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电信行业

了解 5G 网络

移动网络技术自诞生以来,在短短数十年间已经发生了翻天覆地的变化。每一代技术都比上一代做出了重大改进。凭借 5G 所带来的技术进步,我们有望实现比前几代产品更快速、更强大且更可靠的数据传输。

什么是 5G?

5G 是指第五代移动网络。它旨在增强现有的 4G/LTE 网络,并在某些情况下完全取代它们。为了深入了解什么是 5G 并把它与前几代产品进行比较,我们有必要快速浏览一下移动网络技术的发展历史。

移动网络技术简史

每一代移动网络技术都是由几个因素决定的,包括使用的技术、发送和接收信号之间的时间(延迟),以及从网络到移动设备的数据传输速度。

1G(第一代移动网络)于 1970 年代后期诞生于日本,并在数年后传播至全球。1G 采用了模拟数据传输(例如 AM/FM 无线电),虽然轻松可得,但不可靠也不安全。它的最大速度略高于 2 kbps(每秒千比特),仅够容纳几行文本。趣闻:截止到 2018 年,世界上最后一个 1G 网络仍在俄罗斯继续运营。

2G 于 1990 年代初问世,并为我们提供了数字语音传输以及 SMS(短信服务)和 MMS(多媒体消息服务)功能。它的最大速度可达 200 kbps,比 1G 要快得多,但与今天相比仍然相当慢。这一代数据的安全性略有提高,但稀疏的网络覆盖导致了昂贵的漫游费用和梦魇般的掉线情况。

3G 出现在 2000 年代中期,它让我们实现了移动互联网,从而加速了智能手机在全球的普及。数据传输速度急剧提高至约 40 Mbps(兆位/秒),是 2G 的 200 倍以上。分组交换及 GPRS(通用分组无线业务)也帮助实现了移动互联网所需的速度。

4G 在 2010 年左右投放市场,目前是全球使用最广泛的技术。它的出现将智能设备融入到了我们的生活中。4G 的平均下载速度高达 100 Mbps,使我们能够下载高清视频文件、畅玩激烈互动的 3D 游戏、在线听音乐、增强现实以及其他诸多服务。

我们终于来到 5G 时代。它有望实现高达 1,000 Mbps(或 1 Gbps)的数据传输速度,不仅大大缩短了延迟,并能将覆盖范围扩展到偏远地区。当然,它的优势还远不止这些。目前,5G 还只是一个蓝图,因为只有少数地区搭建了配套的基础设施。韩国已经将 5G 推广到全国大部分地区。日本计划在 2020 年东京奥运会开始之前完成整合。美国、中国、欧洲及其他地区的运营商也在全力争取于 2020 年底之前扩展 5G 的覆盖范围。

5G 为何如此重要?

答案很简单:4G 已经变得越来越拥堵。需求的激增将不可避免地给消费者、企业和政府带来困扰。延迟还会进一步增加,下载速度会变得越来越慢,而且整体性能也会受到影响。由此给消费者带来的不便是显而易见的。同时,依赖于移动数据的服务(金融财务、紧急服务、数据安全等)将在传输和接收数据时遇到越来越多的延迟和故障。

5G 旨在通过利用多种不同的技术来合力解决这些问题,将下载速度提高到 4G 的 10 倍,并将延迟减少到 1ms(毫秒)。总之,5G 有望全方位颠覆我们现在对移动计算的认知。

5G 有什么用?

5G 在速度、延迟和带宽方面具有明显的优势。消费者将会享受到更快的下载速度,传输流媒体和畅玩图形丰富的游戏时缓冲延迟更短,而且可以获得更好的虚拟现实和增强现实体验。例如,一部 2 小时的电影不到 4 秒就能下载完成。当然,5G 的应用已远远超出消费类产品的范畴,其应用前景不可限量。该技术能够即时传输大量数据,从而几乎无缝的连接数字世界与物质世界,以及各种云服务。 

运输业

借助实时连接,5G 可以通过探测驶近的车辆数,来帮助交通信号灯更有效地管理十字路口。当另一个方向没有车流时,人们就不用再坐等"没完没了"的红灯了。汽车不仅可以自行驾驶,还可以探测到附近是否有其他车辆并与之通信,从而最大程度减少交通拥堵,并先于驾驶员做出反应,避免危险。 

医疗行业

农村地区的人口将通过 5G 享受到前所未有的医疗服务。医生可以使用增强现实技术在异地对患者展开远程治疗。人工智能(AI)与即时访问大量医学数据的功能相结合,将帮助医务人员更快、更准确地进行诊断和制定治疗方案。

农业

到 2050 年,农民需要用今天养活 78 亿人口的土地来养活 98 亿人。5G 可以通过引导自动农用设备(例如拖拉机和收割机)来提高效率,并操作无人飞机来检测植物健康状况、土壤质量和湿度变化,并精确施用所需的农药、水或肥料。

公共服务行业

5G 可通过简化警察、救护车和消防部门等服务之间的协调,让紧急服务(比如美国的 911 系统)更加高效。位置信息会更加准确。因此,即使是在农村地区,急救人员也可以迅速定位目的地。而在灾难响应中,可以更快地确定中心区域并提供更全面的援助,使应急救援更加有效。

5G 是如何工作的?

5G 背后的技术非常复杂。当今的网络依靠大型高功率信号塔来长距离发送低频(6 GHz 以下)信号。这样做的问题在于,低频无法足够快地传输数据,满足 5G 的预期速度。此外,使用这些频率的设备数量也在不断增加,这会进一步降低速度。因此,采用其他技术已刻不容缓。当然,每种技术都有自己的优缺点。

毫米波

毫米波是一些超高频率(20 GHz 至 100 GHz)的波。它们可以用惊人的速度传输信号。但遗憾的是,它们无法长距离传输、转弯或穿过障碍物。要解决此问题,需要在视线范围内安装多个毫米波节点,以最大程度扩展覆盖范围。

波束成形

蜂窝信号塔会向各个方向广播信号,因此可能会造成很大的干扰。波束成形的工作原理类似于红绿灯,通过对信号进行调控,使其在特定时间内专注于特定用户的单一数据流。一旦完成数据传输,信号就会移去满足另一个用户的传输请求。这种个性化的信号可以大大降低干扰,使数据传输更快、更高效。

网络切片

有人将网络切片视为 5G 的决定性特征,它允许提供商将其网络的虚拟"切片"专门用于特定用途。例如,用于娱乐、通信和互联网服务的数据将获得一个网络切片,而机器对机器(物联网,即 IoT)数据传输也将获得属于自己的独立切片。最重要的是,关键数据(例如自动驾驶汽车、紧急服务及其他重要基础架构所需的数据)将拥有其他服务所无法占用的专用片段。

5G 的未来如何?

5G 的支持者认为,这项技术将彻底颠覆我们已知的世界,包括我们的工作、娱乐、创造、交流和生活方式。从全球经济角度来看,到 2035 年,5G 有望带来高达 13.2 万亿美元的商品和服务产值,并创造多达 2,230 万个就业机会。毫不夸张地说,它几乎会涉及到我们工作和生活的方方面面,从而引发第四次工业革命。

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