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                                                                      從1G到5G,移動通信發展之路

                                                                      本文由:刘晶灵 编辑 2019年07月20日 9:08 世界奇闻306 ℃

                                                                      【漫威首位华裔英雄】

                                                                      科技進步日新月異?∴,不僅給我們帶來了好的生活△π,也讓當下的人們產生了很多焦慮和恐懼∟。通常♀,人們的焦慮和恐懼源於對周圍的世界缺乏了解﹡﹡♀,對未來缺乏把控?。要想緩解和消除這種焦慮和恐懼↑,需要搞清楚下面三件事情┊∴。

                                                                      3G的系統是半吊子系統◇♀∟,雖然標示稱網速很高∵,但是實際網速並不快☆⌒。不過♂,4G很快就出現了〇∵。4G變快是結果□,不是原因4G有什麼革命性的進步呢♀△▽?有人說是網速變快▽∵。但這是結果△?♂,不是原因π。4G一方面使用了扁平的網絡結構△,減少了端到端通信時信息轉發的次數∟┊,同時增加了基站之間光纖的帶寬♀。

                                                                      其次△┊▽,任何致力於將各種網絡融合的努力都是順勢而為?⊿⌒,任何試圖搭建一個獨立的、單純基於無線技術的努力都是逆流而動∵。數月前△,有領導問我:以現在的技術再開發類似於銥星的通信系統⊙◇,是否可行△?我說完全沒有必要?,因為那是逆流而動π↑∟。從1G到5G∟∴,將各種網絡融合是一個大趨勢♀。

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                                                                      1G和2G有什麼區別?⌒?從技術上講☆〇,1G是模擬電路⊿,2G是數字電路;從外觀上看π〇,2G手機比1G手機小很多﹡,更省電┊﹡∵,而且可以方便地收發短訊∵。

                                                                      怎麼辦〇?最簡單的辦法就是在提高通信頻率的同時∟⊿♂,把基站建得非常密♂﹡,這樣就不怕被建築物阻攔了┊。5G真正融合成一個網絡基於上述想法〇◇,5G的概念就被提出來了⊿。相對4G是在1000米範圍內建一個基站∟,5G是在百米半徑的範圍內建基站┊,目前的方案是基站距離平均為兩三百米♂∴⌒。

                                                                      水火不相容使得獨立的移動網絡無法受益於網絡技術的快速進步♂⊙。2G和3G時代用手機打一個電話實際上經過的物理路徑很長□。

                                                                      首先〇∴,科技在大宇宙時空中的地位和作用♂,即它在經濟和社會生活中的角色⊿,以及它在歷史上對文明進程的推動作用♂⌒。前者是從空間維度上看π∵﹡,後者是從時間維度上看△。

                                                                      客觀地講⌒⊿,4G在絕大部分時候是能夠滿足我們目前的上網需求的┊,但未來會有更多的智能設備登場☆,它們要同時上網∴,就會出現「會場擁堵」◇?∟。

                                                                      除了專利申請量驚人☆∟﹡,今天科技的另一個特點是讓我們感覺眼花繚亂♂。虛擬現實、人工智能、無人駕駛汽車、基因編輯、大數據醫療、區塊鏈和虛擬貨幣等↑〇◇,我們在媒體上每天都能看到這些概念↑,但是它們意味着什麼∵☆﹡?為什麼會一夜之間冒出來☆?對我們的生活將產生什麼影響♂▽?今後還會出現什麼新的技術名詞﹡△□?

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                                                                      最後∵△∵,我們需要找到一條或者幾條主線?,從空間維度了解科技的眾多領域及眾多分支之間的相互關係♀,從而了解科技的全貌♂,同時從時間維度理解科技發展的過程和規律◇☆。雖然不同的歷史學家、科技史學家和技術專家會給出不同的主線⊙⊿∟,但最本質也最便於使用的兩條主線是能量和信息π?☆。這兩條主線也是組織本書內容的線索⊙☆?。而採用能量和信息作為科技發展史的主線有兩個主要原因:其一♂,我們的世界本身就是由能量和信息構成的;其二∴△⌒,它們可以量化科技發展水平↑,解釋清楚各種科技之間的關係π。

