无线通信产业已经发展了四代，目前正处于5G产业化前夕，是当下到一个最热的话题，5G如何发展，前景如何，是各个方面包括学术界、产业界、投资界以及*府都非常关心的。另外，中国已经启动6G研究的消息也见诸报端，未来无线通信产业如何发展，是不是会继续有6、7、8、9G，也引起了大家的关切。为了回答这些问题，我们首先简单地回顾一下无线通信产业发展的历史。
无线通信产业是由需求和技术两个轮子驱动前进的。早在年，贝尔实验室的科学家就提出了蜂窝通信的概念，其中的核心技术是频率复用和切换。基于这一概念，贝尔实验室于年研制出先进移动电话系统（AdvancedMobilePhoneService，AMPS），这就是 代移动通信系统。AMPS是一个模拟通信系统，采用频分多址（FDMA）的复用技术，主要技术手段是滤波器，容易受噪声的干扰，语音质量较差。
随着集成电路技术的发展，第二代移动通信系统采用了数字技术，并采用TDMA和信道编码技术，使得通信系统向宽带化发展，语音质量得到了较大的改善。其中欧洲制定的GSM系统非常成功，至今仍在广泛使用。
20世纪90年代互联网蓬勃发展，顺应这一时代要求，产业界制订了3G标准用以实现移动互联网。3G采用了高通公司开发的CDMA技术。CDMA一度被认为是一个神奇的技术，高通公司宣称CDMA的频谱效率可以达到AMPS的18倍，但是实践表明这个观点太过于浮夸了，CDMA存在自干扰问题，其频谱效率只比GSM高10%左右，并且3G的主流标准WCDMA的系统设计过于复杂，导致部署成本比较高，所以一直无法替代GSM系统。
第四代移动通信采用了OFDM技术，从根本上克服了CDMA的技术缺陷，并且简化了系统设计，成就了一代成功的移动通信系统。OFDM如何克服CDMA的缺陷，具体可以参考我的《通信之道-从微积分到5G》。
如果我们稍微总结一下，可以发现，1G发掘出了移动通信的巨大需求，但是采用了比较落后的技术体制，因此长不大。2G进行了数字化革命，从而获得巨大成功。3G是为了新出现的移动互联网需求而诞生，但是在技术上走了弯路，全球的3G业务都不是太成功；而4G回归了正确的技术路线，目前4G业务蓬勃发展。
随着4G的成功商用，按照无线通信十年一代的发展规律，产业界开始了5G的研发。按照业界目前的一般口径，5G在年左右开始规模商用。中国*府已经为5G分配了MHz的频谱，三大运营商也已经在多个城市开展了商用实验，商用前的准备工作正在紧锣密鼓地进行。很多人认为5G牌照会在年内（）发放。
对于5G的讨论，也要从技术和需求两条线来讨论。
无线通信技术体制
无线通信产业基本上可以用“端管云”三个字进行概括。端就是终端，包括电脑，PAD，手机等。云就是存储在网络上的内容，如新浪、百度、淘宝的数据中心，而管就是连接终端和云之间的这条通道。
端管云
这条管道可以分为两段。一段是终端到基站（或者路由器），这段是无线通信，也叫空中接口；另一段是基站到云，是有线通信。云都是挂在因特网上的，因此因特网是这条管道当中必经之路。移动通信有核心网，基站首先挂在核心网上，再连接到因特网。核心网主要是起运营支撑作用，比如身份的识别，计费等等。而另一个体系是大家都熟悉的WiFi，没有核心网，路由器是直接戳到因特网的。这就构成了两大生态体系，也就是传说中的CT和IT，它们之间的合作与竞争将贯穿无线通信产业的走向。
在无线通信产业当中，空中接口这一段的产值，包括终端和基站，占绝大部分。如果做一个类比，通信网络可以类比人体的循环系统或这神经系统。骨干网的部分可以类比中枢神经或者主动脉，虽然容量很大，但是只有几条。骨干网络的销售额不大，但是占据战略制高点；而空中接口部分相当于神经末梢或者毛细血管，数量庞大，占据无线通信产业的主要市场份额。
有线网络现在都光纤化了。光纤的发明是基于高锟的理论，他因此获得诺贝尔奖。光纤的容量大，成本低，彻底改变了人类通信的面貌。最早的光纤线路的速率只有45Mbps，后来以令人乍舌的速度发展，目前一根光纤已经可以达到1Tbps。而光纤要比同等长度面条便宜，这是真正的高科技。早期光纤只用于骨干线路（比如北京和上海之间），随着成本的降低，目前光纤已经入户了。由于光纤的存在，有线网络的主要工作在于怎么组织和利用光纤的容量，如IPV6，SDN等等，基本上是逻辑性的工作，总体来说是比较简单的。
