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    现在充斥于耳朵里最多的是5G手机,那么什么是5G,有什么用呢?其实这是移动通讯的发展趋势,4G改变了我们的生活方式,而5G改变的是整个社会的运作方式。为了大家能更好的理解5G,我们先讲一下1G-5G是怎样一个发展过程。


    1G(约1980~1990)  


    1979年,日本电报电话公司在东京开通了全球第一个商用蜂窝网络。此后,欧洲、美国也陆续开通了无线通讯业务。中国的无线通讯业务开始于1987年,使用的终端就是保留在许多人记忆中的大哥大。


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    第一代移动通讯采用的是模拟信号,只能传输语音,它会将语音信号转化成电信号,然后让一个高频电磁波信号的频率或者振幅随着低频电信号变化,这个过程叫做调制。接收方接收到信号后再进行解调,就能够获得原始信息了。(如下图所示)但是这样的缺点也很明显,语音的时候品质相当粗糙,需求倒逼技术进步,于是2G应运而生。

     

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    2G(约1990-2000)

     

      第二代移动通讯技术采用的是数字信号。也就是用数字0和1来表示信息,与计算机的原理类似。当我们要进行通话的时候,会对信号进行采样,再把采样出的结果进行编码,转化成二进制进行传输。接收方接收到信号后,还要进行解码。通过更高的采样率,能够对信号进行更高品质的传输,而且还可以对信息进行加密。在这个时期强大的通讯工具就是诺基亚手机,可以打电话,也可以发送短信。


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    3G(约2000-2010)

     

    渐渐地,2G网络的速度已经不能满足人们的需求了,第三代移动通讯技术3G呼之欲出。3G相比于2G,传输速率有数量级的提升。1989年,高通公司推出了用于无线数据产品的码分多址技术,也就是CDMA技术。虽然技术上早已成熟,但是直到2008年,3G才开始在世界范围内普及,主要原因是缺少杀手级的应用。人们不知道利用手机除了发短信和打电话还能干什么。功能机霸主诺基亚和摩托罗拉依靠卖手机赚得盆满钵满。但是,科技的发展就是这样迅速,2008年开始,智能机突然出现,人们发现原来手机的功能远远不止打电话和发短信这么简单,人们可以用它收发邮件、远程会议、联网玩游戏。3G时代,随着新型手机和应用的出现,在世界范围内普及了。


    4G(约2010-2020)

     

    尽管3G时代到来并没有多久,人们已经开始迫不及待地研究4G,也就是第四代移动通讯技术了。OFDMA(正交频分多址技术)是4G的核心技术之一,在此之前,人们要同时传输几个信号,需要把它们的频率分开,中间还要有一定的频率间隔,这就限制了传输信号的速度。而OFDMA技术能够让多个信号利用同一段频率进行传输,这些信号是彼此正交的,我们可以理解成当一个信号最强的时候,其他信号都为零,这样它们就彼此不干扰了。


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    在4G时代,平均网速可以达到每秒几十M比特,相当于每秒下载速度10M字节左右,通过载波聚合等新技术的应用,峰值速率可以达到千兆比特级别,也就是每秒下载速率达到百兆量字节。更高的数据传输速率,催生了更多的应用,移动互联网时代正式来临。4G时代人们渐渐习惯于用手机打车买菜,用手机看电影玩游戏,甚至用手机上网学习。因此催生了今日头条、抖音、快手、b站等一系列视频平台。新兴的巨型互联网企业如美团、滴滴等,也无一不得益于4G的发展。甚至于,以前过年都给孩子包红包,现在也变成了网上转账。


    回顾以上的过程,我们会发现:从移动互联网诞生至今大约40年,差不多每10年就有一代新的移动互联网技术。如今到了2020年,第五代移动互联网技术5G终于如约到来了。


    根据工信部的统计,2020年1到11月,我国5G手机累计销售了1.44亿部,占到了手机总出货量的51.4%。而且从趋势图上看,2020年后半年,5G手机出货量占比都在60%以上。中国的手机市场正在加速进入5G时代。


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    5G相比于4G,到底有什么优势呢?我们可以总结三个特点:高速率、低延迟、大容量。这三个特点将是未来物联网、人工智能、无人驾驶、自动化实现的基础。

     

    1、  高速率  

     

    4G时代,通常情况下平均网络速率可达百兆比特每秒,折合下载速率每秒10M字节左右。也许我们感觉:网络已经够快了。但实际上,这种速率完全无法满足更高的需求,比如4K视频数据的传输、VR/AR技术传输的要求,再比如自动驾驶汽车一天产生的数据量可达4000G,用这样的速率也达不到要求。

     

