5G会如何改变我们的生活？

汪诘 | 文

要谈未来科技，5G是绕不过去的话题。

截至2022年底，我国5G基站共有231.2万个。2022年全年，中国新建5G基站88.7万个，全国5G移动电话用户达到5.61亿户，占移动电话用户的33.3%。而在投资方面，三家基础电信企业和中国铁塔股份有限公司在2022年的5G投资额达1803亿元。

在过去的几十年，普通人的生活方式发生过两次巨大的改变。第一次改变是在2000年前后，互联网走进了每一个普通人的生活。第二次是在2013年前后，我们来到了智能手机和移动互联网时代，从此，人们不怕丢钱包了，只怕丢手机。

有人说，类似这样的巨大改变，下一次一定会发生在5G时代，“万物互联”时代会真正来临。即使这样，关于5G的反对声音依然很多。在这一节里，我会讨论两个话题：第一，我要告诉你为什么5G的发展符合技术飞轮的特点；第二，我想预测一下半数人开始过上5G新生活的时间点大约在什么时候。

在移动通信领域，每推出新一代技术，都意味着一次革命性的技术改变。

>理解5G

按照一般人的理解，5G作为新一代的无线通信技术，最主要的特点可以用九个字来概括，即是“速度快”“并发高”“延迟低”。这样的理解不能算错，但肯定是不全面的。世界各国都有4G网络，速度却很不一样。网速最快的新加坡，可以达到46.6MB/s，但是印度的4G网络，平均就只有6MB/s左右了。

我们需要回归到科学原理的层面理解5G。所有的移动通信都是基于电磁波进行通信的，电磁波的波长乘频率等于光速。因为光速恒定不变，所以，知道了波长就等于知道了频率，反之亦然。因此在我后面的讲述中，不管我说的是频率还是波长，其实都是等价的。你只需要记住一点：波长和频率成反比。

5G称得上是新一代无线通信技术，其最核心的技术叫作超密集异构网络。这是一种全新的移动通信网络架构，可以允许5G在超高频的毫米波波段工作，同时可以确保以4G时代的十倍密度部署基站而不会出现频谱干扰现象。更通俗地讲，5G就是能够扩展到更高频的通信波段，能够利用更大的网络带宽，能够把基站建设得更密，也能够把天线建设得更密集而不会产生干扰现象。只要把握住“超密集”这三个字，就能理解5G的优势了。“速度快”“并发高”和“延迟低”这三个特征，都与“超密集”的架构有关。

>4G的瓶颈

随着基站和天线密度的增加，同频干扰现象越来越严重，速度再也上不去了，这就是4G网络在科学原理上的瓶颈。

新一代移动通信网络这个称号，是由5G全新的底层架构所决定的。这个架构就意味着5G突破了4G的瓶颈，在科学原理上有很大的扩容空间。所以说，5G技术符合技术飞轮的第一条法则，科学原理不存在瓶颈。

技术飞轮的第二条法则是有没有充足的市场需求。根据2018年《中国宽带速率状况报告》中的数据，中国联通的4G平均网速达到了20.42 MB/s，很多人都觉得，以这个速度看电影、听音乐，已经是绰绰有余了，5G是不是个伪需求啊？

这里我要告诉你，这真的不是伪需求。比如说，有些经济发达地区的网友就抱怨说：“为什么4G发展了这么多年了，没见速度提升，反而还越来越慢了？”这种网速变慢的感觉，还真的不是幻觉。越是人口稠密的地区，这种情况就越明显。因为一个4G基站的带宽，是要平均分给所有用户的。现在流量资费越来越便宜了，还有很多包月的策略，很多用户就干脆不用Wi-Fi了，直接用流量看视频，这样一来，带宽一下子就不够用了。

那么，到底是什么制约着带宽呢？通俗地讲，带宽就是一个无线电信号用到的最高频率和最低频率之间的差。带宽越大，无线电波能够承载的数据量也就越大，这也就意味着网速越快。比如说，中国移动4G频率，其中的一个频段就是1880～1900兆赫，这个频段就有20兆赫的带宽。频段决定了，带宽就没办法扩展了。如果想要增加带宽，那就必须再开辟一个新频段才行。事实上，中国移动在4G通信就获得了3个不同的频段，除了刚才说的，还有2320～2370兆赫以及2575～2635兆赫，这三个频段的总带宽是130兆赫。对于中国移动来说，这就是4G通信的带宽瓶颈。

从信息传输的效率来讲，4G的传输效率也已经逼近了理论极限，难以进一步提升了。这个理论极限叫作“香农极限”，这是信息论的基础理论，它描述了一个信道在一定的干扰环境下能够传输数据的最大速率。所以，从4G的编码技术层面来看，也几乎没有什么提升空间了。

除了带宽问题，4G面临的另外一个痛点就是并发数问题。如果你去体育比赛或者演唱会现场的话，一定会有这样的体验：“为什么体育场里的网络信号这么差呢？连个朋友圈都发不出去。”其实，散场之后就会发现，体育场里的网络信号一点儿都不差，别说发朋友圈了，就是看电影速度都是嗖嗖的。刚才网络不好是我的幻觉吗？当然也不是。那是因为负责体育场这个区域的手机基站支持不了那么多人同时连接，所以被挤得暂时罢工了。

