什么是5G？
第五代无线技术（5G）是蜂窝技术的最新迭代。5G的设计旨在极大提升无线网络的速度和带宽，同时相较于前代无线标准，显著降低延迟。5G是电信、物联网（IoT）以及使用私有5G的专用网络的理想选择。蜂窝公司于2019年开始部署5G网络，作为第四代无线技术（4G）的继任者。
通过5G，经由无线宽带连接传输的数据可以达到数千兆比特的速度，理论上峰值下载速度高达20 Gbps。这些速度超越了有线网络速度，并能提供低于5毫秒（ms）或更低的延迟，这对于需要实时反馈的应用程序非常有用。由于拥有更多可用带宽和先进的天线技术，5G能够大幅增加无线系统传输的数据量。
总体而言，随着5G技术的推广，预计将催生各种新的应用、用途和商业案例。
5G如何工作？
5G通过5G新空口（5G NR）空中接口设计实现，该设计作为5G网络的规范——描述了5G产品如何通过5G NR网络基础设施传输数据。5G使用正交频分多址接入（OFDMA），这与4G LTE网络使用的无线接入技术相同。这样，4G LTE无线技术为5G奠定了基础。此外，5G还采用了更新的技术，如正交振幅调制（QAM）、波束赋形以及其他新特性，以提高网络效率并降低延迟。
5G无线网络由划分为多个扇区的蜂窝站点组成，通过无线电波发送数据。与需要大型、高功率蜂窝塔在更远距离辐射信号的4G不同，5G无线信号通过大量位于路灯杆或建筑物屋顶等位置的小型蜂窝基站传输。使用多个小型蜂窝是必要的，因为毫米波（mmWave）频谱——5G赖以产生高速的频段——只能在短距离内传播，并且容易受到天气和物理障碍物的干扰。
毫米波频率很容易被树木、墙壁和建筑物等物体阻挡——这意味着，在大多数情况下，毫米波只能在蜂窝站点或节点的直接视线范围内覆盖大约一个城市街区。业界已经研究了不同的方法来解决这个问题。一种“蛮力”方法是在人口密集区域的每个街区周围使用多个节点，以便支持5G的设备可以使用空中接口——在保持毫米波速度的同时从一个节点切换到另一个节点。
由于其功能集，5G能够提供许多潜在优势，其中最显著的是其潜在速度和低延迟。
另一种更可行的抵消毫米波在距离和干扰方面挑战的方法是将其与较低频率的无线频谱（称为Sub-6 5G）结合使用。
5G频谱分为毫米波（高频段）和Sub-6 5G（低频段和中频段）。虽然不如毫米波快，但Sub-6 5G通常仍快于平均的4G LTE速度。低频段的5G速度最慢，但仍快于某些4G LTE速度。相比之下，中频段比低频段快，但仍远不及毫米波。Sub-6 5G比毫米波覆盖更远的距离，但在速度和容量上低于毫米波。
毫米波仍用于人口密集区域，而Sub-6频率可用于人口较少的区域。较低端的频率可以覆盖数百平方英里。这意味着，所有5G频段的实施提供了全覆盖，同时在流量最大的区域提供最快的速度。
5G有多快？
5G频谱中的每个频段以不同的速度运行：
- 低频段提供低于1千兆赫（GHz）的速度，但仍能提供快于某些4G LTE的速度。
- 中频段提供范围在3.4GHz到6GHz的速度。
- 相比之下，毫米波频段为30 GHz到300 GHz。
每个频段的速度会根据运营商、距离、网络流量或障碍物（对于毫米波而言）等因素而变化。
尽管5G服务现已广泛可用，但它并非许多人最初认为的直接替代4G。虽然现在有些地区提供快速的多千兆比特下载速度，但用户更可能遇到的是中频段或低频段5G速度。即使在一个提供毫米波5G的城市街区，如果信号必须穿过墙壁，其速度也会降低。因此，许多用户可能只会注意到与4G相比速度略有提升。
在大多数情况下，5G速度仍被认为是快速的，使得消费者应用（如无线流式传输4K分辨率视频）更加可行。
5G有哪些优势？
尽管考虑到毫米波容易被阻挡的缺点很明显，但5G仍有许多值得称道的优势，包括：