    而5G可以在4G的基础上再提升一个量级,平均网络速度可达到1Gbps,峰值速率可以达到2Gbps,大约是4G峰值的20倍。国外有个小伙对比了4G和5G的峰值速率,证实了这个结果。

     为什么5G比4G快呢?除了各种技术的优化以外,5G所使用的电磁波的物理特性也是原因之一。具体的原因我们下期再讲,可能对于小白来说比较生涩难以理解。


    2、  低延迟

     

    相比于4G,5G的第二个特点是低延迟。我们现在使用4G网络时,延迟在几十毫秒量级。在未来低延迟才能更好的发展远程医疗、自动驾驶等技术。玩王者荣耀和吃鸡的时候,延迟往往是决定胜负的条件之一。而在自动驾驶、工业机器人、无人机等领域,延迟可能是导致事故的原因。

     

    例如:如果一辆自动驾驶汽车以120km/h的速度运动,50ms的延迟意味着1.7米的移动距离。而使用5G技术之后,空口延迟可以下降到1ms以下,这个延迟只会造成3.3cm的移动。如果使用5G毫米波,延迟可以下降到0.1ms量级,基本实现了无延时通讯,自动驾驶的这种低延迟高传输特性自动判断周边环境做出操作,将比人类自身反应要快更多。而现在,要实现这个量级的延迟只能使用有线网络。5G毫米波技术让无线网络能够在工业领域替代有线以太网。


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    3、  大容量

     

    5G的第三个优势在于容量大。4G网络理论上支持每平方公里2000个连接,一旦连接达到上限,速度会变得非常缓慢。例如在体育馆观看比赛的时候,就会出现有网络信号强度标识,但是怎么也上不了网的情况。这种情况其实就类似于堵车,虽然路很宽,但是车太多了一样寸步难行。

     

    5G支持每平方公里100万个连接。不光能实现每个人的手机都能随时随地上网,更是未来实现万物互联的基础。例如现在的可穿戴设备、智能家居、智慧城市等,都需要这样的技术支持。5G是实现万物互联的基础。


    在未来,只有20%的5G设施用于人和人之间的通讯,而80%的设施都是用于人和物、物和物之间的通讯、人工智能之间的通讯。这意味着未来将会有更多的工作岗位被人工智能所代替,不去拥抱互联网势必将被互联网淘汰。


    人们已经开始了这方面的尝试,例如张江就有人工智能岛,岛上有无人驾驶的汽车,智能垃圾桶,巡查的无人机、水下机器人、智慧路灯、自动灌溉、智能电网、自动送餐机器人等等未来科技产品,而这些现代化的设备都是通过5G网络相连的。


    总之,每一次移动通讯技术的提升,都是从量变到质变的过程。随着5G网络的普及,更多传统的行业会被5G影响,还会有许多新的行业被5G创造出来。


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    未来工厂甚至都看不到 一个工人


    如果我们站在今天的角度去思考:未来应该是什么样呢?


    每当我们翻开人类科技的历史,总是会看到一个个光辉的名字,例如改良蒸汽机的瓦特带领人类进入了蒸汽时代,发明发电机的法拉第又把人类带入了电气时代。现在,我们已经处在了电子时代和互联网时代,人类仿佛已经上天入地无所不能了。那么,如果在几百年后,我们再回头来看,又会是哪一种新技术的诞生,会带领人类进入更高层次的未来呢?


    其实,无论是蒸汽机、发电机还是电子计算机,它们的背后都是牛顿、麦克斯韦、法拉第、爱因斯坦等伟大的科学家开拓的新的科学理论,当它们被应用在工业、农业、交通、娱乐、消费、医学等各个领域上,我们称这种技术为通用技术。如果让我说出现在的通用技术,我想应该是5G、人工智能和云计算技术的结合,它们必将把人类带入全新的科技时代。


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    站在今天的角度看,未来就是将物理世界进行网络化和数字化,将物理世界的设计和建设过程变为数字化的过程。2018年,全球联网设备有178亿台,十年后,这个数字可能再翻上百倍,人类正在走向万物互联的新时代,只有5G技术以及后续的6G、7G技术才能够将人类社会、物理世界和信息世界实现三元融合。


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    在未来,信息技术、人工智能、云计算技术还可以促进各个学科的的发展,当人类实现了将物理世界完全融入信息世界之后,物理实在有时候就不那么重要了,就像纸币被移动支付和数字货币取代,物理距离被信息高速公路突破,战争从消灭对方的士兵变成了破坏对方的数据,人类将彻底进入一个全新的时代。所以说:4G改变生活,5G改变社会。


    未来必将是拥抱互联人的世界,传统行业势必会受到大力冲击。


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