1.早上，手机响了。

2.你醒了。

3.机器人管家来到你床边，告知你昨晚的睡眠质量、健康指数并提供相关建议。他投影出了一个全息影像，开始播报你的日程，之后呈现了你可能会感兴趣的新闻。

4.你和伴侣来到厨房，冰箱根据内存物提供了几种营养美味的菜谱。吃过饭，机器人管家建议你们可以先看一部电影， 你们今天有些想要怀旧，机器人投射出全息《泰坦尼克号》，海水涌上了你的脚面。

5.你们看完电影决定出门，站在试衣镜前，它显示了衣柜中的衣服轮番搭配到你身上的样子。选好衣服，你们乘上自动驾驶飞行器，确认目的地，随即起飞，飞行器自动将你安全送达……

图为亿航智能(EHANG)自动驾驶载人飞行器

停——我知道现在对你来说，这一系列场景的发生顺序是13452，不过别急，这一切并不永远都是白日做梦，等一项神奇的技术应用之后，顺序就是12345了。

那这项技术是什么？为什么能让我们的生活方式升级换代？

它，就是传说中的5G技术。

5G和4G的区别可不是“啊~啊~啊~5G，你比4G多一G”那么简单，别看数字只是加了一位，带来的变化却是量级的。“G”代表“generation”，简单来说，1G时我们用手机打电话，2G时我们能互发短信、看文字信息，3G时上网看图片，而4G时我们看视频和直播，从1G到4G，不仅信号越来越好，安全性越来越高，上网也越来越快了。

1G到4G，手机能做的事情越来越多

那么5G会比4G牛多少？根据国际通信标准组织3GPP的定义，5G将带来三大应用场景：

eMBB大带宽：下载速率理论值将达到每秒10GB，将是当前4G上网速率的10倍。

uRLLC低延时：5G的理论延时是1ms，是4G延时的几十分之一，基本达到了准实时的水平。

mMTC广联接：5G单通信小区可以连接的物联网终端数量理论值将达到百万级别，是4G的十倍以上。

通信是数据时代的基石

通讯技术具有基础性的特点，因此它的任何微小进步带来的影响都是巨大的。而天然具备大带宽、低延时、广联接场景特性的5G技术定将为我们的世界带来革命性的变化。

如AI技术，在5G的加持下，运算和数据传输的速率会大大提升，机器人将可以实现随时随地的与云端交互，这使得AI机器人会更广泛的应用于制造、医疗、建筑、服务、家庭等场景，真正广阔的应用于社会生产与普通人的生活。

未来你可能会拥有一个AI医生

再比如VR/AR技术与全息通信，虽然现在已经部分应用，但因为传输速率不够，体验并不好，经常出现卡顿、模糊甚至让人晕眩。但如果有了5G，速率提高，360°的画面都能够清晰而稳定的呈现，我们就能真正体会到“远隔万里却身临其境”的神奇了。

5G将带来身临其境的VR体验

特别是自动驾驶的汽车与前文看到的自动驾驶载人飞行器，也都将有望在5G时代真正实现广泛应用。

而这背后有无数科学家、基础理论研究者、技术研究者、通信设备制造商、通信运营商等等一代代通信人的共同努力。如果说经济学的目标之一是研究“如何使有限资源得到最有效的应用”，那么无线通信技术所追求的就是“如何利用有限频谱，让更多的人，更少的成本，更好的传递更多的信息。”

这里提到的频谱指的就是一部分的无线电资源，无线电资源按照无线电磁波的频率来划分，属于国（ren）家（lei）所（gong）有（you）的。就像土地一样，任何组织和个人不能未经批准就占用，必须向国家申请。国家会将一定频率跨度的无线电资源进行分配，用于军用及民用的通信，比如在我们国家，立体声广播会占用917MHz-925MHz；民航通信会占用1785MHz-1805MHz的频率；卫星通信会占用2170MHz-2200MHz等等。

无线电望远镜

而无线电频谱总体上有一个特点，就是频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大。

从通信1G（900MHz）到4G（1.8GHz以上）所应用的无线电磁波的频率越来越高，单位时间内传输的信息也就越丰富，传输速率提高了，在我们看来，就是“网速变快了”。这就有点像路越修越宽，跑在上面的车就可以越来越多，也可以越来越快。

当前我们国家分配给三大运营商的4G主力频段位于1800MHz~2700MHz之间的一部分频段，而国际电信标准组织定义的5G的主流频段是3000MHz-6000MHz之间，比4G要高出很多，所以5G的信息传输速率较4G就会产生革命性变化。

既然5G技术这么厉害，那它的原理究竟是什么？

前文我们已经提到，通信应用的频谱频率越来越高，就好像是路越修越宽，理论上讲，跑在上面的车就可以越跑越快，但实际情况好像不是这样。比如，只比四环多一环的北京五环，路已经非常宽了……但每天早高峰的场景是这样的：

上五环，体验从天亮堵到天黑

第一是因为车太多了，第二是因为大家早高峰的时候都在抢时间，很多情况都在无序通行，所以非常堵。单纯的一味把路修宽，并不能良好的解决出行效率的问题，而把路修宽也不是一朝一夕就能完成的事情，受很多客观条件的限制，所以还是要想办法怎么在现有的道路上提升利用率。