目前解决这种临时出现的通信拥堵问题的唯一办法，是让移动运营商提前按照会场的人数临时部署车载移动基站。

>5G与万物互联

除了希望改变网速变慢和通信拥堵这两个很明显的民用需求以外，还有一个推动5G商用化的巨大力量，那就是万物互联的需求。实际上，普通老百姓听到5G首先想到的肯定是手机，但是5G从业人员听到5G很可能首先想到的不是手机，而是IoT，也就是万物互联。

万物互联的低端版本名叫“物联网”，水电煤气公司可以远程查看用户家里的电表、水表和燃气表，然后在支付宝上给我们发放电子账单，这就是物联网最贴近生活的应用。现在，智能音箱、互联网电视这些家电已经非常常见了，那些可以远程开关电灯、空调之类的设备也早已失去了新鲜感。

以上提到的这些物联网应用，无一例外只是把设备本身连入了互联网而已，它们仍然有一个控制中心。这个中心，要么是一个人，要么是一个能暂时替代人的软件。这些设备之间其实并没有互联。什么叫真正的互联，用交朋友来打比方，如果我通过你认识一位新朋友，我只需要向你要来新朋友的微信号，然后加他好友，以后的事儿，就再也不需要你从中联系了。这样才是我和这位新朋友产生了互联。

同样的，5G技术就好比允许所有的联网设备互相加个微信，或者拉一个群。联网的设备们可以凑到一起商量一下，看看怎么能把一件事儿做得更好。这个模式就是万物互联。

万物互联最典型的例子莫过于自动驾驶了。

想象一下，如果一辆自动驾驶汽车需要变更车道，而目标车道上又匀速排满了其他车辆，它就必须与目标车道上行驶的车辆打个招呼，等其他车给这辆想要并线的汽车匀出一块地方，它才能开进来。现在，我们是通过打转向灯这种方式来向后方车辆传递自己想要变更车道的信号的，如果换成自动驾驶该怎么处理呢？采用老式的中心化调度车辆方法，比如依靠现在流行的打车软件来控制，就需要发一个请求给控制中心，然后再由控制中心协调目标车道上的汽车略微减速，从而给需要变更车道的汽车空出位置来。但是，发往控制中心的信号，一来一回就要花费几百毫秒，对于一辆时速120千米的汽车，1秒钟就意味着几十米的距离，由此带来的安全隐患是自动驾驶所无法接受的。

如果借助5G网络，每一辆联网的汽车都可以不通过控制中心中转，甚至不通过5G基站，就能与身边的车辆保持实时的通信联系，每次通信，只需要一毫秒就完成了。你会听到这样一种说法，如果自动驾驶实现了，就再也不会有堵车和交通事故了，支撑他这个观点的技术原理就是万物互联技术。

说实话，目前我们正在应用的5G技术，还远没有到“万事俱备，只欠推广”的地步，还有很多实用性的难题等待解决。5G之所以在现阶段轰轰烈烈地开展民用化，真的是实实在在的需求驱动的。

所以，5G并不是伪需求，它符合技术飞轮的第二条法则。

再来看第三个问题，5G目前面临的主要问题是不是能用钱解决，答案是肯定的。制约5G发展速度最大的问题恰恰就是资金问题，因为无线通信依赖基础建设，是先投入后产出的。

中国工程院数字通信科学家邬贺铨院士提供过一个数据：中国在过去的6～7年里，花在4G建设方面的投资大概是7000亿元到8000亿元，相当于运营商每年投入1000多亿元。

三大运营商共同控股的中国铁塔公司的数据表明，截止到2019年第一季度末，上海市共建成4G基站铁塔2.6万个。如果需要对5G设备进行大范围推广，所有这些铁塔都不需要重建，只需要进行比较简单的供电改造，再把5G设备挂上去就可以了，这是推广5G比4G有优势的地方。

我国的5G网络目前是在3300～5000兆赫之间的频段工作的，这是一个很高的频段。但是，频率越大，衰减就越厉害，基站与基站之间的距离就必须缩短。如果想要达到与4G相同的网络覆盖率，5G基站密度将是4G的三倍左右。也就是说，如果想要5G信号在上海市实现全覆盖，大约需要建设7.8万个5G基站。

当然，这些新增的基站并不一定要新建铁塔。因为5G设备发射信号的波长更短，根据物理定律，波长越短就意味着天线可以做得更小，毫米波允许把天线阵列做得很小而没有干涉现象发生，发射设备也比4G设备要小巧得多。城市里的红绿灯、路灯、监控杆以及小区楼房的屋檐下都可以悬挂5G基站，这也是我们能够以超快速度推进5G建设的原因。

除了这些发射功率较大的基站，5G还有一种专门用来解决建筑物内网络信号问题的微基站。现在已经开通的上海火车站内的5G试点，就是由几十个微基站组成的信号网，其部署的难度并不高，只用了很短的时间，就投入了运行。

