5G 從理想走進現實

在日前舉行的 2019 中國國際資訊通訊展覽會開幕式上,工信部與中國電信、中國聯通、中國移動、中國鐵塔共同宣佈啟動 5G 商用。5G 商用套餐在 11 月 1 日正式上線。

5G 真的來了。它是如何從 1G 發展而來的?未來又會帶給我們怎樣的可能?

從 1G 到 4G 的演進

我們所稱的 1G、2G、3G、4G、5G,均是相對於固定通訊技術的移動通訊技術,這裡的“G”是指英文 Generation,即我們所說的“代”,從 1G 到 5G 也就是從第一代到第五代的移動通訊技術。最近幾年,很多家庭所購買的無線路由器支援雙頻,我們在連線這些無線路由器的時候經常發現有 2。4G 和 5G 兩個無線網路,這裡的“G”可不是“代”的意思,指的是這個路由器的無線頻率為 2。4GHZ 和 5GHZ。其中,2。4GHZ 穿透性更好,但干擾大,速率低;5GHZ 則穿透性較差,但抗干擾能力強,速率更快。

上世紀 80 年代,以昂貴終端、昂貴通話費為特徵的大哥大橫空出世,這就是我們所稱的第一代移動通訊技術,簡稱 1G。1G 是模擬技術,其手機電池壽命和語音質量差,安全性差,並且容易掉線。但不管怎麼樣,它使人們的通話擺脫了線的束縛,是人類通訊史上劃時代的進步。此後,一代又一代的移動通訊技術不斷產生。

90 年代,2G 產生,2G 是第一代真正意義上的數字通訊技術,是迄今為止使用時間最長的移動通訊技術,雖然現在 4G 已經廣泛使用,但除邊遠地區本身是 2G 的使用者外,不少 4G 使用者的語音通話還是由 2G 網路在承載。2G,包括後續的所謂 2。5G、2。75G 網路,都屬第二代移動通訊技術,除提供語音通話外,還能提供較低速率的資料業務,使用 2G 手機可以瀏覽文字資訊,但要觀看圖片和影片資訊非常困難。

3G 速率相對於 2G 有較大幅度的提升,可以較輕鬆地瀏覽圖片資訊。2009 年,我國相關主管部門向國內三大運營商發放了 3 張不同的 3G 牌照,其中,中國移動獲得的 TD-SCDMA 牌照所使用的 TD-SCDMA 標準由我國提交,並在 2000 年被國際電聯批准為第三代行動通訊標準。3G技術的商用以及智慧手機的出現,使網際網路浪潮席捲全球,我們熟知的微博、淘寶、QQ 等過去只能在電腦上實現的應用,被迅速搬到了手機上。

2013 年 12 月,我國 4G 牌照發放,三家運營商立刻開展網路建設並投入使用,3G 迅速被 4G取代。4G 網路實現了網速的飛躍,可以輕鬆線上觀看高畫質影片。隨著 4G 網路的完善,以影片應用為代表的各類新興業態不斷湧現,實現了全面數字化的大躍進,移動主宰一切的序幕拉開。需要說明的是,3G 雖然“短命”,但對我國 IT 產業的發展具有里程碑式的意義。可以這樣說,沒有當年的 3G,就沒有我國在 4G 時代的搶跑,更沒有我們在 5G 時代的領跑。

5G 不僅僅是快

今年 6 月,5G 牌照發放,目前,三大運營商在全國多個城市建設 5G 網路,5G 終端也開始上市銷售,預計明年可實現 5G 規模商用。

在多數人看來,5G 相對於 4G 的優勢就是網路速度的大幅度提升,我們已經覺得 4G 的網路速率夠快了,但 5G 速率可達到 4G 的數百倍,直觀的感受就是,如果用 5G 下載一部高畫質電影,可能你還沒反應過來就已經下載完了。當然,這只是理論上,在實際生活中還受到電腦效能,包括 CPU、硬碟以及骨幹網路傳輸速度、網路覆蓋狀況等方面的影響,實際速度會遠低於理論速度。 對普通使用者來說,如果不是為了追求極快的下載速度,而是為了更流暢地觀看線上影片等,至少在目前階段,還無需糾結到底是買 4G 還是 5G 手機,目前 4G 的網速已經完全可以滿足日常所需。例如,我們目前可以在 4G 網路下用手機輕鬆線上觀看 1080P 解析度的影片,更高的解析度在手機這麼小的螢幕上已經沒有任何意義。也就是說,如果僅僅是為了網速,目前的 4G 網路無論從速度上還是從網路覆蓋上來講,都是最優選擇。那麼,為什麼不管是政府還是企業都在大力推廣 5G 網路呢?那是因為,更快的網速並非 5G 的唯一特徵。