                                                                      [從1G到5G▽,移動通信發展之路■吳軍大部分人談到歷史的時候∴﹡,關注的是國家的興衰、王朝的更替↑▽〇,往往忽視了科技的力量〇。「文津圖書獎」得主、計算機專家吳軍博士新著《全球科技通史》⌒◇,從科技視角串聯歷史π☆∴,以能量和信息兩條主線∴□?,分遠古科技、古代科技、近代科技和現代科技四個部分┊,詳細描述了數萬年來農業、工業、天文、地理、生物、數學等各個領域關鍵性的人物、事件及意義?,繪製了一幅科技驅動歷史的恢宏畫卷↑♂□,展現了科技疊加式進步的魅力◇∴♂。

                                                                      本刊特請吳軍結合書中第九章《信息時代》⊙?◇,就目前人們普遍關注的5G問題□,做一番深入淺出的解析☆☆◇。1G掌握標準☆,掌握行業制高點我們先從1G說起♂∵。世界上最早的民用移動通信電話是由摩托羅拉公司發明的﹡。在1968年的消費電子展(CES)上∟♂?,最吸引眼球的是它推出的第一代商用流動電話的原型﹡,當時一部這樣的電話售價2000美元☆∟,重達9公斤┊。幾年後⌒,當它開始在市面上銷售時π∟,「體重」降到了不到3公斤◇☆,但售價還是很貴♀。

                                                                      書摘生活在今天的我們是幸運的我們正身處技術爆炸的時代﹡◇。2017年全世界專利申請的數量超過800萬件⊿。雖然這裏面有不少水分〇∟?,但是總數依然相當驚人〇。如果再看專利的增長速度∴∟∵,則更為驚人□┊。以世界上最難獲取的美國專利為例⊿,2003—2015年的13年間☆,美國專利商標局批准了300萬項專利∴π∴,這個數量超過了美國專利商標局自1802年成立到2002年底200年間所批准專利的總和π⊿☆。

                                                                      從時間維度上看☆◇,科技幾乎是世界上唯獨能夠獲得疊加性進步的力量〇?♂,因此♂,它的發展是不斷加速的⊙⌒。世界文明的成就體現在很多方面♂♂◇,從政治、法律到文學、藝術、音樂等♂,都有體現∟∴。雖然總體上講♀⊿∵,文明是不斷進步的□π,但是在很多方面π,過去的成就並不能給未來帶來疊加性的進步⊙▽〇。比如在藝術方面π,歷史上有很多高峰⊿△,後面的未必能超越前面的◇▽△。今天沒有人敢說自己作曲超越貝多芬或者莫扎特♂,寫詩超越李白或者莎士比亞?,繪畫超越米開朗琪羅⌒▽⌒。但是〇∟,今天任何一個三甲醫院的主治醫生都敢說他的醫術超過了50年前世界上最好的名醫┊π∟。因為醫學的進步是積累的♂﹡♂,現在的醫生不僅學到了50年前名醫的醫術精髓﹡▽,而且掌握了過去名醫未知的治療手段π。今天⊿□,一個大學生學會微積分中的牛頓—萊布尼茨公式只需要兩個小時◇□∴,但是當初牛頓與萊布尼茨花了10多年時間才確立了該公式┊〇π。由於科技具有疊加式進步的特點▽,我們對它的未來更加有把握∟∴。

                                                                      通信標準中有兩部分最重要:一是對信息的發送和接收的描述⌒☆△,比如打電話時大家用的電話號碼;二是對信息編碼的方式〇﹡┊,比如文字就是對信息的一種編碼♀﹡∟。好的信息編碼能保證儘可能高的信息傳輸率⌒〇∴,接近信道的容量〇π♂。

                                                                      為什麼2G手機可以「瘦身」∟?因為數字電路可以把更多的數字芯片集成起來∟┊,用一個專用芯片取代上百箇舊芯片◇♂。在摩爾定律的影響下﹡⊙▽,這種技術進步的疊加效應更為明顯↑π,手機越做越小▽。

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                                                                      更重要的是☆♀?,它同時利用了互聯網和電信網絡的技術進步?▽∟,這兩種技術的融合才使得4G的速度比3G快很多⌒⌒♀。但還不是完全統一⌒∟,這是個重要的事實♀◇∴。

