会引起一轮头部企业的洗牌，许多公司会因此受益，许多会因此淘汰。遗憾的是，在上两个时代，中国并没有出现好的选手，甚至连上台比赛的资格都没有。第一代互联网时代是微软和英特尔的时代，无论你是什么牌子的电脑，都必须使用他们的操作系统和处理器；第二代互联网是是Google和ARM的时代，一个拥有绝大多数手机的操作系统—安卓，一个提供了几乎所有手机处理器的设计方案。而Ggoole一家企业占了互联网收入的30%。第三代互联网时代，华为是目前中国唯一能参与竞争的选手。一方面，华为拥有不少5G专利。另一方面，IOT还没有一个统一成熟的操作系统，无论是华为的鸿蒙还是Google的Fuchsia都还不够合格，但至少华为已经站在了赛道上，而国内很多企业还不够有站在起点的资格。

每一代通信都要有通信的标准，5G也是如此。5G的设想最早是2008年由美国提出，2012年前后各国正式开始讨论5G标准。主管制定标准的机构叫做3GPP(第三代合作伙伴)，今天世界上主要的通信厂家，包括中国的华为等企业，都在其中。标准的制定不是由某一家说了算，涉及技术、利益等多个方面。通常、参与者各自提供自己的想法，大家讨论、修改、形成共同意见。3GPP会在某一个阶段，冻结所有需求，然后发布一个版本，叫做一个Release，中文通常把它简写成R。关于5G的标准，在2018年底，确定了第15版，这个版本经过了78次开会，无数次讨论还价和妥协。在R15中，参与者确定了几大原则，有兴趣的可自行上网查阅，这里主要说明的是，当前的方案并不是最终方案，标准中很多细节都没有确定，5G的国际标准原计划是2020年3月才最终确认，现在由于疫情等原因还没有正式消息。也就是说目前无论是中国、美国还是韩国(只有这三个国家是真正决定建设5G的)，目前的建设其实都是在抢跑，依靠自身的资金实力，在国际标准还没正式发布前，提前建设并运行，这样当别人还是纸上时，有实力的国家已经做足了试验，也就提高了在国际标准制定时的话语权。当然，这种做法有成本风险，但是，以中国目前的实力，是能够承担这个风险的。而美国在这个时候不断打压华为等中国通信公司，未尝不存着拖延时间的想法。为什么要争这个标准，最直接的利益就是，无论是华为还是高通，在5G上都拥有很多可以用到的技术专利，而通过制定国际标准，可以让标准中的很多方案必须用到它的技术，这不仅是一家公司是否能躺着挣钱，更是一个国家未来在5G应用发展上话语权的竞争。而对中国而言，拥有一家处于世界领先的科技公司，是梦寐以求的事情