相對於 4G,5G 有三大看家本領,分別是:增強的移動寬頻、低時延高可靠通訊、大規模機器通訊。

增強的移動寬頻,顧名思義就是大頻寬的移動網際網路。網路速度,我們一般用 bps 來表示,

指每秒傳送的位元數,其中又涉及到 K、M、G 等表達方式,1K 等於 1024bit,1M 等於 1024K,1G 等於 1024M。當前 4G 網路的最快下行速度為 100Mbps 左右,5G 將提高到平均 1Gbps,峰值20Gbps 的水平。網速的大幅度提升,可以增強多個方面的能力,例如,下載速度更快,可以觀看更高畫質晰度的影片,線上觀看 4K、8K 影片,虛擬現實、增強現實等更多多媒體應用等。

目前,多數使用者心目中的 5G 就是網路速度的大幅度提升,但實際上,這並非 5G 最具有顛覆性的特徵,5G 的厲害之處在於 5G 可以把人與物、物與物連線起來,即連線萬物,這就需要5G 的另外兩項特徵。

低時延高可靠通訊方面,時延性,我們可以比照人的大腦的反應速度。我們在開車的時候發現前方有障礙物,反應的速度大概是 10 毫秒到 50 毫秒(1 秒等於 1000 毫秒),4G 網路的時延大約為 20 毫秒,5G 網路的時延可以做到 1 毫秒。也就是說,如果透過 5G 實現自動控制,其反應速度遠高於人的大腦的反應速度。基於這一特性,5G 網路可以應用於許多之前 4G 網路無法應用的場景。首先是自動駕駛,基於其比人腦還快的反應速度,在 5G 網路的支撐下,汽車自動駕駛有望比人開車還安全許多;再就是智慧醫療行業,當前,我們也經常看見遠端醫療手術的相關報道,但是,現有的這些手術,都是精度要求不那麼高的,如果對諸如血管、神經等動手術,現有的 4G 網路的時延極有可能造成嚴重的醫療事故,這就需要依靠 5G 網路的超低時延來做高精度的手術了。

大規模機器通訊,這主要是指 5G 支撐海量裝置接入網路,並可以在裝置之間直接通訊,單位面積內接入裝置數量將比現在的 4G 提升至少 10 倍,5G 支援每平方千米高達 100 萬的連線數。

在 4G 時代,我們經常發現在球賽等人員密集的場景手機明明顯示有網卻上不了網,這一方面是4G 的網速無法同時保證這麼多人高速上網,另一方面就是 4G 不支援這麼高密度的連線數。未來,當我們生活中的各種裝置都接入網路之後,4G 根本無法支撐,而 5G 則可以輕鬆支援這一切。5G的大規模機器通訊的特徵還表現在機器與機器之間可以互相通訊,我們在高速公路上開車的時候,諸如變道、超車、停車等都會有相應的訊號燈提醒周圍車輛,在 5G 網路下,聯網自動駕駛汽車之間以及車輛與道路基礎設施之間也可以進行類似資訊交換,這些資訊交換不需要經過中央控制系統,保證了反應的及時性。

5G 帶來發展新機遇

在 5G 商用初期,由於相關應用還不成熟,使用者最直觀的感覺還是體現在網速的飛躍,即 5G網路的增強移動寬頻屬性,手機將是最常用的終端形態。但隨著 5G 網路覆蓋的完善以及 5G+的不斷推進,5G 將把各行各業全部囊括進來,最終實現“萬物互聯”和 5G 與各行各業的深度融合,實現傳統行業的智慧化升級,並催生諸多新興業態。 當前,業界已經提出 5G 的各種場景的設想,都針對性很強,比如汽車行業的自動駕駛、車聯網的支援,醫療行業的遠端醫療、隨身醫療,娛樂行業的 AR/VR 支援,政府方面的智慧城市,農業方面的智慧農業,工業領域的工業 4。0,物流領域的智慧物流,傳統傢俱、家電行業的智慧家居等。如果這些設想完全實現,不僅僅是我們的生活將變得更加美好,而且由於 5G 將各行各業緊密聯絡在一起,極有可能改變未來國家之間的實力對比,在徹底的資訊化時代,新興國家將擁有更好的發展機遇。