一道笼罩华为的5G“铁幕”正在缓缓落下，有人说 “5G不仅仅是一项技术，它背后的经济利益以及对社会管理的颠覆作用让它成为一种政治。” 当技术不再只是技术，也许我们每个人都应该关心一下这个看起来遥远却又和每个人息息相关的新时代。你听过"5G之歌"吗？

对我们普通人来说，5G如果仅仅是手机在线看视频更流畅，或者下载速度更快，那离对我们生活的彻底改变似乎还很遥远，可是为什么都在说5G将引领新移动通信时代？

从1G到4G，移动通信的核心是人与人之间的通信

上世纪80年代，第一代移动通讯技术也叫“1G”，采用模拟技术和频分多址技术，只能用来打电话，不过信号很差。欧洲人研制出了第二代通讯技术，也叫“GSM”，俗称2G，采用数字语音传输技术，通话质量大大提高，还能发短信。

第三代移动通信技术开始支持高速数据传输，包括CDMA2000，WCDMA等四种标准，手机可以看图片了，3G时代数据业务也逐步代替了语音业务。第四代移动通信系统包括TD-LTE和FDD-LTE,其频谱利用率高，数据传输更快，手机变成了小型电脑。那么第五代呢？

国际标准化机构3GPP定义了5G的三大场景，eMBB，mMTV，RULLC。其中eMBB指大流量移动宽带业务，mMTC指大规模物联网业务，URLLC指工业自动化无人驾驶等需要低延时，高可靠连接的业务，并规定，5G网络用户体验传输速率至少需符合100Mbps（12.5M/s）下载速度、50Mbps（6.25M/s）上传速度，网路延迟时间不得超过4毫秒，并且在时速500公里的高速列车上也能维持稳定网络连接。

2018平昌冬奥会时期现代汽车测试5G自动驾驶

为了抢占5G的高地，全球各大公司暗中准备，但是要达到3GPP制定的这一标准谈何容易？

在通信领域，通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系，我们常常用“带宽”去取代“速率”，马路越宽，能跑的车流量越大，信道越宽，传输速度越高。5G网络的速度最快要达到10G/s，比4G快了10倍，意味着所需要的带宽更多，4G的带宽是20M，5G的带宽是400M。

无线通信最大信号带宽约在载波频率的5%左右，也就是说，载波频率越高，其可实现的信号带宽也就越大。有更高的频率才能有更多的带宽资源，但是就像马路一样，资源总是有限的。全球的服务运营商在频谱上花费了几十亿美元，频谱高昂的拍卖价格也突显了其市场价值以及这种珍贵资源的稀缺性。开发新的频谱能够让服务运营商容纳更多用户，并提供更高性能的移动宽带数据体验。

下图中玫红色部分即为我国移动通信所使用的频率，集中在3MHZ的中频到30GHZ的超高频。

目前国内三大运营商主要使用超高频

考虑到各个国家频率使用情况不同，为了建立统一频段，降低终端支持全球漫游的复杂度，3GPP给5G定义了两大频谱范围(Frequency Range) :FR1和 FR2，前者从450MHZ到6000MHZ，后者从24250MHZ到52600MHZ。

然而低频率资源毕竟有限，简单来说，现有频率下，马路上已经挤满了车，想飚车？只能去更宽的马路上——在高频频段部署5G，这样才能获得更多频谱资源。但下面这个公式告诉我们，能量是守恒的，有得必有失。

通信技术的进化始终离不开这个公式

在光速恒定的前提下，频率提高将使得通信波长缩短。如今用于智能手机的无线电波的波长大多为几十厘米，但有一种波的波长在1毫米到10毫米之间，可以在30GHz和300GHz之间的频率进行传输，在这个频段，有大量未被分配的频谱，它们被称为毫米波。

毫米波原本只在雷达系统和卫星上有应用，现在它被用于将移动用户与附近的基站相连。使用毫米波技术的无线宽带，其速度远高于从有线电视公司或电话公司获得的宽带速度，于是各家运营商开始在毫米波的不同频段进行测试。

然而波长缩短将会带来一个严重问题：影响通信传输距离。当频率越低时，通信信号穿透性越强，传输距离越远，而毫米波不容易穿过建筑物或者障碍物，甚至可以被植物叶子和雨水吸收，其传播距离最多只能在200米左右。

毫米波会经过建筑、树木、雨雪冰的层层衰减

怎么办，难道要靠建造大量笨重的大基站来解决毫米波的信号衰减问题？

当然不需要。由于毫米波的频率很高，波长很短，这就意味着基站的天线尺寸可以做得很小，从而容纳无限多的天线数，能接入的用户也就成倍增加，这就是5G关键技术——大规模天线技术，它可以提高系统容量和频谱利用率。