无序通行是堵车的充分不必要条件

而频谱资源也一样，是非常非常有限的。而使用手机的人却越来越多，运营商只能在一段频谱的跨度内（带宽）让所有的用户共同使用。所以从无线通信伊始，大家就都在想办法——怎么才能在有限的频谱资源内容纳更多的用户，同时让每个用户传递更多的信息？这就涉及到无线通信中最重要的技术：复用，根据不同的特点，形成了三大主流复用技术：FDMA、TDMA、CDMA。

这仨兄弟长得好像，都快让人弄混了，所以它们到底都是啥？

让我们先从“大哥大”时代说起：第一代移动通信技术时代，也就是1G时代，那时人们接打电话用的是模拟信号，即用一段连续变化的电磁波，然后传递出去，这时候信号和传递信号的电磁波本身是同一回事。

基本只具备通话功能的大哥大

如同使用磁带来录音，其实它们是在记录模拟信号。这种方式的优点是连续，仿真度高，能最真实的还原所记录的实际声音。

但它也有个很大的缺点，就是在信息传递的过程中极易受到干扰，同时毫无安全性可言，自制一个收音机就可以窃听别人的通话，而且两个人通话时必须占有某一段范围的频谱。

窃听电话从战争时期就开始了

想象一下早高峰时间的主路上，一辆车行驶在一条空荡荡的车道上，而其他的车辆必须等到这辆车到达目的地后才可上路。因为这种特性，1G时代模拟信号不可能承载太多的用户。

为了解决这个问题，人们就发明了数字信号，模拟信号是连续的，因此容易被干扰，而数字信号就是将一段连续的模拟信号进行切分，大概多少份呢，基本上是把1秒的信息切成几千份，然后再每隔一份或几份取出一个收集起来，传递出去，你接到信息之后再进行还原，基本和之前的信息没有差别。

这就有点像我给你递送一个拼图，这个拼图完整拼起来是一个飞机的照片，但即便我少给你几块，或者传递过程中弄丢了几块，你收到后拼起来，大致还是能看出是一个飞机，而且也能大概猜出丢掉的拼图块上的图案是什么。你可能觉得这样方式根本不靠谱，但其实如果每个拼图块被分的足够小，即便我丢掉了一半的拼图块给你，你还是可以看出是一架飞机。

比如数码相机拍出的照片也是一种数字信号，我们把相片按原尺寸看的时候很清楚，但当把它放大到一定程度，看到的就都是马赛克了。

这就是因为记录影像信息的过程中“扔掉”很多很多“拼图块”，但并不影响你清楚的看到照片。

只看右边的图片，你能猜出这是什么吗？

当然，这也就是数字信号的好处。“扔掉拼图块”等于信息就可以被压缩、抗干扰，可以不用按顺序传递。只要之后在接收端统一拼装组合，就能将信息还原出来，这样受到的限制就小了很多。

最重要的是，这样把信息分成很多的小块，我们就可以将“信息”这种“货物”分装在不同的卡车上走不同的车道进行运输。而不像模拟信号必须将所有的“信息货物”装在一辆卡车上走一条车道进行运输，这就为频谱的“复用”打下基础。

再比如我们现在用的MP3格式，CD等都是和手机通信一样，将模拟的声音信号转化成数字信号再压缩保存的，这当然会有一定程度的失真，但你几乎是感觉不到的。

MP3播放的音频虽有失真但影响微乎其微

现在我们大致了解了模拟信号和数字信号，也知道了复用的基础就是数字化，就可以继续解释前文提到的FDMA、TDMA、CDMA“复用技术”三兄弟啦。

咱们还是用车道的例子来举例：

频分多址（FDMA）：利用不同的频率分割成不同信道的复用技术。就好像一条划分了多个车道的大路，你可以将一段完整的信息分成很多份的数字信号，转载在不同的卡车上，每个卡车占用其中的一条车道帮你将信息运送到道路的另一端，然后在另一端将分装在不同车道卡车上的信息收集下来组装在一起，拼成完整的信息。

时分多址（TDMA）：允许多个用户在不同的时间段（时隙）来使用相同的频率的复用技术，允许多用户共享同样的频率。这就像很多人共用一条高速公路，每个人有一个卡车车队运送信息，不过你可以在别人的车队中插空行驶，因为每辆卡并不是紧紧的前后贴在一起，中间都有空当。

码分多址（CDMA）：简单的说指的就是将共享一条信道上的信息进行了不同方式的编码。我们可以理解成这次既和别人共用了高速，也和别人共用了卡车。那怎么运送信息呢？我们采用了一种方式，将不同的箱子涂上颜色，我们将自己的信号都分装在了绿色的箱子里，别人有的分装在了红的箱子里，有的分装在了黄色的箱子里，然后在高速的另一头，接受端的人将每辆车上绿色箱子里的信号检出来拼装在一起，就组成了想要的信息。别人的接受端取出相应颜色的箱子，拼出各自想要的信息。这样就实现了共用道路和卡车，大大提升了频频谱的利用率。

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