从1G到5G，移动通信成长之路

　　从1G到5G，移动通信成长之路

　　■吴军

　　大部门人谈到汗青的时候，存眷的是国度的兴衰、王朝的更替，往往忽视了科技的气力。

　　“文津图书奖”得主、计较机专家吴军博士新著《全球科技通史》，从科技视角串联汗青，以能量和信息两条主线，分远古科技、古代科技、近代科技和现代科技四个部门，具体描写了数万年来农业、家产、天文、地理、生物、数学等各个规模要害性的人物、事件及意义，绘制了一幅科技驱动汗青的恢宏画卷，揭示了科技叠加式进步的魅力。

 

　　本刊特请吴军团结书中第九章《信息时代》，就今朝人们普遍存眷的5G问题，做一番深入浅出的理会。

　　1G

　　把握尺度，把握行业制高点

　　我们先从1G说起。

　　世界上最早的民用移动通信电话是由摩托罗拉公司发现的。在1968年的消费电子展(CES)上，最吸引眼球的是它推出的第一代商用移动电话的原型，其时一部这样的电话售价2000美元，重达9公斤。几年后，当它开始在市面上销售时，“体重”降到了不到3公斤，但售价照旧很贵。

　　设备要实现通信，还需要让它们都遵守一套各人都承认的信息编码类型，这就是通信尺度，这和发电报要有尺度的电报码是一样的原理。没有尺度，互相就没法相同，是鸡同鸭讲。

　　通信尺度中有两部门最重要：一是对信息的发送和吸收的描写，好比打电话时各人用的电话号码；二是对信息编码的方法，好比文字就是对信息的一种编码。好的信息编码能担保尽大概高的信息传输率，靠近信道的容量。

　　在移动通信的成长进程中，每隔十多年，就会呈现一套新的通信尺度。谁把握了尺度，谁就把握了行业的制高点。在早期的移动通信中，尺度是以摩托罗拉为主拟定的，厥后被称为1G。

　　2G

　　手机越做越小

　　进入上世纪80年月，诺基亚等公司开始研制新一代的移动通信设备，而且提出了新的移动通信尺度，它们在1991年开始被投入利用，我们称之为2G。

　　1G和2G有什么区别？从技能上讲，1G是模仿电路，2G是数字电路；从外观上看，2G手机比1G手机小许多，更省电，并且可以利便地收发短信。

　　为什么2G手机可以“瘦身”？因为数字电路可以把更多的数字芯片集成起来，用一个专用芯片代替上百个旧芯片。在摩尔定律的影响下，这种技能进步的叠加效应更为明明，手机越做越小。

　　2G代替1G是汗青的一定，诺基亚是2G时代的领航者。

　　3G

　　是个“半吊子”系统

　　2G手机只能打电话、发短信，上网很坚苦。3G的通信尺度将信息的传输率提高了一个数量级，这是一个奔腾，它使得移动互联网得以实现，以后手机打电话的成果降到了次要的位置，而数据通信，也就是上网，成为主要成果。

　　可是，从1G到3G都存在一个大问题，那就是上网用的移动通信的网络和本来打电话用的通信网络固然可以或许必然水平地融合，但本质上照旧互相独立的。

　　本日的人转头来看这件事大概会以为荒诞，但假如我们相识其时移动通信和以AT&T(美国电话电报公司)为代表的传统电信公司是何等水火不容，就不难领略这一点了。

　　水火不相容使得独立的移动网络无法受益于网络技能的快速进步。2G和3G时代用手机打一个电话实际上颠末的物理路径很长。

　　3G的系统是半吊子系统，固然标示称网速很高，可是实际网速并不快。

　　不外，4G很快就呈现了。

　　4G

　　变快是功效，不是原因

#p#分页标题#e#

　　4G有什么革命性的进步呢？有人说是网速变快。但这是功效，不是原因。4G一方面利用了扁平的网络布局，淘汰了端到端通信时信息转发的次数，同时增加了基站之间光纤的带宽。

　　更重要的是，它同时操作了互联网和电信网络的技能进步，这两种技能的融合才使得4G的速度比3G快许多。但还不是完全统一，这是个重要的事实。

　　固然4G时代从理论上讲移动通信的网速可以变得很快，但假如许多人同时上网，它不只不足快，甚至都大概连不上去。

　　2018年，我在杭州介入全国计较机大会，参会者近万，会场里无论是4G照旧Wi-Fi，都不大管用，你假如拍张照片想在伴侣圈分享，可否分享乐玉成凭命运。这一方面是因为总的网速不足快，另一方面是因为许多人同时和基站通信，基站成了瓶颈。

