5G的步伐越来越近,在这个对5G可见而不可触的时期,在这个5G面纱仍未揭开的时期,公众对5G的期待也就更显迫切。那么,5G和之前的移动通信技术有何区别,将会带来哪些行业的变革呢?
本报记者 李师胜
还记得“大哥大”吗
那是1G的“宠儿”
为什么5G会引起如此强烈的期待与猜想?在这背后,与人们见证或享受了移动通信技术迭代所带来的生活变化息息相关。
5G中的“G”所对应的英文是“Generation”,意思是“代、时代”,5G也就是第五代移动通信技术。从第一代到第五代,移动通信技术都在重塑着日常生活。
1G是美国的摩托罗拉公司所引领,在上世纪80年代发明了民用蜂窝式移动电话,也就是俗称的“大哥大”。1G移动手机功能就是通话,注重的是通信质量,虽然外观似板砖,当年价格不菲的“大哥大”,占据了全球70%的市场。
2G的引领方则是联合起来的欧洲。1982年欧洲邮电管委会提出了GSM标准,1990年之后,GSM成为欧洲乃至世界的第二代移动通信标准。其核心技术为TDMA(时分多址技术),即每个无限频率按时间均匀地分给8个(或16个)手机用户,每个用户交替占用信道时间。
“在2008年3G手机全面普及之前,GSM占世界手机用户的80%。”曾在谷歌、腾讯任职的吴军博士在《浪潮之巅》中写道,虽然美国搞出了3个标准,最后不了了之。在此过程中,摩托罗拉颓势渐显,而后起之秀诺基亚引领了大潮。
在1G和2G的标准竞争中,中国企业一直是看客。不过,在3G中我国开始发力,提出了TD-SCDMA标准,由中国移动使用。2008年底,国务院常务会议研究同意启动第三代移动通信牌照发放工作。
3G技术,除了通话和短信,上网的重要性开始凸显,尤其是2007年第一代苹果手机面市,引领了后期3G、4G时代的手机风尚。
4G技术实现了百兆的下载速度,实现了手机看视频、玩游戏。在4G的全球赛道上,中国企业逐渐有了话语权,比如设备供应商同时也是终端供应商的华为。同时在4G手机市场上,中国手机品牌发展迅猛。
如今,5G来了,相对于前四代通信技术,中国的5G技术及相关产业蓄势待发。
4G技术支撑起5G
对基站提出了新挑战
移动通信技术改进的一个重要进程就是提高基站到终端的通信效率。在传输过程中,电波的频率资源是有限的。因此,如何在有限的频率资源内高效传播信息是核心问题。
“从本质上来讲,到了4G之后,有一些底层的物理技术已经发展得很好了。”在山东大学微电子学院教授邢建平看来,5G的发展奠定在4G的技术积累上。
“OFDM技术,也就是正交频分复用,原理类似于蜂窝煤。原来是一条信道,现在有很多子信道,一个信道上多条信号传输。频率的利用率更高了。”邢建平介绍。
Massive MIMO,即大规模多天线技术,也是从4G技术演变过来的。“MIMO,也就是多根天线接收多根天线发送,之前已经应用,但这只是初级版。”山东大学信息科学与工程学院博导、IEEE会员、《系统工程与电子技术期刊》编委白智全介绍,现在则是更大规模的。
山东大学信息学院副教授朱维红介绍,事实上4G的时分双工(TDD)网络就采用了多天线技术,实现了64T64R,也就是64根天线发送、64根天线接收,“但是5G的64T64R支持全信道波束赋形,可以将垂直覆盖能力转化成水平和垂直方向覆盖,进一步增强传输效能。”
打个比方,灯光照明,其发光是全方位的,但大多光线是浪费的,而波束赋形则解决了这个问题,改变电波传输方向,提高了利用率。
朱维红认为,5G也有一些区别于4G的技术,比如采用了新的频谱,采用毫米波频段。
“5G技术应用中的毫米波技术,是跟5G天然融合的。”白智全介绍。
在通信领域,可用电波频率越多,传输速度也就越高。从1G到5G的演变中,使用的电波频率不断提高,我国4G用的就是超高频,在2GHz左右,而5G目前实验用频率多为28GHz。
不过,传输问题也随之而来。电波频率范围虽然宽了,但电波的频率和波长是成反比的,频率越高波长越短,信号衰减严重,传输距离越近。在5G时代,这就成了大问题。因此,5G的关键就是使用超高频电波,现在实验的多在28Ghz左右,波长为10.7毫米。所以这就需要比4G时代数量多得多的基站,毫米波要求的微型基站现在也属于技术前沿。
最大影响不是手机
而是“万物互联”
由于5G技术涉及的产业链很长,一旦落地,也将重塑很多行业。归结起来,5G的应用主要涉及三个方面。国际电信联盟把5G网络分为三大类,第一类是eMMB,也就是“增强移动宽带”。
华为5G首席科学家童文博士发文称,2019年5G可实现1-20Gbps的峰值速率、10-100Mbps的用户体验。5G的接入速率,已经超越互联网接入,终端用户体验开始发生本质变化,进入“无限网络容量”的体验时代。
2月24日,华为发布首款5G折叠手机,6月份有望发售,支持5G信号,峰值速率高达每秒4.9G,1G的电影三秒钟下载完成。
其实,在手机端的应用只是终端应用的一部分。5G的第二个应用场景是URLLC,即“极可靠低延迟通信”。这种网络主要将被应用于工业用途和自动驾驶车辆。
邢建平表示,“5G会引起车联网的升级换代革命,5G所代表的智能导航,或者说可视的环境,辅助车路协同,将有助于未来的智慧交通建设。”在医疗领域来说,5G的影响也是革命性的,远程可以操纵机械手做手术。
“无论是超高速下载,还是智能家居等应用,不是5G承载的主流业务。”白智全更认同5G时代的“万物互联”,在产业端的应用会更大。
