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5G是什么?為何5G如此受到各國重視?

作者:軟捷科技來源:www.pxqydq.tw 瀏覽:234

2019-06-10 17:20:14

 

移動通信從1G到5G,走過的歷史并不漫長。世界上第一代無線通信系統誕生于上世紀八十年代,到今天也不過30多年,是一個標準的八〇后。

物聯網開發

編者按:從1G到4G一直集中在手機端,5G網絡之所以得到重視正是因為它不僅僅在移動側,在各個物理終端都可以實現網絡連接。中國在3G時代才得以追趕上潮流,5G時代我們可以處于世界領先水平。瀏覽通信發展史,才會對現在的局勢看得更清晰。

最近一兩年,科技界最炙手可熱的話題,莫過于5G。5G的G是什么意思呢?是英文Generation的簡稱,漢語意思為「代」,5G就是「第5代」。同樣,之前的1G、2G、2.5G、3G、4G也都表示第幾代的意思。

移動通信從1G到5G,走過的歷史并不漫長。世界上第一代無線通信系統誕生于上世紀八十年代,到今天也不過30多年,是一個標準的八〇后。

在那之前,世界上早就有了有線電話。但是有線電話局限了通話的地點,電話機不能自由移動,如果不是坐在電話機旁邊,就不得不走一段路去打電話或者接電話,用起來缺乏那種及時感,很不爽。

我對讀大學期間排隊打電話的印象無比深刻。僅有的幾部電話機放在幾個小隔間里,為了打個電話還得排隊。如果排在你前面的是個話癆,和女朋友你儂我儂的聊個沒完,你可能會恨得咬牙切齒。畫風是這樣的:打電話的人情話連篇,各種肉麻,所有人都聽得見;后面等著的人則各種表情,艷羨的有之,鄙夷者亦有之。

90年代的港片,經常看到大老板或者黑幫老大,拿著一個大磚頭,特拽,特拉風,特有派頭。那就是第一代無線通信話機,當然了,你也可以叫它第一代「手機」。那時候,「磚頭」可貴了,比如今頂級的iPhone還貴,一般人是用不起的。在90年代,擁有一部「磚頭」是很多人的夢想。

對了,這個「磚頭」有個別名--「大哥大」。它的發明者我們也不陌生--摩托羅拉。

有線電話誕生于美國的貝爾實驗室,第一代無線通信系統作為有線電話補充者的角色出現,也誕生于美國。

這里面有兩個方面的原因:一方面,當時世界通信科技的中心在美國,其他國家根本就沒有進入到這個領域;另一方面,技術有著傳承性,無線通信系統和有線通信系統在很多方面還是有著共同的或者類似的技術,除了在無線接入和有線接入的所謂「最后一公里」不同之外,其他方面都是非常接近的。

那個時代,美國有朗訊和摩托羅拉,加拿大還有個北電網絡,北美的這三家通信設備制造商,一起奠定了北美在世界通信江湖的統治地位。

第一代無線通信系統和當時的有線通信系統一樣,都是基于模擬信號的通信方式。

模擬信號有許多不足之處,比如信號容易受到干擾,語音品質低,覆蓋范圍不夠廣,還有在打固定電話時很多人曾經遇到過的「串音」問題,就是你聽到的不是和你通話的人的聲音,而是別人電話線路上的聲音。

這給通信行業帶來了新的挑戰,當然也帶來新的機遇。于是,第二代通信系統出現了,這就是我們所熟悉的,也是很多人用的第一個手機的無線系統,所謂的2G。

我們這一代人用的第一部手機,無論是諾基亞,還是愛立信、西門子,大多數都是基于GSM的。GSM是全球移動通信系統(Global System for Mobile Communications) 的縮寫,由歐洲電信標準組織ETSI制訂的一個數字移動通信標準。

劃重點了,是歐洲電信組織ETSI

那時,歐洲的通信技術利用這個契機崛起了。崛起的同時,新的玩家出現了,愛立信,諾基亞,西門子,不但推出了自己的手機終端,還推出了自己的無線通信系統,成為了新的通信設備供應商。他們的出現,打破了北美獨霸的江湖局面。

GSM有一個通俗的名字「蜂窩移動電話」。蜂窩的這個名字很有趣,它是把所有需要覆蓋的區域分割為很多小塊,每個小塊近似為正六邊形,所有的小塊一個挨著一個的在一起就像蜂窩。

看到這里,不得不佩服這幫科學家的智慧和想象力。

GSM是基于TDMA的,TDMA是Time Division Multiple Access的縮寫,就是「時分多址」。說的簡單些,就是把時間片段劃分為很多更小的片段,每個小片段的時間間隔內,只供給某個用戶使用。

