5G时代来了

2019-11-17 06:02
发明与创新·小学生 2019年10期
关键词:基站联网信号

6月6日,工业和信息化部(简称“工信部”)正式发放5G商用牌照,这标志着5G迈入了商用阶段。也就是说,在继2G、3G、4G等前辈担当通信重任、完成各自的使命后,5G接过接力棒,成为通信行业的主角,领跑整个行业。

什么是5G?它有哪些特点?它比4G厉害在哪些地方……关于5G这个新朋友,我们很有必要全面了解它,不然可能被人笑话“你out了”。

5G的自我介绍

大家好,我是你们的新朋友,相信很多人很早就听过我的名字,但是从来没见过我,我就是那个比4G多1G、比7G少2G的5G。

我名字中的G是英文Generation的缩写,也就是“世代”的意思,说白了,我就是第五代移动通信技术。就跟大哥大变成智能手机、DOS系统变成Windows10操作系统、绿皮火车变成“复兴号”高铁一样,从前辈们到我是大幅度的技术升级。毫不夸张地说,我不仅比4G厉害,比现在的4G和家庭宽带加起来还要厉害得多!

告诉你们哦,我很大度,我会让世界上任何一个地方都有网络,人们在房间、厨房、卫生间甚至地下车库都能顺畅地上网。我又很节约,在5G状态下,终端处于省电的“睡觉”状态,但它始终与网络保持连接。

今年6月初,工信部向中国电信股份有限公司(简称“中国电信”)、中国移動通信集团有限公司(简称“中国移动”)、中国联合网络通信集团有限公司(简称“中国联通”)、中国广播电视网络有限公司(简称“中国广电”)这4位大佬发放了5G商用牌照,这意味着电信运营商可以在全国范围内开展5G商业化运营。但其实,各电信运营商从2018年起就已经在全国40多个城市开展了试商用网络建设,这些城市的小伙伴已经见过我咯,现在既然已经发放了正式牌照,相信以我“基建狂魔”的速度,很快就可以和全国各地的朋友们见面啦,大家是不是很激动?

虽然中国不是全球第一个推出5G商用的国家,但是目前中国5G中频段系统设备、终端芯片、智能手机都处于全球产业的第一。我为中国感到自豪。

5G有多好

5G实现了以后,有啥好处呢?从用户的角度看,主要有三大好处:一是办事快,二是不拖延,三是挤不爆。

5G带来的最直观的变化就是网速的提升。根据一项互联网报告,把世界上最快的4G网速和最快的宽带网速加在一起,也没有5G的网速快。如果把4G的速度比喻为坐高铁,那5G的速度就是坐火箭,5G的理论峰值速率可以达到20Gbps,用户体验速率可达到100Mbps—1Gbps,足足是4G速率的10—20倍呢。

有了5G后,下载一部4K电影可能只需上个洗手间的工夫。

2月27日,中国移动西藏公司在拉萨开通了西藏首个2.6GHz频段5G基站,在户外环境下测试,其下载峰值速率达530M/s,平均速率在500M/s左右,下载1GB的电影只需2秒钟。

在网上办事,就像在路上开车,车子不可能一直都在高速上行驶,正常的行驶路径一定是一会儿高速一会儿省道,运气不好的时候还得进市区等红灯,所以,甭管4G和宽带看起来有多快,玩游戏、看视频时难免遇到卡顿的情况,这就是网络延迟。

有了5G后,网络延迟基本不存在,因为5G的网络延迟大约是1ms,这相当于4G的几十分之一。1ms是个什么概念?1ms就是0.001s。举个例子,医生远程控制机器人手臂进行手术,端到端的时延可能只需要1ms,这就实现了机器人与医生的无缝沟通。

高速公路车道再多,汽车车速再快,也架不住春运时的流量高峰。同样的道理,咱们平时在地铁里浏览新闻、在食堂看比赛、在图书馆查资料的时候总是会发现要么4G死活连不上,要么连上了却打不开网页,这是因为你身边的手机太多了,大家都在用手机流量,把网络挤爆了。

有了5G后,就算10万人一起看比赛,网络也不会挤爆,因为5G在每平方千米可以让100万台设备同时上网。

5G的大野心

有了高速度、低时延、低功耗等性能加持,5G这家伙很嚣张哟,它要搞定3大技术:虚拟现实技术(VR技术)、自动驾驶、物联网,野心真不小。

先说VR技术。VR的图像得逼真,不然只能叫虚拟Windows屏保,而且如果网络延迟太厉害,戴VR头盔的人会头晕,所以要想随时随地玩VR,就得先用上5G。

再说自动驾驶。举个例子,现在汽车自动驾驶系统做得再好,它的摄像头也只能“看”到一小段道路的情况,如果经过弯道、坡道,或者大卡车挡住了它的视线,汽车就可能发生危险。

