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领跑世界的5G网络

2019-11-23华庆富

第二课堂(初中版) 2019年10期
关键词:网络通信电磁波基站

华庆富

2019年被IT界尊称为5G元年,这个“元年”可是一种非常严肃且高贵的词,古代都是用来称呼一任帝王登基的第一年的!现在用来称呼“5G”实现商用的第一年,虽然不会被判“僭越”之罪,但是足以说明“5G”对于当下的生活而言是多么重要!提到“5G”,你的第一印象可能就是一个字——快!对,“5G”很快,而且是网络传输中前所未有的快!图1中所示的对比仅仅是为了让你体会一下“5G”有多快,而不是为了伤害“4G”“3G”等“G”们。

对于“5G”而言,刚刚进入商用市场时的速度能达到1Gbps,这就已经是目前正在使用的“4G”速度的100倍了,更何况一年后将达到的10Gbps和很快就能达到的20Gbps!

那么问题来了,“5G”这么快,它究竟有啥秘诀?我们还是回到以移动通信为代表的网络通信方式的初始问题上吧。所有的网络通信都是基于电磁波的一种信息传播方式,电磁波的波长越长其频率就越小,波长越短其频率越高。而频率越高的电磁波,在单位时间内传输的波形更多(如图2),而一个波形就相当于一节车厢,车厢越多乘坐的乘客就越多,对于通信而言所包含的信息量就越大。这是“5G”传输速度快的第一个原因。

第二个原因是“5G”的信息传输途径与“2G/3G/4G”比较完全不同,图3甲所示是“2G/3G/4G”的信息传输方式。我们可以看到,即使是两个人面对面拨打对方的手机(或用手机对传照片),信号都是通过基站进行中转的。也就是说4G网络中的两部手机之间通电话,并不是直接进行的,而要经过通信基站中转。一个手机必须将信号传给基站信号塔,然后信号塔将信号传给另一部手机,这样必然会存在信号延迟问题,而且手机多了,信号塔肯定会“忙不过来”,这时手机信号就差了!“5G”的信息传输途径则如图3乙所示,我们看到,“5G”时代,同一基站下的两个用户通信就没有那么费事了,不需要信号基站中转,两部手机之间就可以实现信息互换,也就是端对端(D2D)的通信方式,这样速度自然就快了!当然,信令仍然要通过基站转发,但是因为手机通信等过程中的信息大头是资源数据包,而信令只是很少很少的一部分,所以相比“2G/3G/4G”等传输方式,“5G”的传输通道是非常畅通的。

这么快的“5G”对于我们来说有什么意义?答案四个字:意义重大!

最直接的意义:下载一部电影不再是分分钟的等待,而是瞬间秒的等候。下载一部2G电影所需要的时间不会超过1秒,这也算等待吗?

最革命性的意义:一个是自动驾驶技术,汽车自动驾驶需要对路况进行近乎无延迟的反馈,这就需要通信网络足够快。很明显,现在4G网络解决不了延迟问题,而5G则没有这个问题!2G网络几百毫秒的延迟都算正常,4G网络的延迟是10~50毫秒,都很难达到智能交通、自动驾驶的要求。理論上5G网络延迟已经缩短到1毫秒以内,这使得自动驾驶变得可行了。

另外一个就是物联网的发展,这涉及的东西就更多,用“万物互联”来解释更容易理解。如图4所示,现在手机、电视、冰箱、洗衣机、汽车等设备都是独立存在的,而未来的趋势是可以实现这些设备的互联通信。你外出工作时,可以让洗衣机在家给你洗衣服,让你的汽车自己去加油,而不再需要你亲自跑一趟。这些万物的互联就意味着必须有更大的网络通信能力,而5G就是这样的一个技术!是不是感觉很舒服?这就是科技创造的未来!

当然事物都具有两面性,“5G”也有着“2G/3G/4G”所没有的新问题需要解决。

长期以来,我们主要是用中频和超高频进行手机通信的。所以卫星地面站的那口大锅(在卫星和地面站之间接收与传送信号的天线)必须校准瞄着卫星的方向,否则哪怕稍微歪一点儿,都会影响信号质量。

“5G”通信用了高频段,那么它最大的问题,就是传输距离大幅缩短,覆盖能力大幅减弱。所以覆盖同一个区域,需要的5G基站数量将大大超过4G(如图5所示)。

“5G”通信因此建设了大量的微型基站,有的小到如图6所示,只有人的手掌那么大。微基站现在已有不少,在城区和室内我们经常能看到。

进入5G时代,微基站会更多,到处都会装上,几乎随处可见。不过你不用担心那么多基站在身边,会对人体造成影响。实际上基站数量越多,辐射反而越小!比如冬天取暖,你点燃一个大火堆,靠得近的人烤得难受,离得远的人冷得难受;而几个人分享一个小取暖器,则大家都能很舒服地享受温暖,既不会烤得难受,也不会冷得难受。因此基站小,功率低,辐射小,大家感觉反而好;如果只采用一个大基站,那么离得近,辐射大,离得远,没信号,反而不好。

让我们一起拥抱“5G”生活,并努力去解决“5G”应用中可能出现的各种各样的问题,让“5G”为我们的生活带来更多的便捷!

(编辑 文 墨)

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