设置在室内等人流密集区的微基站

有了这项技术，微基站可以覆盖大基站无法触及的末梢通信，而大基站依然可以作为移动通信的控制平面在低频段工作，微基站则作为移动通信的用户数据平面在高频段工作，二者完全能配合的相得益彰。　

现阶段的天线最大数量为256

当微基站的大量天线组成天线阵列之后，从天线阵发射的大部分能量集中在非常狭窄的区域。这意味着波束宽度会变窄，好处在于，不同用户的光束之间的干扰会更少，缺点则是你必须精确找到用户。一间房间里当人不多时，手机信号很好，但是当许多人聚集到房间里的时候，手机的信号就会变差，有时甚至无法打出电话，这就是因为人数增加后无法精准的将波束对准用户，因此，在MIMO的基础上还需要另一个技术对波束加以控制：

波束赋形是指，大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射（或接收）信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。

当然，Massive MIMO的波束赋形与传统波束赋形不同，它并不是波束直线指向用户终端，而是可以从多个不同方向指向终端。简单来说，假设在一个周围建筑物密集的广场边上有一个全向基站（红色圆点），周围不同方向上分布3台终端（红、绿、蓝X）

没有使用波束赋形的信号传播方式如下：

使用波束赋形的信号传播方式如下：

除了上述的关键技术，5G还有许多技术难关需要一一测试解决，包括能够减轻海量设备下频谱资源不足基站压力过大的D2D（设备到设备通信技术，不经过基站）、同时同频全双工的空中接口技术，分割应用场景的网络切片等等。但在那之前，5G商用化的竞争已经短兵相接。

全世界能做5G的厂家不多，在这中间能解决网络和终端问题的很少，而能生产核心芯片的更是凤毛麟角，但有一家公司提前十年开始布局，是如今唯一能将基站和微波技术结合，真正做到高度集成化和模块化，并提供端到端的解决方案，这家公司叫华为。

“5G技术方面，别人两三年肯定追不上华为”

2019年4月，德国专利数据公司IPLytics发布了最新的5G专利报告，报告指出“中国企业申请的5G通讯系统SEPs（标准关键专利）件数占全球34%，居世界第一，华为更是拥有15%SEPs，是5G专利的龙头”。前面所提到的大规模天线技术的专利中，90%出自华为。

华为5G架构相关的标准提案和被接纳提案数量均位列第一，还它主导并推动了包括SBA、MEC、切片等关键构架的标准化。

5GSEP专利所有企业

根据欧盟委员会的官网网站上给出的《2018年欧盟工业研发投资排名》显示，华为的研发投资位列全球第五，苹果、英特尔和高通则都在华为之后。

庞大的专利数量构成了壁垒，保护华为在行业内的领先地位，而这背后的基础，则来自华为“任用天下智能”的人才战略。信号频谱的概念包含有很强的应用数学理论，完全依靠中国自主创新很难成功，为此，华为在全球成立了16个研究所，储备了至少有700名数学家、800多名物理学家、120多名化学家、六七千名基础研究的专家、六万多名各种高级工程师、工程师。

华为在法国成立数学研究所 

华为曾在俄罗斯招募数十位数学家，建立了彼时几乎无人窥其深意的研究机构——华为俄罗斯数学研究所。仅仅几年之后，该研究所就在全球范围内首次突破性地实现了 GSM 多载波合并，打通 2G、3G、4G 网络，达成了在一个机柜内实现三种无线通信制式的融合功能，进而实现了 2G、3G 、LTE 的单基站 SingleRAN 设计。

2018年，华为发布面向5G时代的SingleRAN Pro 解决方案。该方案具包括一张网支持5G并兼容2G、3G、4G的网络平台，一张网支撑运营商多业务发展的敏捷网络架构，以及一张网实现自动化管理的智能无线网络，强调网络、站点、运维三极简。

任正非说：华为在编的15000多基础研究的科学家和专家是把金钱变成知识，我们还有60000多应用型人才是开发产品，把知识变成金钱。

5G标准之争，其实质就在于信道编码之争。信道编码的作用就像在运快递，有用的数据是你买的东西，但是为了确保东西安全送给你，需要对其包装。本来一车能运100个，现在包完了只能送50个，但是准确率有所提高。

