古之立大事者,不惟有超世之才,亦必有坚忍不拔之志。

5G时代我们将去往何方?

柿子随笔 admin 553℃ 0评论

5G( 5th-Generation ),即第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术。最近在中美贸易战、美国封杀华为等背景下,5G成为一个社会热点话题。

美国为什么打压华为?很重要的原因就是华为的5G技术目前可以说是全球第一,在当前5G建设阶段拥有超强的竞争力。面对美国的“90天临时执照”,任正非在接受采访时表示, 最重要的还是把自己能做的事做好, 华为已经做好了准备 ,华为的5G是不会受影响的。在5G技术方面,别人两三年肯定追不上华为。 

政治家怎么想的我真不知道。我觉得不能因为我们领先了美国就要挨打,因为5G并不是原子弹,而是造福人类社会的。
5G的容量是4G的20倍,是2G的1万倍;耗电每个比特相比4G下降了10倍;体积下降到1/3,下降了70%。5G基站只有一点点大,20公斤,就像装文件的手提箱那么大,不需要铁塔了,可以随意地装在杆子上、挂在墙上;我们还有耐腐蚀材料,几十年不会腐蚀,可以把5G装在下水道里。
这样的方便对欧洲最适合,欧洲有非常老的城区,不能像中国这样安装大铁塔。当然中国的大铁塔也不浪费,可以把5G基站挂在上面。但是不需要新建铁塔了。每个站点不需要吊车等,在工程费用上在欧洲还可以降低一万欧元。不仅是铁塔,以前的基站大需要吊车,把吊车开进去还需要封路。现在5G基站我们用人手提就上去了,因此很简单。
另外,5G带宽的能量非常大,能提供非常多的高清内容,传播8K电视很简单。宣传上说费用下降了10倍,实际上可以下降了100倍,这样老百姓也能看高清电视,文化就会快速提升。国家发展要靠文化、哲学、教育,这是发展国家的基础。因此,5G改变一个社会,它还有非常短的时延,可以用于工业的很多东西。

从1G到5G,移动通讯进化史

学过高中物理的人都知道,自从法拉第发现了电磁感应之后,人类终于认识到电和磁之间的相互作用。等到麦克斯韦预测电磁波的存在并建立了完整的电磁波理论后,人类才终于拥有了无线通信的能力。我们使用的手机、电脑、电台、导航甚至轮船、卫星,一切无线通信都需要依靠电磁波传递信息。

这里感慨一下,发明麦克斯韦方程组时,麦克斯韦本人才30岁,自古英雄出少年。

OK,继续说电磁波。手机把信息码进电磁波里,发送给基站,基站再通过网络发给另一部手机,信息就被读出来了。为了避免干扰和冲突,人类按照频率给电磁波分好范围,像车道一样,同一个制式的无线通信工具就在同一个频段里通信。如3-3KHz可以用来做声呐、30-300KHz提供给广播、0.3-3MHz提供给电台、1G通信主要使用的800MHz提供给通话、2G通信使用的900MHz提供给TXT文本传输、3G通信使用的2.1GHz提供给图片传输、4G使用的2.5GHz提供给视频传输、5G使用的3.5GHz可以提供VR传输等。每突破一次频率极限都是一代新技术,即新的Generation。

其实在5G之前,移动通信网络经历了1G、2G、3G和4G的变革,而且变革的过程中还出现过诸如2.75G、3.5G、4.5G这种半代升级。从整个发展历程看,基本保持了10年一代的更新速度,从全球范围来看,从1G到5G花了40年的时间。归根结底,人类为了改变信息的传递方式,通过发明创造将有界限的一切正在转变成无线(限)的。通俗的说,人类为了实现可以“打着滚”传递信息的美好愿景,和一切实体信息载体展开了长期的斗争。 通过通信技术的革新,成功将纸张、线缆等有限制的传输渠道全部改造成为看不见、摸不着的无线信号。由此不仅缩短了世界的宽度,更拓宽了人与宇宙的联系。