要想解决这个问题,汽车的自动驾驶系统必须时刻在线,而且收到的数据必须没有延迟,如此,就得先用上5G。

最后说物联网。所谓物联网,就是不但你的手机、VR设备和汽车能联网,你家的电视、空调、冰箱、浴霸、花盆、门锁都能联网,甚至你吃的水果、蔬菜、牛肉、三文鱼在生产、加工、运输的过程中也能联网。

大家都知道,物联网已经提出很多年了,之所以没有实现,一个很重要的原因就是网络容量不够。要想让花盆都联网,就得用上5G,5G可以实现随时随地的万物互联,包括人与人、物与物、物与人的通信。

如何把5G造出来

要想把5G造出来,只制作一两个小发明、进行小创新远远不够。从技术的角度看,5G是对现有移动通信系统的全面革新。

天线多

5G和它的前辈们一样,都是用电磁波来传送信息,但是5G信号的波长比其他信号的波长更短,属于毫米级。波长短了,天线就短,天线短了,一台设备就能同时放进很多根天线,这能保证5G设备同时发出和接收很多组信号。这叫作大规模多进多出技术(massive MIMO)。

由于5G信号频率范围是28GHz—39GHz,所以它可以给每个频道的信息分配400MHz,这频道信息“道路”比4G的宽20倍,能保证每条“道路”上同时容纳更多的“车流”。

在每个频道中,5G信号可以发出很多组信号,每一组信号的频率非常接近,而且不会导致接收信号的时候分不清谁是谁,这叫作正交频分复用(OFDM)。这就好比5G让不同颜色的彩笔传递不同类型的信息,因为接收信息的人分得清彩笔色号,所以5G敢把色号配齐,不怕混淆。

通俗地说,移动通信就是让手机一边到处走一边和附近的基站说话。

由于5G信号的波长变短,属于毫米级,所以必须把基站建得很密,这样一来,每台手机附近总会有一个基站。手机和基站离得近,它们“说话”时就不用使劲喊,会更加省电。但问题也随之而来,要用上5G,难不成城市里要建满基站?

解决方案是把基站弄小一点,建立微基站。微基站能完美地融入城市景观,不会使城市环境受到影响。

5G允许你坐在速度为500km/h的车上而网络不掉线,这就要求手机和基站互相联系的时候必须知道对方在哪个方向,并且得正对着那个方向“说话”。所以,5G会用到一种特殊的技术——波束赋形。波束赋形能使电磁波指向它所提供服务的设备,而且能随设备移动转变方向。

如果不用波束赋形,电磁波的波束就会很宽,这时基站必须朝着一定的范围使劲发信号。手机多了,基站发出的信号会互相干扰,传输质量肯定保证不了。

现在两个人面对面打电话、传照片,信号都是通过基站进行中转,延时高,效率还低,而5G会用到一个新招数——D2D(设备到设备),也就是两台设备之间直接传数据。5G时代,手机之间直接传数据,只需要“知会”基站一声就可以,效率大大提高。

上面说的这几个创新只是一个方面,要想赶快用上5G,我们还需要芯片设计、硬件生产、系统集成、设备部署和服务运营等全行业的不懈努力。

关于5G的各种疑问

关于5G,很多小伙伴还有一些疑问,下面我们来一一解答。

想用5G网络,肯定需要换5G手机,这毋庸置疑。

目前华为、小米、OPPO、vivo、中兴、三星等终端厂商都已经推出了5G终端,只是售价不菲。好在有了5G网络,如果不想换手机的话,你的4G手机还是能用的,移动通信业提供向下兼容的各种服务,你看现在2G手機打电话、发短信都没问题。

流量价格是根据基站技术水平而定的,随着技术的进步,5G费用一定会大幅下降。

从5G的前辈2G、3G、4G分别用KB、MB、GB单位计费来看,用户使用流量会越来越多,具体花费多少,还要看流量使用情况。

5G可以广泛应用于智慧城市、智慧农业、智慧能源、工业互联网、智能家居、无线医疗、应急安全等领域,深入影响我们生产生活各个方面。

辐射其实是一种能量传递方式。通信基站数量越多,手机通话效果就越好,而手机和基站之间的电磁辐射反而越小。

地球本身就是一个大磁场,自然界电闪雷鸣、太阳黑子活动等都会产生电磁辐射。在生活中,微波炉、电磁炉、电视机、吹风机等和人们生活密不可分的家用电器也会产生电磁辐射。

一般来说,电吹风的辐射可以达到100μw/cm2,电磁炉的辐射能达到580μw/cm2,家庭中常用的无线路由器在1m内产生的辐射超过60μw/cm2。按照国家标准要求,通信基站的电磁辐射必须小于40μw/cm2,在实际执行的时候,电信运营商考虑到信号叠加,辐射会控制在8μw/cm2以内。与常用的家用电器相比,我们周边通信基站的辐射量微乎其微。

总之,5G是一场革命,它以技术为驱动,从人与人的连接延伸到万物互联,从个人和家庭延伸到社会各个领域,为社会经济、生活带来革命性的影响,我们非常期待与它正式“见面”。

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