空中接口部分就比有线网困难多了。在有线通信当中，信号在一个精心制造的介质里面传播，无论是铜线还是光纤，信号质量非常好，随便搞搞就能达到很高的速率。而无线信号的传播环境就恶劣得多得多。无线电波在传播过程中衰减很快，还受到建筑物、山体、树木的阻挡，很多时候需要经过反射或者穿透障碍物才能达到接收机。并且，无线电波不是规规矩矩地沿着规定的路线走，会走到不希望的地方，造成对他人的干扰。但是无线通信有一个好处，就是摆脱了线的束缚，可以拿着手机随便走，这种便利性是有线通信所无法比拟的。所以尽管挑战很大，无数的研究者前仆后继，攻克无线通信当中的道道难关。
网络分层协议
刚才说的这些事，背后是网络的分层结构。比如上图就是一个网络的7层协议模型，非专业的读者不必深究，只需要知道网络是分层工作的就好了。 下的一层叫物理层，其他的可以和合并起来叫高层。物理层是处理物理信号的，比如电或者是光，就是如何把信息转换成可以用来传输的电信号或者光信号。物理层解决的是通信能力的问题，或者是带宽的问题。有了这么多的带宽之后，怎么组织和利用是高层要做的事。
这个和邮*系统非常类似。物理层相当于运送信件或者包裹的方式，可以是马车，汽车、轮船、飞机，这提供了运送的能力。但是寄信的时候，我们要在信封上写通信地址，要跑到邮局交给柜台，后然分拣打包装车，到了目的地后要有邮递员送到收信地址，这些都是高层做的事情。
所以大家能看出来，通信网络的核心技术在物理层。当然高层也必不可少，但相对来说可以变化的空间不大。如果说我们的邮*系统比以前先进，主要不是体现在邮局的布置上，而是运输方式的改进，以前是马车，现在改飞机了。虽说邮局也进步了，比如装了玻璃柜台，或者信件实现了机器分拣，但不是主要的因素。
光纤是现代通信网络的最重要的基石，就是物理层技术。高层技术当中大家最熟悉的是IP协议。IPV4获得广泛应用后，虽说存在一些问题，试图通过IPV6去解决。但是IPV6经过 十年也没有取代IPV4，就是因为高层技术相对简单，改进的空间不大。
无线通信技术演进
同样，空中接口的核心技术也在物理层，每一代移动通信是由这些核心技术所定义的。这些核心技术，也就是《通信原理》课程里面的知识。
3G核心技术
空中接口的核心技术可以分为5个大类，分别是调制、编码、多址、组网和多天线。比核心技术更基础的是基础理论，包括电磁理论和信息论。如上图所示。
大家都知道，高通公司开发了CDMA技术，并且成为3G三大标准（WCDMA，CDMA和TD-SCDMA）的核心技术，从而一跃成为芯片业巨头。上图所示的是WCDMA的核心技术。高通的贡献主要在多址和组网两个领域。
虽然普遍认为高通开发了CDMA技术，但是CDMA并不是高通发明的，发明人是好莱坞艳星海蒂.拉玛。CDMA技术的标准接收机叫Rake接收机，也于年代由贝尔实验室发明。实际上由于当时普遍认为CDMA的保密性好，一直应用于*事通信。而高通解决的是CDMA的民用问题，这在当时是普遍不被看好的。
高通解决CDMA民用有三招，分别是功率控制（PowerCtrl）、同频复用（UFR）和软切换。功率控制解决远近效应，同频复用提升频谱效率，软切换解决切换连续性。这构成了高通CDMA的技术体系。这里只简要介绍一下，技术人员可以参考我的书《通信之道》。因为UFR并不是专利，所以高通其实在CDMA上就两个核心专利，其中软切换专利获得美国专利局的授权还载入了高通发展史。
3G在编码领域的主要进展是采用了Turbo码，这是法国电信所资助的教授发明的，是通信发展史上的里程碑，因为它首次充分逼近了香农在年所提出的信道容量。
在多天线领域，Alamouti编码应用到了广播信道多编码。因为广播信道在整个业务当中的比重并不大，所以这个编码的作用相对重要性低一些。但是这个编码是多天线技术领域的里程碑，有非常大的影响力。
调制是最基础的通信技术，没有之一。因为基础，所以稳定，一直到现在的5G都没有太大的变化。
可以看出，高通在3G的多址和组网两个方面拥有核心技术。当然，在把核心技术工程化的过程当中也建立起由几千个专利组成的专利组合。凭着这些专利和芯片的联合运作，收取了大量的高通税。
其实从现在的眼光看，Turbo码和Alamouti码是更重要的核心技术。但这两个核心技术在法国电信和ATT这样的大公司里面，没有进行商业化运作的机制，只是收了一些专利费，没有形成象高通这么大的商业。
4G核心技术
到了4G之后，CDMA技术被OFDM技术所取代。主要的原因是CDMA存在自干扰的问题。高通的功率控制和软切换试图去解决这个问题，但采取的方法是在CDMA缺陷的基础上进行补救，但是怎么补也补不彻底。
而OFDM从根本上克服了CDMA自干扰的缺陷，使得频谱效率得到了很大的提高，那这些补救措施也就没必要了。所以在4G时代，高通的技术体系被摧毁了。采用OFDM技术带来了新的问题，解决这些问题导致了三个创新的出现，这就是我在华为提出的sOFDM和软频率复用（SFR）以及爱立信提出的SC-FDMA技术。我在华为还提出了随机波束赋形（randombeamforming）技术，解决了非常火热的循环延时分集（CyclicDelayDiversity）的严重缺陷。在调制和编码领域仍然采用了3G的方案。