舉個例子,在某個時間片段,比如1秒,將這1秒分為8毫秒的小片段,那么就可以分為125個小片段:1~8毫秒給A用戶,9~16毫秒給B用戶,17~24毫秒給C用戶……這樣下來,在每個8毫秒的片段內,擁有該片段所有權的用戶是獨占的,其他用戶不能使用。

問題來了,這樣分的話,相當于用戶經常進入等待狀態,那樣不是感覺到有停頓嗎?事實上,因為人的耳朵的識別的能力有限,所以,只要這個時間片切得足夠小,耳朵是感覺不到這種延遲的。

TDMA設計雖然精巧,但也不是沒有缺陷。它的問題在于,一個基站能夠支持的用戶數量有限,比如在900M赫茲頻率的時候,最多只能支持992個人使用。

和歐洲人不同,美國人走了另外一條路,叫CDMA,Code Division Multiple Access,碼分多址,它一個基站最多支持1600個用戶,算下來將近TDMA的兩倍。碼分多址的特點是用戶雖然處于同一個頻段,但是每個用戶的特征標識,也就是碼不一樣,用戶通過自己獨特的碼,也就是一個標識來發送和收取信息。

北美的CDMA看起來很強大,歐洲的GSM卻占領了更多的國家。比如在中國,份額最大的中移動就是GSM的網絡,CDMA除了北美,還有日本韓國等國家使用,其他地方比較少。

究其原因,一方面是設備商強大的銷售能力,另一方面是因為GSM賣得越多,越將研發和制造的成本降低,因此可以賣得更便宜。尤其是向西方發達國家之外的市場,GSM擁有廣闊的市場。GSM前期主要是歐洲的設備商,后期則主要是來自中國的設備商賣得多,他們在非洲和拉丁美洲將GSM的長尾拉得很長。

最新的情況是,在一些無線通信發達的國家,GSM逐漸被關停。我希望中國移動不要關停GSM,因為農村還有很多老人在用著中國移動GSM的老手機,3G和4G的智能機雖然好,對他們來說,用起來還是不習慣。

2G和1G相比,通信的一次數字化革命

當人們用2G手機打電話發短信的時候,剛開始還覺得很爽,時間久了,新的問題就來了。這個問題是互聯網帶來的,也是一些ISP即信息服務提供商推動的。

互聯網使人們獲取信息變得便利,通過PC從互聯網上獲取信息是傳統的方式,如同早期的電話一樣,畢竟PC攜帶不方便。人們還是希望能夠像手機打電話一樣隨時隨地的獲取信息。

人們對于手機上網的渴求是如此的迫切,有需求就會產生供給,于是2.5G出現了。這個時候,依然分為歐洲和北美兩大陣營。歐洲的是基于GSM演進出來的GPRS,通用分組無線技術,而北美的則是基于CDMA演進而來的。

2G歸根到底提供的還是電話語音業務,而2.5G則使得移動通信進入了一個新的領域,那就是數據業務。簡單來說,就是上網。網上的數據分為文本,圖片和視頻三大類型。2.5G的帶寬已經使得在手機上看文本和小的圖片成為可能,還能下載音樂。

在我國,一些嗅到商機的ISP通過各種花式網頁和彩鈴下載推動了2.5G的發展。網頁雖然偶爾有些卡頓,總歸是可以看了。第一代刷機一族隨之而來,沒事用手機看個新聞聊個QQ什么的,打發點時間,雖然資費還有些心疼,但有聊畢竟比無聊強。

在此期間,一些ISP賺得盆滿缽滿。順便說一下,騰訊也是靠著ISP服務渡過了最困難的時光。

人們對于信息需求的無止境追求,推動了移動通信技術的進一步發展。2.5G帶寬的慢速限制了查看信息。比如,圖片大一點就出不來,更不用說視頻了。

因此,3G便呼之欲出了。

3G時代,除了歐洲和北美,又出現了新的玩家,那就是咱們中國。歐洲是WCDMA,北美是CDMA2000。中國在此時做出了最英明的決策,決定開發自己的標準,TD-SCDMA。

3G時代,三足鼎立

中國的加入,使得無線通信的格局再次發生變化:1G時代--一家獨大,2G時代--兩強對峙, 3G時代--三足鼎立。

在我看來,中國對于TD-SCDMA的研發,相當于通信領域的「兩彈一星」,從此之后,我們在技術標準上不再受制于人。這個戰略是無比英明的。

和2.5G相比,3G具有更快的速率,更大的帶寬,更重要的是更好的用戶上網體驗。

這個階段,有一個重要的角--蘋果公司。iPhone 3G于2008年06月10日由史蒂夫·喬布斯在蘋果全球開發者大會上正式發布。

它更重要的意義在于開啟了移動互聯網時代。智能手機和3G網絡成為兩個巨大的引擎,推動了移動互聯網一波又一波的新浪潮。從手機到應用,在世界范圍以燎原之勢迅速普及。

這改變的不僅是人們的通信方式,而且是人們的生活方式。人們的衣食住行,開始逐漸的離不開手機了。手機的功能已經不是再是打電話,看新聞了,而是過渡到玩微信微博,手機支付,打車……