在2015年前后，当时世界上一共有三种编码方案作为5G信道编码方案的候选，分别是欧洲主导的 Turbo 码、美国主导的LDPC 码和中国主导的 Polar 码。Polar码即极化码。

Polar码兼具较低的编码和译码复杂度，不存在错误平层(error floor)现象，误帧率(FER)比Turbo低得多，Polar码还支持灵活的编码长度和编码速率。

但与有着50多岁高龄的LDPC码相比，Polar码还只能说是少年儿童。

在通讯协议方面，作为行业的老前辈，几乎整个 3G、4G 的通讯标准都由高通垄断。在 2018 年著名的信道编码之争上，高通 LDPC 最终拿下了“数据信道方案”的 5G 长码和短码标准，被采纳为eMBB场景的数据信道的数据信道编码，而华为仅仅以一票之差败北。

LDPC码已经拿下一局，出于实施复杂性考虑，整个移动通信系统采用单一的编码方案更利于5G部署，比如，3G和4G采用的是Turbo码，估计会有更多人支持LDPC码。这样一来，主要由美国企业主导的LDPC码有可能一统5G天下，而华为等中国企业主导的Polar码将前功尽弃。

最终经过数轮鏖战和3GPP大会复杂的分数计算，Polar码凭借在算法上的优势以及更高的频谱效率战胜了LDPC和TBCC，为华为拿下“控制信道”的短码标准，使其成为首个进入基础通信框架协议领域的中国公司。

华为的“5G刀片式基站(Super Blade Site)”创新性采用模块化设计，曾获得2018年国家科学技术进步一等奖，刀片式基站的特点是全频段全制式合一，一根杆子就搞定了2G/3G/4G/5G，还可以搭载电源/电池。在欧洲，如果设备过重需要用大型机械吊装，一次就需要万美元，而刀片式基站只有20公斤，基本只需1-2人就可以独立安装。

华为刀片式基站在2018全球移动宽带论坛上展出

爱立信、诺基亚等公司已经研发出了相关样机，并宣称少量发货，而华为已经获得30多个5G商用合同，发货超过4万台基站。另一方面，华为的热学研究所又研发出多种散热技术，将基站整机的能耗降低，从而降低运营商的基站设施电费支出成本，综合来说，华为的基站成本优势几乎无可比拟。

另一方面，在IMT-2020（5G）推进组组织的中国5G技术研发试验第三阶段中，华为5G LampSite率先完成5G SA独立组网的性能和功能的全部测试项目。

支持5G NR和4G LTE的多频一体化室内小基站

除了基站，华为在主设备提供上也处于产业链领先地位，主设备包括天线、路由器、交换机、modem、无线AP，无线网桥，无线网卡，无线避雷器等。

芯片是5G商用的基础与核心，华为的天罡5G基站核心芯片采用MIMO技术。作为Massive MIMO技术的领导者，华为通过C-Band大带宽Massive MIMO、3D-Shaping与波束场景化管理，实现Gbit/s室外连续覆盖、室内百Mbit/s体验速率。

通过引入大频谱带宽，支持大规模集成，相比于老款芯片有着2.5倍运算能力的提升，其搭载最新的算法和波束赋形，单芯片可控制高达业界最高的64路通道，支持200M运营商频谱带宽。

而在5G商用终端之一的手机芯片领域，从1991年就开始布局的海思半导体公司制造出的麒麟芯片已经能和高通骁龙不相上下，2017年，华为手机全球出货量大约为1.53亿部，有7000万部手机使用了麒麟芯片。

从芯片到5G CPE（利用SIM卡接收基站信号，并将其转换成有有线或者无线的局域网络）、5G折叠屏手机Mate X，华为已经拥有了一套完整的端到端解决方案。

从5月17日美国商务部宣布将中国企业华为列入“实体名单”起，谷歌停止暂停终端设备支持，英国芯片设计公司AR须暂停与华为的业务往来，联邦快递私自转移华为包裹，甚至IEEE（国际电气与电子工程师协会）都禁止华为员工参与杂志的审稿和编辑，但任正非说：“华为没有到最危险时刻,现在是在最佳状态 ”。截止目前，WiFi联盟、蓝牙联盟、JEDEC协会已恢复华为成员资格。

华为已经不仅仅只是一家5G网络或智能手机的供应商，同时是它在物联网、云计算及云服务、人工智能等方面均具备相当实力的混合型企业。在2018年的年报中，华为将公司愿景描述为：构建万物互联的智能世界。

十年布局，华为终于抵达山顶，但下一座山峰又在眼前，2019年被称为5G商用的元年，挑战和机遇并存。