可以看出，华为在4G的核心技术上已经取代了高通。但是很可惜，由于华为公司的跟随基因，无法发挥手上的专利核武的威力，还要向高通交钱，也只是向苹果收了点小钱。但是华为因此避免了专利核武打击，加上华为在产品上的优势，所以华为日子过得很好，在4G时代成为 大设备制造商。
5G核心技术
5G标准已经制定完成了，盖棺定论后已经可以看得很清楚了。
首先调制这块还是没有变，太基础了，想变也变不动。
因为联想投票门的事情，编码这块的故事很多人都知道。相比于3G/4G采用的Turbo码，5G采用了LDPC和Polar码。这两个码都是鼎鼎大名，是Turbo码之后通信技术发展的里程碑性的技术。但是由于Turbo码已经比较接近香农限，虽然这两个码更接近，但是对系统容量的提升已经不大，大概是1～2%左右。
多址这块，对于5G三大场景之一的eMBB这块没有变，还是采用了OFDM。其中爱立信提出的SC-FDMA从4G的必选项变成了可选项，这是因为它相对于OFDMA并没有什么技术优势。
多址这块NOMA有很大的热度，一度被公认为5G的必选技术。5G标准的早期，几乎所有的厂家都支持这个方向。但是经过我的论证，NOMA比OFDM的增益严格为零，这是用信息论严格证明的。所以NOMA既复杂又没增益，属于技术退步。
另外华为还推了F-OFDM，与sOFDM正好相反。sOFDM的思想是所有的带宽所有的环境都用统一的参数，从而获得规模经济效应。F-OFDM强调对不同的环境采用不同参数从而更好的适应环境。这种做法并没有什么增益，反而丢失了规模效应这个大西瓜，也属于技术退步。
组网方面没有听到什么消息，工作假设应该还是同频复用。SFR和CoMP都是组网方案。SFR非常简单，不需要标准化。CoMP虽然一度被认为是更先进的技术，但经历了轰轰烈烈的标准工作和产品开发之后，已经是失败了。
多天线这块最响亮的就是massiveMIMO，号称可以成百倍地提升系统容量，从媒体上看几乎可以是5G的代名词。MIMO这个理论年提出，已经23年了。它所揭示的对容量的巨大提升致使它一直是学界和工业界的热点。但是这个技术一直到4G都不是很成功。这个技术有个特点，一演示就成功，一实用就趴窝。记得20年前我还是小白的时候，在电信展上就看到厂家演示空分复用，用相同的时频资源实现两个用户的同时通信，还互不干扰。在一个选择的场景下MIMO技术是很容易演示成功的，但是在复杂的实际环境中所涉及的问题的难度，是两个数量级的差别。当然MIMO是一个有潜力的领域，但是其实用化问题仍然没有解决。
MIMO的问题还在于，虽然能够提高容量，但是要增加设备，有成本的。其实MIMO最朴素的应用就是古老的三扇区天线，一个全向小区分割成三个扇区，容量在理论上增加了三倍，这就是MIMO的原理，虽然说是古板了一点。所以粗暴一点，搞个9扇区，12扇区，也就是mMIMO了，这个华为已经有产品了。这和是不是5G没关系。
综合来看，5G相对于4G来说，几乎没有技术进步，在一些地方还退步了。比如说NOMA，F-OFDM，还有为了保证短时延而采用的自包含结构。
还有，5G采用了更高的频谱。在中国是3.5GHz，还好一点。美国用了28GHz。频率越高覆盖越小，这是无线通信的基本知识。所以同样的网络覆盖，比起4G的2.6GHz，3.5GHz的投资要高出50%（我也是看来的，看起来合理），而28GHz实现覆盖就是开玩笑了，花5倍的银子也是正常的。
所以从技术角度看，5G比4G没有进步，成本会更高。
5G需求
5G的需求，大概可以用高速率、低延迟、大连接来概括。
大家知道，4G设计当初的速率目标是Mbps，随着技术的演进，4GCat11的速率已经达到Mbps。5G进一步把速率目标提高到1Gbps以上。为了满足一些低延迟业务的需求，5G要求空中接口的延迟时间为1ms，而4G的这一指标为30ms左右。4G主要是为移动互联网设计的，强调的是人与网络之间的高速连接，而同时连接到网络的终端的数量并不是一个需要特别考虑的问题。而在蓬勃发展的物联网时代，每一件物体都有可能有联网要求，因此连接数量会有数量级的增加，5G需要具有支持海量连接的能力。
5G最抓眼球的就是它的速率。看新闻经常是比光纤还快，一秒下一个大片，快到把人脸吹成骷髅，等等。
但是有什么样的业务需要这样的速率呢？
虽然暂时想不出，但是有一个非常流行的观点是，先修好路，自然会有车。3G、4G都是这样，微博、