领跑世界的5G网络

华庆富

2019年被IT界尊称为5G元年，这个“元年”可是一种非常严肃且高贵的词，古代都是用来称呼一任帝王登基的第一年的！现在用来称呼“5G”实现商用的第一年，虽然不会被判“僭越”之罪，但是足以说明“5G”对于当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个字——快！对，“5G”很快，而且是网络传输中前所未有的快！图1中所示的对比仅仅是为了让你体会一下“5G”有多快，而不是为了伤害“4G”“3G”等“G”们。

对于“5G”而言，刚刚进入商用市场时的速度能达到1Gbps，这就已经是目前正在使用的“4G”速度的100倍了，更何况一年后将达到的10Gbps和很快就能达到的20Gbps！

那么问题来了，“5G”这么快，它究竟有啥秘诀？我们还是回到以移动通信为代表的网络通信方式的初始问题上吧。所有的网络通信都是基于电磁波的一种信息传播方式，电磁波的波长越长其频率就越小，波长越短其频率越高。而频率越高的电磁波，在单位时间内传输的波形更多（如图2），而一个波形就相当于一节车厢，车厢越多乘坐的乘客就越多，对于通信而言所包含的信息量就越大。这是“5G”传输速度快的第一个原因。

第二个原因是“5G”的信息传输途径与“2G/3G/4G”比较完全不同，图3甲所示是“2G/3G/4G”的信息传输方式。我们可以看到，即使是两个人面对面拨打对方的手机（或用手机对传照片），信号都是通过基站进行中转的。也就是说4G网络中的两部手机之间通电话，并不是直接进行的，而要经过通信基站中转。一个手机必须将信号传给基站信号塔，然后信号塔将信号传给另一部手机，这样必然会存在信号延迟问题，而且手机多了，信号塔肯定会“忙不过来”，这时手机信号就差了！“5G”的信息传输途径则如图3乙所示，我们看到，“5G”时代，同一基站下的两个用户通信就没有那么费事了，不需要信号基站中转，两部手机之间就可以实现信息互换，也就是端对端（D2D）的通信方式，这样速度自然就快了！当然，信令仍然要通过基站转发，但是因为手机通信等过程中的信息大头是资源数据包，而信令只是很少很少的一部分，所以相比“2G/3G/4G”等传输方式，“5G”的传输通道是非常畅通的。

这么快的“5G”对于我们来说有什么意义？答案四个字：意义重大！

最直接的意义：下载一部电影不再是分分钟的等待，而是瞬间秒的等候。下载一部2G电影所需要的时间不会超过1秒，这也算等待吗？

最革命性的意义：一个是自动驾驶技术，汽车自动驾驶需要对路况进行近乎无延迟的反馈，这就需要通信网络足够快。很明显，现在4G网络解决不了延迟问题，而5G则没有这个问题！2G网络几百毫秒的延迟都算正常，4G网络的延迟是10～50毫秒，都很难达到智能交通、自动驾驶的要求。理論上5G网络延迟已经缩短到1毫秒以内，这使得自动驾驶变得可行了。

另外一个就是物联网的发展，这涉及的东西就更多，用“万物互联”来解释更容易理解。如图4所示，现在手机、电视、冰箱、洗衣机、汽车等设备都是独立存在的，而未来的趋势是可以实现这些设备的互联通信。你外出工作时，可以让洗衣机在家给你洗衣服，让你的汽车自己去加油，而不再需要你亲自跑一趟。这些万物的互联就意味着必须有更大的网络通信能力，而5G就是这样的一个技术！是不是感觉很舒服？这就是科技创造的未来！

当然事物都具有两面性，“5G”也有着“2G/3G/4G”所没有的新问题需要解决。

长期以来，我们主要是用中频和超高频进行手机通信的。所以卫星地面站的那口大锅（在卫星和地面站之间接收与传送信号的天线）必须校准瞄着卫星的方向，否则哪怕稍微歪一点儿，都会影响信号质量。

“5G”通信用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。所以覆盖同一个区域，需要的5G基站数量将大大超过4G（如图5所示）。

“5G”通信因此建设了大量的微型基站，有的小到如图6所示，只有人的手掌那么大。微基站现在已有不少，在城区和室内我们经常能看到。

进入5G时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。不过你不用担心那么多基站在身边，会对人体造成影响。实际上基站数量越多，辐射反而越小！比如冬天取暖，你点燃一个大火堆，靠得近的人烤得难受，离得远的人冷得难受;而几个人分享一个小取暖器，则大家都能很舒服地享受温暖，既不会烤得难受，也不会冷得难受。因此基站小，功率低，辐射小，大家感觉反而好;如果只采用一个大基站，那么离得近，辐射大，离得远，没信号，反而不好。

让我们一起拥抱“5G”生活，并努力去解决“5G”应用中可能出现的各种各样的问题，让“5G”为我们的生活带来更多的便捷！

（编辑 文 墨）