3G網絡的速率相比2.5G,有了大幅的提升,達到了14.4Mbps(WCDMA理論下行速率),已經可以滿足基本的多媒體業務需求。

但是,人們對于網速的追求是無止境的,人們更渴望是「飛一般的感覺」。人們一旦到了沒有WiFi而是用3G的地方,就總是會有意無意的和WiFi做對比,希望移動網絡能有WiFi一般的速度。

于是,4G來了

如果說3G是中國無線通信技術起飛階段的話,那么進入4G,中國已經進入了全面發展階段,無論是運營商還是設備商。

相比3G,4G網絡在規范上前所未有的統一,全球均采用3GPP組織推出的LTE/LTE-Advanced標準,最新標準下空中接口的關鍵技術放棄了CDMA轉投OFDM,即Orthogonal Frequency Division Multiplexing,中文翻譯過來是正交頻分復用。這是一種完全不同于3G時代的技術。

此外,4G的MIMO,即多進多出的天線技術則提升了頻率復用度,相當于通過修多車道將路修得更寬,可以同時容納多輛車并排行駛,跨載波聚合能獲得更大的頻譜帶寬從而提升數據速率。

這些技術不僅提高了速率,使得速率從3G時代的10Mbps數量級提高了100Mbps的數量級,還為向5G演進奠定了技術基礎。

4G實現了更快速率的上網,并基本滿足了人們所有的互聯網需求。人們可以隨意的使用網絡,包括用手機玩在線游戲,看視頻,看直播,刷短視頻,完全達到了和WiFi相似的體驗。

人類信息獲取的自由、使用手機的自由終于到來。當然了,這一切還是建立在不心疼流量費用的情況下。不過和之前的3G相比,4G無論是在個人體驗上還是資費上都下降了不少。

從已經過去的1G到4G,我們可以看到四個方面的變化:

一是技術的變化,從模擬到數字,從語音到數據,從窄帶到寬帶,到超寬帶。

二是人們手機的變化,從大哥大,到2G手機,到智能手機。

三是生活方式的變化,從打電話到發短信,到上網看新聞,聊天,再到看視頻,到人們無時無刻離不開手機。

四是中國在世界版圖的變化,從最初的北美獨大,到歐洲和美國兩強,再到中國加入并且在通信世界里具有越來越多的話語權。手機制造商也從最初以美國摩托羅拉為主,到后來歐洲的諾基亞,愛立信瓜分市場,再到智能手機時代蘋果三星和中國的華米OV的格局。中國已經實現了從系統到終端的全面突破并且占領。在世界通信的版圖里,中國已經有了一席之地。

站在5G的門口,中國的設備商先后遭受了美國的敵意

如果說4G改變的只是我們個人的話,那么5G的影響面則大得多。5G的應用,可以劃分為三大塊,一塊是現有的4G體驗的提升,一塊是像自動駕駛、VR/AR這樣的應用,還有更重要的一塊是物聯網。

有人形容5G的速率是這么說的:下載一個文件大小1G的電影,只需要一秒鐘。這是個非常通俗的解釋,很貼切。

正是因為速度是如此之快,再加上低時延等特性,所以才使得自動駕駛這樣需要海量高速數據交換的應用才成為可能。

物聯網使得每一個從公共基礎設施到工廠到家庭的設備都能產生連接,這樣一來,影響就廣了。這張網絡的可用性可靠性穩定性安全性,顯得無比重要。它涉及到生產和生活的方方面面,因此其地位更是可以上升到國家戰略的高度。

所以,5G已經遠遠超出個人生活的影響,成為了國家基礎設施的一個重要的組成部分。各個國家全面推進5G技術,也是基于這個原因。

從4G到5G,除了技術上的進步,更有應用領域場景的全面革命,是具有劃時代意義的戰略性的價值。它不是簡單的quicker, faster, higher speed。

看到這里,估計你再也不奇怪特朗普為何會說出「5G的競爭已經開始,美國必須贏」這樣的話了。

5G最終誰將勝出?我希望是雙贏,或者多贏,而不是零和博弈。這里,可能有人會說我有點一廂情愿了。

從1G到5G,我們看到了人類對于科技孜孜不倦永不滿足的追求,也看到了科技給人們生活帶來的巨變;我們見證了朗訊和摩托羅拉的衰落,也見證了蘋果和華為的崛起;我們經歷了通信技術領軍者從北美到歐洲到亞洲的變遷;我們感慨于科技的發展如此迅猛,也感嘆于「十年河東,十年河西」……

短短30多年的移動通信史,述說的是通信的歷史,也是我們同齡人的歷史。我們有幸見證這段輝煌燦爛的歷史,和移動通信變革時代同行,幸甚至哉!


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