5G是中国的一张好牌,却成为美国的G点。2019年如此,现在是2021年,依旧如此。正如任正非所说,“5G技术,其他国家短时间内赶不上”。不只是技术的落后,现在美国惯用的污名化套路也不再生效。一直以来,美国试图把中国5G和“监听”“威胁国家安全”联系起来,只不过没想到,美国自己却接连爆出监听丑闻。原来它曾和丹麦进行大规模的情报活动,对挪威、瑞典、法国、德国实施监听。这一消息被爆出后,丹麦直接替美国“负重前行”,相信这些欧洲盟友们也很难再和美国在“反华”这根绳上绑在一起了。其他国家一看,原来美国玩的是贼喊捉贼这一套,于是欧洲的一些国家开始给中国5G技术开“绿灯”,像是意大利。不难想象,几年后中国的5G技术将在欧洲落地生根,毕竟一直以来欧洲也痴迷于5G高出4G差不多20倍的容量,还有中国所采用的几十年都不会腐蚀的材料。
除了海外市场的得利,中国对于5G建设的脚步并未停止,截止2021年年初,国内的5G基站已经有70万个,在全球占比约为70%。华为方也表示,5G在全球的部署已告一段落,接下来就是发展行业应用,释放5G红利。现在5G在一些行业的应用中已经落地,例如在采矿业中,5G能够支持车间的非常高清的视频监控摄像头回传数据;通过将延时控制在20-50毫秒,以实现天车和机器臂的远程控制。在一些危险的环境中,还增加了AR、无人机的硬件配合,例如通过无人机远程控制,检查设备和管道,避免真人在一些危险环境中受伤。
这样看起来5G离我们时远时近,手机上显示的“5G”标志是5G,在一个遥远而陌生的地下环境中的机器摇臂也是5G。那么5G到底是什么?为什么一提到5G我们就会想到网速变快?以及,5G将为人类带来什么样的新体验?这一切还要从1G说起。
所谓的“G”是指的是“Generation”,5G也就是第五代移动通信技术。让我们回到1G时代。第一代移动网络在20世纪70年代后期诞生于日本,随后在美国芝加哥被发扬光大。1G采用的是模拟信号传输,例如无线电。简单来说,就是把语音信号转换到载波电磁波上,载有信息的电磁波发布到空间后,由接收设备接收,并从电磁波上还原语音信息。那个时期代表性的1G设备就是大哥大。到了20世纪90年代初,2G问世,其中最大的技术飞跃在于,数字电路取代了模拟电路,由于采用了专用集成电路,单位能量传输和处理信息的能力大大提高。这个时期,除了可以打电话以外,也实现了短信传输,当然只能怪发送纯文字。2001年,3G正式登上了舞台,实现了从语音通信到数据通信的飞跃。它让我们实现了移动互联网,从而加速了智能手机在全球的普及。数据传输速度是2G的200倍以上。
4G时代正是我们目前所经历的时代,它是在2010年左右被投放市场的。它实现了移动通信网络和传统电信网络的融合,将云计算等互联网技术用于了移动通信,使得不同区域之间的流量能够动态平衡,大大地提高了带宽的使用率。我们不仅能够下载高清视频文件、玩激烈互动的3D游戏,还能看直播、实现虚拟现实等诸多服务。简单来说,1G时我们用手机打电话,2G时我们能互发短信、看文字信息,3G时能上网看图片,而4G时我们则能够看视频和直播。
从移动通信技术的更迭来看,升级不只是仅靠一项技术就能实现速度和稳定性上的飞跃,而是通信技术、网络技术和基础设施等多方面综合的结果。那么5G是在哪些技术上实现了革新呢?一般来说会提到3个关键词,分别是毫米波、波束成形以及网络切片。
所谓的毫米波,指的是一些能以惊人速度传输信号的超高频率波。有人可能会问了,既然毫米波频率这么快,为什么我们以前还要选择中低频率的呢?这是因为电磁波的一大特性就是,频率越高,波长越短,在传播介质中的衰减越大,也就是说,这种波不具有“穿墙术”,必须要直线传输,如果稍有遮挡那就没信号了。这时5G选择的解决方案是通过在视线范围内安装毫米波节点,来实现高频波从点到点跳跃,同时还能以较低的延迟提供最大的5G无线覆盖范围。这意味着可能同样的范围,4G只需要一个基站便可全覆盖,而5G则需要更多的基站,以免信号被阻隔,不过这些基站都是微基站,面积小的甚至比不过一个巴掌。不仅能够让信息更快,而且覆盖更为均匀。