                                                                      但是┊□∵,從1G到3G都存在一個大問題♂,那就是上網用的移動通信的網絡和原來打電話用的通信網絡雖然能夠一定程度地融合?⌒,但本質上還是彼此獨立的▽⊙♀。

                                                                      2018年┊♂,我在杭州參加全國計算機大會∴〇∟,參會者近萬∟♂☆,會場里無論是4G還是Wi-Fi⊙〇,都不大管用〇↑,你如果拍張照片想在朋友圈分享∵〇,能否分享成功全憑運氣〇?。這一方面是因為總的網速不夠快⌒〇?,另一方面是因為很多人同時和基站通信□,基站成了瓶頸↑♂。

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                                                                      其次♀〇⊙,世界達到今天這樣的文明程度並非巧合⌒,而是有着很多的歷史必然性♂。19世紀出現大量和機械、電力相關的技術∟,20世紀出現大量和信息相關的技術⌒♂∟,接下來會出現很多和生物相關的技術⌒,這些都是有內在邏輯性的♀。當我們全面了解了科技在人類文明發展的進程中是怎樣一環扣一環地發展的♀⊙,我們就能夠把握科技發展的內在邏輯〇⊙,做到自覺地、有效地發展科技◇◇。

                                                                      怎麼解決這個問題⊙⌒?有人會想到繼續增加帶寬□♂。這是一種自然而然、頗為合理的想法◇〇。雖然在4G基礎上增加2至3倍的帶寬並非難事▽☆↑,但如果想增加1至2個數量級就辦不到了┊。因為這一方面要求大大增加基站的功率∵⊿,基站周圍就會因為電磁波輻射太強而變得不安全;另一方面◇┊┊,要想增加帶寬∵⊙↑,就要增加通信的頻率範圍⊿〇,但無線通信的頻率無法向下擴展┊∵,只能向上擴展﹡∵,而無線電波的頻率越高∵π?,它繞過障礙物的能力就越差♂∟,當它高到可見光的頻率時▽☆,你隨便用張紙就能擋住它﹡π,何況城市裡林立的高樓◇⊿。

                                                                      2G手機越做越小進入上世紀80年代⊙▽♀,諾基亞等公司開始研製新一代的移動通信設備♀,並且提出了新的移動通信標準⊙,它們在1991年開始被投入使用◇,我們稱之為2G∟⊿。

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                                                                      再次☆﹡,極快的網速可以刺激開發很多需要高速互聯網的應用??∵。總結半個多世紀以來移動通信的發展歷程⊙◇,我們只需記住四個要點:單位能量的信息傳輸率越來越高;網絡不斷融合;設備的輻射越來越小;每一代都會有新的主導型公司出現∵♀↑,1G是摩托羅拉▽π⊿,2G是諾基亞∵▽∟,3G、4G是蘋果、谷歌和高通∴π〇,而5G是華為∴。

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                                                                      設備要實現通信┊♂∵,還需要讓它們都遵守一套大家都認可的信息編碼規範◇♂♂,這就是通信標準∟↑,這和發電報要有標準的電報碼是一樣的道理↑┊♂。沒有標準∟?,彼此就沒法溝通∵,是雞同鴨講◇∴□。

                                                                      今天的人回頭來看這件事可能會覺得荒唐⊿△,但如果我們了解當時移動通信和以AT&T(美國電話電報公司)為代表的傳統電信公司是多麼水火不容﹡,就不難理解這一點了⊙▽。

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                                                                      從空間維度上看┊,科技在文明進程中的作用是獨特的π,是一種進步的力量∴◇,這是毋庸置疑的▽。工業革命堪稱人類歷史上最偉大的事件之一∴⌒。在工業革命之前┊⊿,無論是東方還是西方↑,人均GDP都沒有本質的變化↑⊿☆。但工業革命發生后◇,人均GDP就突飛猛進◇↑,在歐洲♀♂,200年間增加了50倍;而在中國⊙,短短40年就增加了10多倍♀♂∟。因此∵♂?,古今中外任何王侯將相的功績和工業革命相比都不值一提△π▽。而工業革命的發生□◇,就是科學推動技術△π◇,再轉化為生產力的結果?◇∟。這是科技在經濟和社會生活中的重要體現⊿〇。

                                                                      ( 郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。 )

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