- 使用更高频率。
- 高带宽。
- 增强型移动宽带。
- 5毫秒的低延迟。
- 更高的数据速率，这将支持通过5G网络实现新的技术选项，例如4K流媒体或近乎实时的虚拟现实流媒体。
- 覆盖范围灵活，拥有由低频段、中频段和毫米波频率组成的移动网络。
5G的推出
大约在2019年5G首次推出的同时，首批符合5G标准的智能手机及相关设备开始上市销售。
起初，运营商的5G部署效果平平，因为一些公司选择先建设其低频段基础设施。虽然仍是5G，但它并未提供许多运营商宣传的令人目眩的高速——那种高速将来自毫米波。Verizon是早期采用者，构建了其5G毫米波架构；然而，这个过程成本高昂，起初仅在少数特定城市区域提供。
自2019年以来，许多5G运营商有时间来建设其5G Sub-6和毫米波部署。许多公司如Verizon或AT&T在其网站上提供覆盖地图，显示他们在何处提供5G毫米波、Sub-6或4G覆盖。然而，每家公司对其提供的每个频段有不同的命名。例如，Verizon称其5G毫米波为“5G Ultra Wideband”，而AT&T称其为“5G+”，T-Mobile则称其为“5G Ultra Capacity”。
将有哪些类型的5G无线服务可用？
网络运营商正在开发两种类型的5G服务：
- 5G蜂窝服务：为用户提供对运营商5G蜂窝网络的访问。这些服务始于2019年首批支持5G（或符合5G标准）的设备上市时开始推出。蜂窝服务的交付也取决于3GPP完成移动核心标准。
- 私有5G：为私有网络用例提供5G蜂窝连接。组织必须拥有或租赁5G频谱和基础设施来实施私有5G网络。私有5G的工作方式与公共5G网络相同，但所有者能够限制对其网络的访问。私有5G网络可作为服务、完全自有、混合或切片私有网络部署。
- 5G固定无线宽带服务：无需有线连接到场所，即可为家庭和企业提供互联网接入。为此，网络运营商在建筑物附近的小型蜂窝站点部署新空口（NR），向屋顶或窗台上的接收器发射信号，信号在场所内被放大。固定宽带服务有望降低运营商向家庭和企业提供宽带服务的成本，因为这种方法消除了向每个住所铺设光纤线路的需要。相反，运营商只需要将光纤安装到蜂窝站点，客户通过位于其住所或企业的无线调制解调器接收宽带服务。
5G与4G：关键区别
每一代蜂窝技术在其数据传输速度和编码方法上都有所不同，这需要最终用户升级其硬件。4G最高可支持2 Gbps，并且速度仍在缓慢持续提升。4G的速度比3G快达500倍。5G可比4G快达100倍。
4G和5G之间的主要区别之一是延迟水平，5G的延迟要低得多。5G使用正交频分复用（OFDM）编码，类似于4G LTE。然而，4G使用20 MHz信道，最多捆绑至160 MHz。5G则使用高达100至800 MHz的信道，这需要比4G更大的无线电信道块。
三星目前正在研究6G。目前关于6G的速度和运行方式知之甚少。然而，6G可能在量级上的差异与4G和5G之间相似。有人认为6G可能使用无线电频谱上的毫米波，并且可能还需要十年时间才能实现。
5G用例
5G用例范围涵盖商业和企业用途到更普通的消费者用途。5G可用于的一些示例如下：
- 流式传输高质量视频。
- IoT环境中设备间的通信。
- 更精确的位置跟踪。
- 固定无线服务。
- 低延迟通信。
- 更好的实时分析能力。
除了速度、容量和延迟的改进外，5G还提供网络管理功能——其中包括网络切片，使移动运营商能够在单个物理5G网络内创建多个虚拟网络。此功能将使无线网络连接能够支持特定用途或商业案例，并可以作为服务出售。例如，自动驾驶汽车可能需要一个提供极快、低延迟连接的网络切片，以便车辆能够实时导航。然而，家用电器可以通过较低功耗、较慢的连接进行连接，因为高性能并非关键。物联网可以使用安全、仅数据的连接。