每一代移动通信技术,都是解决了一些通信问题。

  • 1G时代解决的是移动性的问题,从大哥大手机的出现,可以让个人用户不必再坚守着固定电话就可以解决通信问题,但是模拟技术的容量比较小;
  • 2G时代是从模拟通信向数字通信的转变,主要解决的是系统的容量问题;
  • 3G时代引入了数据通信支持,逐步的引入了宽带和多媒体业务的支持,在3G时代是”移动通信宽带化”和”宽带通信移动化”之争,前者是三大3G标准(TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000),后者是Wimax。
  • 4G和3G相比,主要是系统容量的大幅度的提升,同时使得蜂窝通信系统彻底的摆脱了CS(电路域交换),同时4G的频谱利用率得到了提升,显著的降低了时延,大幅度的提升了网络支持的速度。
  • 5G和4G相比,其实也是在容量、单用户速率、边缘速度、频谱利用率、终端连接数量、时延等方面进一步的得到了提升。

由于电磁波频率越高,衰减也越快,越不好穿透障碍,5G虽然快,但衰减也快,穿透力差,不夸张地说,一根手指头就能挡住。5G技术能够拥有应用基础也是解决了上述问题,对比4G和5G,4G网采用的是宏基站,可以覆盖方圆好几公里,距离近信号好,但是辐射大,距离远就辐射小但信号也差。5G则采用了微基站,个头很小,公文包大小,可以覆盖几十到几百米,到处海量安装,信号好而且辐射小。同时除了速度快,5G还能同时连接海量终端,实现万物互联,这是很多神奇技术的基础。就5G来看,还是基于陆地移动通信网络的,而网络也是以基站覆盖为依托,在一些地理位置不适合建设基站的区域,还是始终不能解决信号覆盖的问题。

按照通信业的某些专家的设想,到了6G将要引入卫星通信,让卫星通信成为这些区域的覆盖补充,从而使得沙漠、高山、草原、海洋等区域的无线信号覆盖问题得到解决,甚至可以解决水下通信的移动信号覆盖问题。

就6G而言,现在还没有一个非常明确的方向和目标,现在全世界的国家和实验室对于6G的研究,很大程度还属于提前押宝,具体的项目也都是属于前期性研发,未来的6G到底是什么,可以解决什么,现在还有很大的不确定性。

5G的意义

如果说前四代移动通信技术是依靠手机进行推动,那第五代则是车联网、物联网带来的庞大终端接入、数据流量的需求驱动技术升级。在5G时代,我们不仅需要继续改善人与人之间的沟通,还需要考虑物与物、人与物之间的通信。过去受制于接入数量、速率、成本等多方面限制,很多网络互连的体验是缺失的。比如现在很多用户家中都有IoT设备,但这些设备之间既有WI-FI、蓝牙连接,又有Zigbee、有线等连接,这些连接之间因协议不同导致互不兼容。但在5G时代,所有的IoT设备都可以使用NB-Iot、M-IoT进行接入,从而提供真正智能的物联网体验。从表面来看这是一个通信技术上的大跃进,实际上是AI人工智能技术、智能驾驶技术的最终落地。

在5G时代,“先下后用”这一个概念将被终结,理论最高数千兆级的速度让一切下载行为都在顷刻间完成。这甚至要比家里的100Mbps的有线宽带快一百倍。以《延禧攻略》为例,70集电视剧在5G网络下只需要几十秒就可以全部缓存到手机中,家用有线宽带最快也得半个小时。除了下载,未来我们的手机也不用配备非常大的存储空间,因为所有的数据都可以不用存在本地。举例来说,过去想体验4K电影或者8K VR是很困难的一件事。前者因为这些资源动辄40GB~100GB,一般的移动设备根本放不下。后者则因为需要线缆连接,无法做到真正的随时随地沉浸体验。然而这些问题在5G时代统统都不是问题,因为当速度、时延都不是瓶颈时,用户根本不会察觉到这些数据是从云端实时缓存的。