第二个关键词也是5G的杀手锏,波束成形。波束虽然陌生,但是花束、光束一定非常熟悉。拿光束来说,一束光的方向得相同,表现出来是必须能够看到光柱才能被称为光束。像电灯泡这样散射的光则不能算作光束。波束同理,传输信号的电磁波必须要向一个方向出发才能够形成波束。波束成形的好处就在于当无线信号在空间中定向辐射时,大多数都是有用信号,既免受干扰又不浪费。就像是软件使用中的个性化推送一样,不过波束成形是信号的个性化推送。而且这些通信链路在同一空间中数量并不少,不用担心会不会造成信息堵车的情况。
第三个关键词是网络切片。切片本身并不难理解,但是加上了“网络”这一前缀,整个词组就开始让人觉得云里雾里。关于它,其实我们可以从业务角度来看,拿5G以前的移动通信技术来说,其实它们所能够实现的需求都比较单一,无非是电话或者上网,由此也可以看出为什么此前的移动通信技术总是和手机绑定在一起。5G它有着更大的野心,希望能够在统一基础设施和统一的网络下,提供多种端到端的专用网络,就像把一栋楼分成了不同的房间,并且还有高端、普通的区分,每个人进入楼里拥有的权限都不一样。回到网络切片上,就像娱乐、通信和互联网服务的数据将获得一个网络切片,而自动驾驶汽车、紧急服务等将拥有一个网络切片,并且还是其他服务所无法使用的专用5G访问权限。
通过上面三个关键词,我们会发现,5G为大部分普通人所带来的最为明显的便利就算一个字“快”。如果说在4G网络下,下载一部电影大约需要10分钟,那么5G可能只需要不到20秒。其次就是网络的延时能够得到大大的改善,平时的直播和游戏将获得更好的体验。同时对于特殊行业,例如医疗来说,延时的改善能够让诊断和治疗都更精准。最后就是终端或者说设备的连接容量将会变大。就像“万物互联”这个词背后的含义一样,5G的野心在于几乎无缝地连接数字世界与物质世界。自动驾驶汽车一个概念提了很久,但是一直都没有落实。其中的原因就在于要实现完全自动驾驶,就需要汽车技术、网络速度、数据吞吐量和机器学习等多方面的配合。车辆必须在几毫秒内发送和接收消息,根据路标和过马路的人进行制动或改变方向。5G无疑将成为自动驾驶汽车的巨大推动力,因为在这一技术下车辆的响应速度将是网络的10-100倍。这样说可能有点抽象,让我们比较4G和5G延迟:假设一辆以每小时48千米的速度在路上行驶的汽车需要接收信号以避免撞到物体。当前4G延迟约为100毫秒,汽车将行驶约1.2米。5G延迟约为10毫秒,车辆只能行驶12厘米。这中间的差异可能意味着生或死。
可以看到,中国移动通信技术经历了,1G空白、2G落后、3G追随、4G同步的发展历程。如今在5G上的表现,可以说已经走在了世界的前沿,不断突破极限。无论是在海拔6500米的珠峰还是534米至800米的地下都有5G的身影。与此同时,也需要注意,5G相关的短板仍然存在。例如半导体材料的依赖度还非常的高,在数万集成电路材料中,中国能够自主规模化生产的产品占比不到1%,且多为技术含量低的产品。这些短板不补齐,5G就算走得再高再远也并不踏实。
传播学者施拉姆提出,如果将人类史看作是一天二十四小时,那么在这天的晚上9点33分,出现了原始语言,午夜前5秒,电视首次公开展出,午夜前3秒,电子计算机、晶体管、人造卫星问世。也就说前23个小时几乎是一片空白,一切重大的发现都集中在这一天的最后7分钟。21世纪已经无限趋近于午夜,技术方面的飞跃无处不在,甚至在5G并未全面进入人类生活时,6G的研发已经提上了日程。你对5G和6G技术有什么期待呢?