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陕西省科学技术协会科普专栏 5G到底是啥

来源:八达娱乐 | 时间:2018-12-11

  “在家不能没有网络,出门不能忘带手机”已成为很多人的共同感受。互联网改变了世界,移动互联网给人们带来了更多的便捷,科学技术是什么更多的需求也提出了更高的要求,更高速、更便捷、更强大、更便宜这促使移动互联网技术突飞猛进,当4G被人们广泛使用时,5G时代很快就要来到了。

  从诞生至今,移动通信技术已经先后经历了1G、2G、3G、4G等阶段。1G只能应用在一般语音传输上,且语音品质低、信号不稳定、涵盖范围也不够全面。当第一代移动通信系统在国内刚刚建立的时候,很多人手中拿的是“大哥大”。随着新的通信技术成熟,从1G跨入2G,也从模拟调制进入到数字调制,相较而言,第二代移动通信具备高度的保密性,系统的容量也在增加,同时从这一代开始手机也可以上网了。2G声音的品质较佳,比1G多了数据传输的服务,最早的文字短信也从此开始。随着人们对移动网络的需求不断增大,第三代移动通信网络在新的频谱上制定出新的标准,享用更高的数据传输速率。在3G之下,有了高频宽和较稳定的传输,影像电话和大量数据的传送更为普遍,移动通信有更多样化的应用,平板电脑也是在这个时候出现的。再到如今广泛使用的4G,数据传输速率进一步提高,集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像和数据。

  在移动通信领域,第一代是模拟技术;第二代实现了数字化语音通信;第三代是人们熟知的3G技术,以多媒体通信为特征;第四代4G其通信速率大大提高,标志着进入了无线G是由模拟到数字的革命,2G到3G是数字到数据通信的革命,3G到4G主要是速率和容量的提升,4G到5G则是应用场景的革命。5G有三大应用场景,分别是高速率、大连接和低时延高可靠。也就是说,无线通信不再单纯是人与人、人与网络的通信,而是将渗透到各种垂直行业。面向的是物联网、车联网、自动驾驶、虚拟现实、大数据云端运算等领域。5G时代,将是无线通信与各种行业应用相互结合、互相促进、互相联通的时代。

  随着万物互联概念的提出,对于通信流量速度上的要求也越来越高。按照专业普遍的说法就是,5G是第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,其服务的对象从过去的人与人通信,增加了人与物、物与物的通信。5G中的“G”是英文“Generation”的缩写,代表通信技术发展的时代,从字面来解读5G就是第五代移动通信技术,就好像大家所熟知的4G是第四代移动通信技术一样。

  5G网络带给人们的第一感受就是“快”。5G与4G的速度不在一个数量级上,举个例子,用4G网络下载一部高清电影可能需要10分钟左右的时间,用5G网络可能只需要1分钟以内就可以搞定。正是因为有速度上的优势,所以未来5G网络不仅仅会应用在手机通信上,还会大规模应用于无人驾驶汽车、物联网等需要高速数据传输的新兴领域。

  通过终端测试和视频上网观看,5G超高速带宽是目前4G的10倍以上,5G带宽给用户带来的互联网应用效率和感知如“瞬时而过”。5G数据传输速度最终可以达到惊人的800Gbps,比目前测试的最新技术快100倍。800Gbps是什么概念,三星曾在2013年宣布正在测试1Gbps运行的5G网络,1Gbps意味着不到半分钟便可下载一部高清电影,而800Gpbs速度相当于1秒钟可以下载33部高清电影。

  5G改变的不仅仅是网速,和4G相比,5G还具备高性能、低时延和高容量等优点。目前,我们所使用的4G网络对于对实时性要求较高的智能交通、虚拟现实、远程医疗、工业控制等显得有些力不从心,但5G网络的出现,将会使时延降到更低。低时延的特点,对于电子游戏玩家来说,能给他们带来好的游戏体验,如果通过5G用手机打实时类对战游戏时,游戏时延将大大降低。当医生通过5G网络进行远程医疗时,需要远程的医疗设备对医生发出的指令作出实时反馈。在执行复杂的命令时,正在工作的机器人更需要与医生实现无缝“沟通”,这就需要极致的时间延迟要求,5G的低时延使之成为可能。5G网络的可靠性相当于光纤连接,能够保证突然中断情况不再出现。这对安全至关重要,无论是远程手术,还是智能交通都要求网络不能关键时刻掉链子。

  5G所采用的频率是远高于4G网络的。而频率越高,带宽就越宽。带宽加宽,就可以使单位时间的数据传输量得到大幅度提升,进而带来超高速的传输速率。通俗地说,可以将带宽理解为车道,传输速率理解为最大车流量,带宽增加相当于增加车道数,车道数增加后最大车流量自然提升。

  5G之所以快,原因之一在于其信号传输采用了毫米波技术。所谓毫米波指波长在110毫米的电磁波,其频率大约在30GHz300GHz之间。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,因而兼具两种波普的特点。从理论上讲,毫米波是光波向低频的发展与微波向高频的延伸。由于毫米波的独有特性,使其在传播时不易受到自然光和热辐射源的影响。在网络技术传输方面,毫米波尚不能单独使用,需与其他技术结合形成叠加型网络,共同实现对网络信号的传输功能。

  我们可以通过VR获得360度全角度的虚拟现实体验,仿佛身临其境,由于网络带宽不足、网络延迟高,导致视频卡顿、画面质量差等情况。而5G的到来恰恰解决了这些问题,高带宽允许和低延迟,保证了大量数据的输送。

  目前,我们所使用的4G网络,端到端时延的极限是50毫秒左右,还很难实现远程实时控制。但如果在5G时代,端到端的时延只需要1毫秒,足以满足智能交通乃至无人驾驶的要求。现在的4G网络,并不支持这样海量的设备同时连接网络,它只支持数量不多的手机接入,而在5G时代,1平方公里内甚至可以同时有100万个网络连接,它们大多都是各种设备,获知道路环境,提供行车信息,分析实时数据、智能预测路况通过它们,驾驶员线度无死角地了解自己与周边的车辆状况,遇到危险也可以提前预警,甚至实现无人驾驶。

  据央视报道,目前我国正在进行5G商用前的最后一阶段测试,中国通信企业已率先完成室内和室外5G性能测试,单个终端速度达到3G比特每秒,整个小区传输速率超过10G比特每秒,能实现在车辆高速行驶状态下同时传送16路高清视频。

  2018世界移动大会期间,国内三大电信运营商在这次展会上集体宣布了5G发展战略,这意味着5G商用进入冲刺阶段。中国移动目前正在进行的是在上海、杭州、武汉等五个城市的规模实验,每个实验点建设的基站数是100个左右,预计通过规模实验得到一些商用的经验,面向2020年的商用的目标来推进。

  中国联通目前在16个城市进行600个实验站的部署实验,在2019年将进行应用实验和试商用,2020年将进行正式商用。中国联通作为2022年北京冬奥会合作伙伴还将首次在冬奥赛事通信保障和直播中启用5G。

  中国电信发布《中国电信5G技术白皮书》,《白皮书》提出了中国电信5G网络演进的总体策略4G将与5G网络长期并存,5G网络的发展应充分利用中国电信固网资源,发挥接入光缆网及机房等基础设施方面的优势,构建固移(固定网和移动网)融合的网络。