5G对经济的影响
5G的价值链及其对广泛行业的支持对经济产生了显著影响。普华永道的一项研究预测，到2030年，5G对美国经济的总影响将达到1.3万亿美元。2019年，5G影响的主要行业包括医疗保健（5300亿美元）、智能公用事业（3300亿美元）、消费和媒体应用（2540亿美元）、工业制造（1340亿美元）和金融服务应用（850亿美元）。
在CTIA发布的另一份2020年报告中，无线行业为美国经济创造了超过1.3万亿美元的收入，并增加了近450万个就业岗位。
谁在开发5G？
许多大型运营商正在努力建设和扩展其5G网络。这包括Verizon、AT&T和T-Mobile。例如，上述每个运营商都接受了多层级5G战略的理念，其中包括使用低频段、中频段和毫米波频率。
同样，3GPP正在努力对其5G规范进行更多更新和改进。
为什么5GE并非真正的5G
在5G开发的早期，AT&T发布了5GE网络，4G LTE用户收到更新，“升级”到了5GE。然而，5GE只是AT&T的千兆位4G LTE网络的品牌重塑。
AT&T辩称提供的速度足够接近5G，但从技术上讲它仍然不是5G。G代表“代”，通常表示与旧硬件存在兼容性中断。用户无法通过更新手机来支持5G；相反，他们需要购买完全支持5G的新手机。这是一种营销策略，误导了不了解技术细节的个人。
有哪些5G手机可用？
手机或其他硬件不能仅仅通过4G手机上的软件更新来启用5G。5G需要特定的硬件。
为了能够利用5G，用户必须拥有支持5G的设备、支持5G的运营商，并且处于有5G节点在范围内的区域。
如今发布的大多数新手机都设计为支持5G。例如，iPhone 12及以上型号都支持5G，而Google Pixel 5及以上型号也支持5G。
蜂窝无线技术的历史
1G由日本电报电话公司于1979年推出。到1984年，日本成为第一个在全国范围内拥有第一代网络的国家。摩托罗拉于1983年推出了第一款商用手机，名为DynaTAC。
第二代网络（2G）最初于1991年在芬兰发布。2G为移动通话带来了显著改进，例如改善音质、减少静电以及引入加密通话。2G的另一个主要新增功能是能够通过启用数据传输在手机上访问媒体。
第三代无线技术（3G）于2001年首次推出。3G侧重于标准化不同供应商的网络协议。3G最大的改进是其提高的速度，使用户能够在移动设备上浏览互联网。3G的数据传输能力是前代的四倍。国际漫游服务也被引入。
第四代无线技术于2009年推出。4G使用户能够以更快的移动网络访问速度流式传输高质量视频。2011年，LTE网络开始在加拿大推出。在尚未提供5G的地区，4G LTE仍然常见。
5G的开发工作始于2015年，由3GPP——一个电信协会协作组织——负责。3GPP最初的目标是为3G移动系统制定全球适用的规范。3GPP每年召开四次会议来规划和开发新版本。每个版本都在上一个版本的基础上进行改进，同时提供新的标准化功能。
2017年，第五个5G和5G NR规范发布。一年后的2018年，3GPP批准了第16版，其中包括一些规范，如网络切片。
5G于2019年公开发布，Verizon成为首批在芝加哥和明尼阿波利斯开发5G移动网络的运营商之一。Sprint、AT&T和T-Mobile等其他运营商大约在同一时间开始推出自己的5G基础设施和服务。一些公司开始专注于更高速的毫米波基础设施，而另一些公司则决定首先投资开发较低频段频率。
2020年，3GPP第16版发布，重点关注5G的应用，如汽车和工业物联网。第18版于2022年推出，涵盖了系统架构和服务、安全、多媒体编解码器，以及管理编排和计费功能。
无线网络的历史经历了多次迭代，随着5G的不断普及，我们将继续看到新的迭代、更新和改进。