有人说1G解决了人与人之间联系,而5G将实现万物之间的连接。究其本质,移动通信技术的发展是在改变人类与这个世界的连接方式。正如我们儿时用纸杯制作的土电话一般,人们迫切地希望分享信息。而信息的分享加速了互联网的发展,人与人的沟通再也不受制于地域的限制,一切皆因那没有边界的无线通信技术。回顾人类通信技术发展史,从2G到5G的这十几年间,有一家公司既不生产手机也不卖通信基站,却在30年通信史中持续不断地为行业做出了卓越的贡献。可以说,如果没有这家公司的积极创新,就不会有现如今的智能手机、智能家居、智能穿戴等一切依托于SOC芯片和网络的设备。这家公司就是美国高通公司,一个在5G时代依然保持高速创新,率先推出5G解决方案的伟大技术公司。相信在5G正式商用后,高通公司在手机移动平台、网络通信等方面还会有划时代的技术推出。

在过去,距离是衡量时间的一种方式,那时车马邮都很慢,一生只够爱一个人。而移动通信网络的出现和发展,从根本上改变了整个世界相互连接、沟通和计算的方式。也让人们拓展了对世界的认知,打破了地理位置对信息传递的界限。随着5G时代的到来,人和人的沟通更亲密,更高效,也让物质、医疗、文化、艺术、科技等各种领域的信息传递变得眨眼即到。移动通信技术解决的是人类生活问题,5G则是让人类的生活更加智能与美好。

5G已来,未来可期

日本内政部的一个短视频让我们清晰地看到5G到来之后我们的生活。

这里简单聊一下博主个人观点,5G对生活的影响是根本性的,世界都构成包括物质流和信息流,5G带来信息传递能力的提升对社会的影响甚至可以比拟蒸汽机改良于工业社会,也是符合国内外的认知,5G通信变革将引发第四次工业革命。感谢这个最好的时代,在大国竞争日益激烈的今天,人类终于找到一个可以更新生产力的契机,而不是一如过去的历史选择走向战争,或许5G未来10年可以让人类走向新的发展阶段。

个人认为5G对生活的影响将是方方面面的,这里很难一言以蔽之,就简单聊一下几个人们可能比较关注的内容。

  • 5G要不要换手机?要,因为需要有支持5G的手机芯片。而且就像3G升级4G的过渡一样,因为技术的升级,5G手机的成本是比4G手机高的,因此5G手机提价是个大趋势。再加上5G和4G不同的网络制式,官方也已经证实,使用5G要有专门的新SIM卡(当前还没出,4G卡目前可以升级为5G卡),所以现在的手机放到5G网络中会彻底歇菜,因此,想体验5G的朋友换手机的必然的;
  • 5G要不要换手机SIM卡?暂时不清楚,要看运营商,目前看是不用;
  • 5G耗电量大吗?大,由于5G传输数据量很大,支持的应用运算量也打,电量消耗必然很快;
  • 5G话费很高吗?不会,5G的快是技术进步的结果,而且5G建设费用相较4G低很多,而且作为基础设施,话费应该会和4G持平;
  • 5G基站多,会不会辐射很大?如上文提到,5G采用的是微基站,数量多了,但是辐射小了;
  • 什么时候开始普及5G手机?目前已经开始预售,估计在2019年底就可以看到,整理而言要看政策、看投资、看风向;
  • 全世界布局5G网络的国家有哪些?中美日韩德国芬兰瑞典都有计划,能否做成不好说,但可以确定的是,中国目前在5G技术上处于领跑地位;

聊完对个人生活的影响和关切,再简单聊一下5G的未来吧,博主认为在以下几个大的领域会有快速、重大的发展。

  • 军事:嗯美国急眼了,这就是美国最恐惧华为5G的点吧,如果5G公平竞争,美国基本上监听窃密搞不了了,军事智能化还有风险;
  • 工业:物联网终于可以拥有普及日常生活的机会,智能家居、智能交通、VR/AR、智能制造等等;
  • 互联网:传统移动通信数据传输主要基于光纤宽带,5G普及后可以随时随地低成本灵活组网,实现超宽带数据交换,再结合卫星通信,可能颠覆现有互联网的基本底层架构。

总体而言,未来5G生活必然是智能、便捷、高效的,而且中国在这场科技竞赛中的位置挺好,终于有机会再一次引领世界。就像局座说的,上次我们错过工业革命被按在地上摩擦了一百年,这次就是翔打出来也不能后退一步。

参考文献

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