　　凡是，一个基站包围范畴是1000米半径(基站之间的间隔一般为2至3公里)，正常环境下，这周遭一公里范畴内的人不会都同时上网，因此分给每个上网的人的带宽是够用的，但当各人都要发照片时，总的传输率高出了信道的总带宽，按照香农第二定律，堕落率是100%，于是各人都发不了。

　　客观地讲，4G在绝大部门时候是可以或许满意我们今朝的上网需求的，但将来会有更多的智能设备登场，它们要同时上网，就会呈现“会场拥堵”。

　　怎么办理这个问题？有人会想到继承增加带宽。这是一种自然而然、颇为公道的想法。固然在4G基本上增加2至3倍的带宽并非难事，但假如想增加1至2个数量级就办不到了。因为这一方面要求大大增加基站的功率，基站周围就会因为电磁波辐射太强而变得不安详；另一方面，要想增加带宽，就要增加通信的频率范畴，但无线通信的频率无法向下扩展，只能向上扩展，而无线电波的频率越高，它绕过障碍物的本领就越差，当它高到可见光的频率时，你随便用张纸就能盖住它，况且都市里林立的高楼。

　　怎么办？最简朴的步伐就是在提高通信频率的同时，把基站建得很是密，这样就不怕被修建物阻拦了。

　　5G

　　真正融合成一个网络

　　基于上述想法，5G的观念就被提出来了。

　　相对4G是在1000米范畴内建一个基站，5G是在百米半径的范畴内建基站，今朝的方案是基站间隔平均为两三百米。

　　手机和基站的间隔缩短，会带来三个长处：修建物滋扰的问题获得办理；更少的人分享带宽；由于基站通信范畴从1000米淘汰到100米，功率可以低落两个数量级，这样，基站周围电磁波辐射也会大大低落。

　　当5G的基站麋集到两三百米甚至不到100米就有一个的时候，我们家里或者就不需要安装Wi-Fi了。这样，互联网和通信网络才真正融合成一个网络，这无疑将是一次通信的革命。

　　总结

　　每一代都有主导型公司

　　从1G到2G，实现了从模仿电路到数字电路的奔腾；

　　从2G到3G，实现了从语音通信到数据通信的奔腾；

　　从3G到4G，实现了移动通信网络和传统电信网络的融合，将云计较等互联网技能用于移动通信，使得差异区域之间的流量可以或许动态均衡，大大提高了带宽的利用率；

　　从4G到5G，可以实现移动互联网和有线互联网的彻底融合。这样，万物互联才会成为大概。

　　5G的到来会对我们的糊口、事情发生哪些影响？首先，基站间隔缩短到两三百米，单元面积的基站密度就要比4G增加百倍，这是一个庞大的国度级的基本架构建树，从事基本架构建树的企业都将从中受益。所以，5G据说一出，连制造电线杆的企业股票都疯涨了。

#p#分页标题#e#

　　其次，任何致力于将各类网络融合的尽力都是顺势而为，任何试图搭建一个独立的、纯真基于无线技能的尽力都是逆流而动。数月前，有率领问我：以此刻的技能再开拓雷同于铱星的通信系统，是否可行？我说完全没有须要，因为那是逆流而动。从1G到5G，将各类网络融合是一个大趋势。

　　再次，极快的网速可以刺激开拓许多需要高速互联网的应用。

　　总结半个多世纪以来移动通信的成长过程，我们只需记着四个要点：单元能量的信息传输率越来越高；网络不绝融合；设备的辐射越来越小；每一代城市有新的主导型公司呈现，1G是摩托罗拉，2G是诺基亚，3G、4G是苹果、谷歌和高通，而5G是华为。

　　书摘

　　糊口在本日的我们是幸运的

　　我们正身处技能爆炸的时代。2017年全世界专利申请的数量高出800万件。固然这内里有不少水分，可是总数依然相当惊人。假如再看专利的增长速度，则更为惊人。以世界上最难获取的美国专利为例，2003—2015年的13年间，美国专利商标局核准了300万项专利，这个数量高出了美国专利商标局自1802年创立到2002年底200年间所核准专利的总和。

