領跑世界的5G網絡

華慶富

2019年被IT界尊稱為5G元年，這個“元年”可是一種非常嚴肅且高貴的詞，古代都是用來稱呼一任帝王登基的第一年的！現在用來稱呼“5G”實現商用的第一年，雖然不會被判“僭越”之罪，但是足以說明“5G”對于當下的生活而言是多么重要！提到“5G”，你的第一印象可能就是一個字——快！對，“5G”很快，而且是網絡傳輸中前所未有的快！圖1中所示的對比僅僅是為了讓你體會一下“5G”有多快，而不是為了傷害“4G”“3G”等“G”們。

對于“5G”而言，剛剛進入商用市場時的速度能達到1Gbps，這就已經是目前正在使用的“4G”速度的100倍了，更何況一年后將達到的10Gbps和很快就能達到的20Gbps！

那么問題來了，“5G”這么快，它究竟有啥秘訣？我們還是回到以移動通信為代表的網絡通信方式的初始問題上吧。所有的網絡通信都是基于電磁波的一種信息傳播方式，電磁波的波長越長其頻率就越小，波長越短其頻率越高。而頻率越高的電磁波，在單位時間內傳輸的波形更多（如圖2），而一個波形就相當于一節車廂，車廂越多乘坐的乘客就越多，對于通信而言所包含的信息量就越大。這是“5G”傳輸速度快的第一個原因。

第二個原因是“5G”的信息傳輸途徑與“2G/3G/4G”比較完全不同，圖3甲所示是“2G/3G/4G”的信息傳輸方式。我們可以看到，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或用手機對傳照片），信號都是通過基站進行中轉的。也就是說4G網絡中的兩部手機之間通電話，并不是直接進行的，而要經過通信基站中轉。一個手機必須將信號傳給基站信號塔，然后信號塔將信號傳給另一部手機，這樣必然會存在信號延遲問題，而且手機多了，信號塔肯定會“忙不過來”，這時手機信號就差了！“5G”的信息傳輸途徑則如圖3乙所示，我們看到，“5G”時代，同一基站下的兩個用戶通信就沒有那么費事了，不需要信號基站中轉，兩部手機之間就可以實現信息互換，也就是端對端（D2D）的通信方式，這樣速度自然就快了！當然，信令仍然要通過基站轉發，但是因為手機通信等過程中的信息大頭是資源數據包，而信令只是很少很少的一部分，所以相比“2G/3G/4G”等傳輸方式，“5G”的傳輸通道是非常暢通的。

這么快的“5G”對于我們來說有什么意義？答案四個字：意義重大！

最直接的意義：下載一部電影不再是分分鐘的等待，而是瞬間秒的等候。下載一部2G電影所需要的時間不會超過1秒，這也算等待嗎？

最革命性的意義：一個是自動駕駛技術，汽車自動駕駛需要對路況進行近乎無延遲的反饋，這就需要通信網絡足夠快。很明顯，現在4G網絡解決不了延遲問題，而5G則沒有這個問題！2G網絡幾百毫秒的延遲都算正常，4G網絡的延遲是10～50毫秒，都很難達到智能交通、自動駕駛的要求。理論上5G網絡延遲已經縮短到1毫秒以內，這使得自動駕駛變得可行了。

另外一個就是物聯網的發展，這涉及的東西就更多，用“萬物互聯”來解釋更容易理解。如圖4所示，現在手機、電視、冰箱、洗衣機、汽車等設備都是獨立存在的，而未來的趨勢是可以實現這些設備的互聯通信。你外出工作時，可以讓洗衣機在家給你洗衣服，讓你的汽車自己去加油，而不再需要你親自跑一趟。這些萬物的互聯就意味著必須有更大的網絡通信能力，而5G就是這樣的一個技術！是不是感覺很舒服？這就是科技創造的未來！

當然事物都具有兩面性，“5G”也有著“2G/3G/4G”所沒有的新問題需要解決。

長期以來，我們主要是用中頻和超高頻進行手機通信的。所以衛星地面站的那口大鍋（在衛星和地面站之間接收與傳送信號的天線）必須校準瞄著衛星的方向，否則哪怕稍微歪一點兒，都會影響信號質量。

“5G”通信用了高頻段，那么它最大的問題，就是傳輸距離大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。所以覆蓋同一個區域，需要的5G基站數量將大大超過4G（如圖5所示）。

“5G”通信因此建設了大量的微型基站，有的小到如圖6所示，只有人的手掌那么大。微基站現在已有不少，在城區和室內我們經常能看到。

進入5G時代，微基站會更多，到處都會裝上，幾乎隨處可見。不過你不用擔心那么多基站在身邊，會對人體造成影響。實際上基站數量越多，輻射反而越小！比如冬天取暖，你點燃一個大火堆，靠得近的人烤得難受，離得遠的人冷得難受;而幾個人分享一個小取暖器，則大家都能很舒服地享受溫暖，既不會烤得難受，也不會冷得難受。因此基站小，功率低，輻射小，大家感覺反而好;如果只采用一個大基站，那么離得近，輻射大，離得遠，沒信號，反而不好。

讓我們一起擁抱“5G”生活，并努力去解決“5G”應用中可能出現的各種各樣的問題，讓“5G”為我們的生活帶來更多的便捷！

（編輯 文 墨）