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科普好文:5G技术到底是什么?

发布时间:2019-11-02 23:06 所属栏目:[教程] 来源:王坦
导读:引子 作为一名80后,从记事起到现在,我和我的家庭经历了从固定电话、拨号上网到宽带入户、提速降费,从网吧聊天室、家用台式机到平板电脑,从软盘、硬盘再到u盘、云存储,从BP机、大哥大、小灵通到智能手机。短短二三十年,我生活中的通信产生了翻天覆地

 科普好文:5G技术到底是什么?

引子

作为一名80后,从记事起到现在,我和我的家庭经历了从固定电话、拨号上网到宽带入户、提速降费,从网吧聊天室、家用台式机到平板电脑,从软盘、硬盘再到u盘、云存储,从BP机、大哥大、小灵通到智能手机。短短二三十年,我生活中的通信产生了翻天覆地的变化。刚上大学时,我拥有了自己的第一部2G手机,TFT屏幕,32和弦铃声,使用“动感地带”30元/月套餐,这些仿佛还在昨天。而今天,我们的国家就要迎来5G时代了。

从1G、2G、3G国民逐渐普及手机,到今天意气风发的4G,再到即将迎来的5G全面商用,我国移动通信产业在改革开放40年中取得了全世界令人瞩目的发展成就,切切实实惠及了每一个人。值此新中国成立70年之际,我们特此撰写5G科普文章,为人们进一步认识5G、迎接5G做出一份努力。

国家无线电监测中心 王坦

5G技术科普

5G的G,是英文Generation的缩写,就是“代”的意思。所以,5G就是“第五代”移动通信系统的简称。这就跟五环比四环多一环是一个意思。关于移动通信演进史的文章有很多,本文暂不赘述。

科普好文:5G技术到底是什么?

从1G到4G,每一代移动通信的变革都给我们带来了全新的体验。简单说,1G是话音服务,2G是“txt”也即短消息,3G是“jpg”也即图片等多媒体服务,4G则是“avi/mkv”等各种视频类服务,那5G打算干什么呢?

5G的“野心”

首先,5G在服务老百姓的日常通信需要上,各项指标当然要比4G更厉害啦。这也是5G看家本领,三大场景之一:增强的移动宽带(eMBB)。先看看在这方面5G比4G从能力上提高了多少吧。根据一项互联网报告,世界上最快的4G网速(平均63 Mb/s)和最快的宽带网速(平均189 Mb/s)加在一起,也没有 5G 的网速高(理论可达10Gb/s)。5G网速完全能够把他们按在地上摩擦。

科普好文:5G技术到底是什么?

科普好文:5G技术到底是什么?

图1 5G网速对比图网速的大幅提升,可以转化为很多能力的增强,比如:下载速度更快(高清电影下载以秒计),观看视频质量更高(1080p、4k、8k不是梦),多媒体服务模式更加先进(虚拟现实浸入式体验、增强现实等),在现有相同数据速率下支持更多用户同时在线、或单个用户时延大幅降低(减少网络卡顿、等待时间)等。但如果你以为5G就这点能耐,那就大错特错了。5G真正的“野心”,不在于连接人与人,而在于连接人与物、物与物。简言之,5G真正目标在于连接万物。这里面包括了5G三大场景的另外两个:高可靠低时延(URLLC)以及大规模机器通信(mMTC)。什么是高可靠低时延?这展现了5G连接万物快、准、狠的能力。举个例子,人开车时,从发现情况到脚踩刹车,大脑反应时间一般是10毫秒到50毫秒(也即1秒的1%-5%那么长),而5G的低时延,能力要求是1至几毫秒的量级。此外,5G对通信可靠性的要求达到了5个9(99.999%),针对这种能力,平时玩个手游、刷个网页、看个视频根本理解不到5G技术的厉害之处,而在自动驾驶、工业控制、远程医疗等对精度和时间要求很高的通信场景下,5G才能够最大限度的发挥出技术优势。

科普好文:5G技术到底是什么?
图2 5G低时延示意图

而在大规模机器通信方面,则展现出了5G连接万物的维度和广度。5G可以支持每平方公里接入100万个设备,是4G的10倍。

随着5G连接万物能力逐渐渗透到我们日常生活的方方面面,我们家里的电视、冰箱、洗衣机、音箱、灯、水电燃气表、门锁,城市里的路灯、车辆、红绿灯、摄像头、物流,体育赛事、演唱会、联欢会的每一个视频录像机位,工厂里的产线、货架、机械臂,农田里的传感器、水管,每个病人所携带的传感器、监护仪,每一件食品、药品等等,全都可以在5G网络中拥有自己的一张“sim卡”,可以同你的手机直接建立连接。

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图3 5G大连接示意图

注意,这些设备未来是可以直接连接到5G的哦,不是先通过家里WiFi或其它渠道间接与你的手机连接。这时你通过一部5G手机就真的实现了“信息随心至,万物触手及”的5G终极愿景。

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图4 5G各类应用示意

5G技术简述

5G的上述“野心”绝不是信口开河,因为5G有一揽子新的通信技术来实现目标。这里我们细细道来。通信技术,无论什么黑科技、白科技,只分两种——有线通信和无线通信。通常情况下,你手机里的语音、数据(包括你在各种App里点击等操作的信息),首先通过无线电波传递到附近的基站,然后通过光纤传递到核心网处理。接下来,如果你是要连接他人或物,相关消息会转发到你通信目标附近的基站,然后再用无线电波传递到对方的手机或电脑等其它终端;如果你是单方面获取互联网服务,那就是核心网通过连接其它互联网资源(如视频播放等),将你的请求所对应的反馈传递回给你。

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图5 通信传输路径示意图

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