　　除了专利申请量惊人，本日科技的另一个特点是让我们感受目眩凌乱。虚拟现实、人工智能、无人驾驶汽车、基因编辑、大数据医疗、区块链和虚拟钱币等，我们在媒体上天天都能看到这些观念，可是它们意味着什么？为什么会一夜之间冒出来？对我们的糊口将发生什么影响？此后还会呈现什么新的技能名词？

　　科技进步日新月异，不只给我们带来了好的糊口，也让当下的人们发生了许多焦急和惊骇。凡是，人们的焦急和惊骇源于对周围的世界缺乏相识，对将来缺乏把控。要想缓解和消除这种焦急和惊骇，需要搞清楚下面三件工作。

　　首先，科技在大宇宙时空中的职位和浸染，即它在经济和社会糊口中的脚色，以及它在汗青上对文明历程的敦促浸染。前者是从空间维度上看，后者是从时间维度上看。

　　从空间维度上看，科技在文明历程中的浸染是奇特的，是一种进步的气力，这是毋庸置疑的。家产革命堪称人类汗青上最伟大的事件之一。在家产革命之前，无论是东方照旧西方，人均GDP都没有本质的变革。但家产革命产生后，人均GDP就突飞猛进，在欧洲，200年间增加了50倍；而在中国，短短40年就增加了10多倍。因此，古今中外任何达官朱紫的劳绩和家产革命对比都不值一提。而家产革命的产生，就是科学敦促技能，再转化为出产力的功效。这是科技在经济和社会糊口中的重要浮现。

　　从时间维度上看，科技险些是世界上唯独可以或许得到叠加性进步的气力，因此，它的成长是不绝加快的。世界文明的成绩表此刻许多方面，从政治、法令到文学、艺术、音乐等，都有浮现。固然总体上讲，文明是不绝进步的，可是在许多方面，已往的成绩并不能给将来带来叠加性的进步。好比在艺术方面，汗青上有许多岑岭，后头的未必能逾越前面的。本日没有人敢说本身作曲逾越贝多芬可能莫扎特，写诗逾越李白可能莎士比亚，绘画逾越米开朗琪罗。可是，本日任何一个三甲医院的主治大夫都敢说他的医术高出了50年前世界上最好的名医。因为医学的进步是积聚的，此刻的大夫不只学到了50年前名医的医术精华，并且把握了已往名医未知的治疗手段。本日，一个大学生学会微积分中的牛顿—莱布尼茨公式只需要两个小时，可是当初牛顿与莱布尼茨花了10多年时间才确立了该公式。由于科技具有叠加式进步的特点，我们对它的将来越发有掌握。

#p#分页标题#e#

　　其次，世界到达本日这样的文明水平并非巧合，而是有着许多的汗青一定性。19世纪呈现大量和机器、电力相关的技能，20世纪呈现大量和信息相关的技能，接下来会呈现许多和生物相关的技能，这些都是有内涵逻辑性的。当我们全面相识了科技在人类文明成长的历程中是奈何一环扣一环地成长的，我们就可以或许掌握科技成长的内涵逻辑，做到自觉地、有效地成长科技。

　　最后，我们需要找到一条可能几条主线，从空间维度相识科技的浩瀚规模及浩瀚分支之间的彼此干系，从而相识科技的全貌，同时从时间维度领略科技成长的进程和纪律。固然差异的汗青学家、科技史学家和技能专家会给出差异的主线，但最本质也最便于利用的两条主线是能量和信息。这两条主线也是组织本书内容的线索。而回收能量和信息作为科技成长史的主线有两个主要原因：其一，我们的世界自己就是由能量和信息组成的；其二，它们可以量化科技成长程度，表明清楚各类科技之间的干系。

　　糊口在本日的人长短常幸运的，因为在这个时代，人类首次知道了宇宙时间的起点、地球生命的起点，以及人类文明的起点。虽然，汗青的许多历程还需要我们不绝相识，接下来就让我们环绕能源和信息这两根主线，看看人类是如何开启文明，成长科学技能，并操作它们改变世界的。(摘自《全球科技通史》媒介，有删节)

郑重声明：此文内容为本网站转载企业宣传资讯，目的在于传播更多信息，与本站立场无关。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。