虽然我们总听到某个城市动辄就要建设几万个5G基站，听起来工程浩大，实际上难度还是在三大运营商的能力承受范围之内的。我国的人口数量是世界的五分之一，但我们拥有4G基站的数量占了世界的二分之一。相比于5G面临的其他阻碍，基站的建设速度是远超过计划和预期的。

分析至此，我们可以得出结论，5G的技术飞轮已经形成闭环，开始转动，这个飞轮也必然会越转越快，再也停不下来了。

很多人总是习惯用下载速度来判断5G时代是否已经到来，这其实是非常业余的想法。

在新闻中看到关于1秒钟下载一部高清大片的报道，都是在实验室理想状态下的测试，所有的带宽都分配给一部手机用，那当然快啦，但一旦投入民用，那就是无数的手机一起使用，并且我们目前试点的5G网络都是非独立组网的网络，工作频率也并不是在理想的24千兆赫的波段。但我想说，其实1秒钟下载一部大片的事情根本就是一个伪需求，网速快到了一定程度后，就不再需要本地存储影片了，所有的服务都是云服务。

实际情况是，我国并没有直接使用带宽充足的毫米波来推广5G，而是采用了逐步升级的策略，这是因为：

第一，在现在的厘米波频率上，我们能够充分地利用现有4G网络的基础设备，快速推进5G信号的覆盖，这是投资最少、见效最快的方案。

第二，我们的毫米波频率，目前被一些特殊的用途占用，比如航天项目、高空探测项目和射电天文研究等。如果想把一整块带宽资源都拿出来供给5G通信使用，国家也需要充足的时间去协调。

第三，我们的毫米波商用设备其实还不够成熟，比如说用在基站上的毫米波天线，现在仍处于试验阶段。毫米波绕过障碍的能力很差，会受到降雨、雾霾天气的严重影响，很多问题还有待于技术上的突破。

>畅想5G时代何时能走入每一个人的生活

下面就是本节的重点，让我们从5G的诞生开始讲起，看看20年后的5G会是什么模样。

最初，身处于5G试点区域的人，可以体验到令人惊艳的上网速度，因为这时候与你分享带宽的人很少，网速自然就快。这件事情现在正在发生。

随着5G网络覆盖面积的增大，用户数量也会急剧上升，带宽分享肯定会带来网速的下降，虽然这时候的5G网速还会比4G时代快得多，但已经谈不上惊艳了。

再后来，有50%的用户升级到5G网络，这可以定义为5G网络完成全覆盖的重要时间节点。

在5G的普及过程中，会有一种神奇的智能硬件诞生。与现有的智能硬件不同，新款的智能硬件将会自动连接5G网络，不再需要Wi-Fi的支持，它们默认就是联网状态的。这些智能硬件的厂家早已与运营商签订了协议，它们将终生免费使用5G网络，无需用户为它们缴纳网费。这种硬件会在五年后大量出现，它们的应用领域也层出不穷。到那个时候，大多数人才会意识到，原来5G不等于手机。

很快，你还会发现一些厂家的配套家电之间会支持自动通信。比如，你的空调可能会在开启前帮你把窗户关上，或者你的冰箱会把鸡蛋从电商网站加入你的购物车里，你的健康手环和体重秤也不再与你的手机通信，它们会直接把数据上传到云端，交给人工智能健康管家去管理。如果你家里所有的家用电器选购的都是同一个品牌，那么它们很有可能做出一些更有想象力的事情。这件事情在未来五至十年之间会逐渐呈星火燎原之势。

五年后，在一些公共场所，比如体育馆、火车站和飞机场等人员密集的场所，你会发现上网速度比你的家里要快上几倍甚至十几倍，这是因为毫米波5G已经在这些需求最高的地方逐渐普及了。十年后，只要在有公路的地方，我们就可以享受到来自路灯灯杆上的毫米波5G提供的超高速网络。

令人无限期待的完全无人值守的L5级智能驾驶技术很可能会在十五年以后才能逐步走向实际应用。自动驾驶技术比家用电器推广困难的地方不仅仅是技术细节，更有两个巨大的阻碍需要突破。一个是通信协议上的统一，只有所有的汽车厂商都遵循这个协议，自动驾驶汽车才能在路面上完成通信和协作。另一个问题是新老汽车的交替，这必然是一个漫长的过程。

计算机科学家吴军博士曾经预言，工作在物联网设备上的芯片需要更低的能耗，同时也需要一个更加轻巧的操作系统与之配合，这将会诞生另外两个巨型公司。在互联网时代，这两家公司是微软和英特尔；在移动互联网时代，这两家公司是谷歌和安谋（ARM）；在万物互联的时代，5G已经开始全面融入普通人的衣食住行，经过激烈的竞争之后，两个新的互联网巨头将会初露端倪，商业江湖的格局也将重新洗牌。

关于5G，我非常喜欢邬贺铨院士的那句话：“4G改变生活，5G改变社会。”

在后面的章节中，我提到的未来科技，多多少少都需要运行在5G的框架之上，5G就像一条快车道，正在把周围的一切加速引向未来。

（本文摘自汪诘《未来科技大爆炸》，胡杨文化，2024年8月版）

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