5G的前世今生----信息通讯发展的必要性
编者按：中国联通于4月12日发布内部通告称，目前部分省公司正进行2G基站减频退服换机活动，拟关停低话务基站101个。其实，关闭2G并非国内先例，国外不少运营商已关闭了2G网络。面对全球范围一系列关停动作，预示着2G正慢慢退出历史舞台，而5G的步伐似乎也越来越近。
从人类社会诞生以来，更加快捷高效的通讯就成为人类矢志不渝的追求。在古代，人类通过道路相告、飞鸽传书、烽火狼烟方式传递信息，这些传递信息的方式效率极低，而且受到地理环境、气象条件的极大限制。1844年，美国人莫尔斯(S．B．Morse)发明了莫尔斯电码，并在电报机上传递了第一条电报，开创了人类使用“电”来传递信息的先河，人类传递信息的速度得到极大的提升，从此拉开了现代通讯的序幕。1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在，1896年意大利人马可尼第一次用电磁波进行了长距离通讯实验，人类开始以宇宙的极限速度--光速来传递信息，从此世界进入了无线电通信的新时代。我们今天所要说的5G，就是现代意义上的无线电通讯，即移动通讯。
现代移动通讯以1986年第一代通讯技术（1G）发明为标志，经过三十多年的爆发式增长，极大地改变了人们的生活方式，并成为推动社会发展的最重要动力之一。下面我们先来回顾一下从1G到4G的发展历程。
1G时代：“大哥大”横行的年代
最能代表1G时代特征的，是美国摩托罗拉公司在上世纪90年代推出并风靡全球的大哥大，即移动手提式电话。相信经历过那个年代的人们都还记得，风衣、墨镜、大哥大这样的打扮在那个年代可是身份和财富的象征。大哥大的推出，依赖于第一代移动通讯系统（1G）技术的成熟和应用。
1986年，第一代移动通讯系统（1G）在美国芝加哥诞生，采用模拟讯号传输。即将电磁波进行频率调制后，将语音信号转换到载波电磁波上，载有信息的电磁波发布到空间后，由接收设备接收，并从载波电磁波上还原语音信息，完成一次通话。但各个国家的1G通信标准并不一致，使得第一代移动通讯并不能“全球漫游”，这大大阻碍了1G的发展。同时，由于1G采用模拟讯号传输，所以其容量非常有限，一般只能传输语音信号，且存在语音品质低、讯号不稳定、涵盖范围不够全面，安全性差和易受干扰等问题。
2G时代：诺基亚崛起时代
1994年，前中国邮电部长吴基传用诺基亚2110拨通了中国移动通信史上第一个GSM电话，中国开始进入2G时代，在这之后的那些年，诺基亚带给了我们无数经典手机。
和1G不同的是，2G采用的是数字调制技术。因此，第二代移动通信系统的容量也在增加，随着系统容量的增加，2G时代的手机可以上网了，虽然数据传输的速度很慢（每秒9.6--14.4kbit），但文字信息的传输由此开始了，这成为当今移动互联网发展的基础。
2G时代也是移动通信标准争夺的开始，主要通讯标准有以摩托罗拉为代表的CDMA美国标准和以诺基亚为代表的GSM欧洲标准。最终随着GSM标准在全球范围更加广泛的使用，诺基亚击败摩托罗拉成为了全球移动手机行业的霸主，直到乔布斯iphone的诞生……
3G时代：移动多媒体时代的到来
2G时代，手机只能打电话和发送简单的文字信息，虽然这已经大大提升了效率，但是日益增长的图片和视频传输的需要，人们对于数据传输速度的要求日趋高涨，2G时代的网速显然不能支撑满足这一需求。于是高速数据传输的蜂窝移动通讯技术——3G应运而生。
相比于2G，3G依然采用数字数据传输，但通过开辟新的电磁波频谱、制定新的通信标准，使得3G的传输速度可达每秒384kbit，在室内稳定环境下甚至有每秒2 Mbit的水准，是2G时代的140倍。由于采用更宽的频带，传输的稳定性也大大提高。速度的大幅提升和稳定性的提高，使大数据的传送更为普遍，移动通讯有更多样化的应用，因此3G被视为是开启移动通讯新纪元的重要关键。
2007年，乔布斯发布iphone，智能手机的浪潮随即席卷全球。从某种意义上讲，终端功能的大幅提升也加快了移动通信系统的演进脚步。2008年，支持3G网络的iphone3G发布，人们可以在手机上直接浏览电脑网页，收发邮件，进行视频通话，收看直播等，人类正式步入移动多媒体时代。
4G时代：移动互联网时代来临
2013年12月，工信部在其官网上宣布向中国移动、中国电信、中国联通颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可，也就是4G牌照。至此，移动互联网进入了一个新的时代。
4G是在3G基础上发展起来的，采用更加先进通讯协议的第四代移动通讯网络。对于用户而言，2G、3G、4G网络最大的区别在于传速速度不同，4G网络作为最新一代通讯技术，在传输速度上有着非常大的提升，理论上网速度是3G的50倍，实际体验也都在10倍左右，上网速度可以媲美20M家庭宽带，因此4G网络可以具备非常流畅的速度，观看高清电影、大数据传输速度都非常快。
如今4G已经像 “水电”一样成为我们生活中不可缺少的基本资源。微信、微博、视频等手机应用成为生活中的必须，我们无法想象离开手机的生活。由此，4G使人类进入了移动互联网的时代
5G时代：万物互联的时代
随着移动通信系统带宽和能力的增加，移动网络的速率也飞速 提升，从2G时代的每秒10Kbit，发展到4G时代的每秒1Gbit，足足增长 了10万倍。历代移动通信的发展，都以典型的技术特征为代表，同时诞生出新的业务和应用场景。而5G将不同于传统的几代移动通信，5G不再由某项业务能力或者某个典型技术特征所定义，它不仅是更高速率、更大带宽、更强能力的技术，而且是一个多业务多技术融合的网络，更是面向业务应用和用户体验的智能网络，最终打造以用户为中心的信息生态系统。
尽管相关的技术还没有完全定型，但是5G的基本特征已经明确：高速率（峰值速率大于每秒20 Gbit，相当于4G的20倍），低时延（网络时延从4G的50ms缩减到1ms），海量设备连接（满足1000亿量级的连接），低功耗（基站更节能，终端更省电）。
5G将渗透到未来社会的各个领域，5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴，如虚拟现实；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”。
赵述涛 橘子科普团队 中国科学院高能物理研究所工程师
审稿人：北京工业大学教授 科普中国特聘专家 于乃功
