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03
二月

5G是什么——无线通信技术发展历程

作者: 骑士
分类: 谈天说地
发布时间: 2019-02-03 19:34

要说5G,不懂点电磁波是不行的,因为5G就是电磁波通信技术中的一种。日常生活中,除了原子电子之外,剩下的几乎全是电磁波、红外线、紫外线、太阳光、电灯光、wifi信号、手机信号、电脑辐射、核辐射等等。只要是波,就逃不过三个参数:波速、波长、振幅。根据波速公式v=λf(波速=波长*频率),而电磁波的速度是恒定的光速,因此只需考虑:波长(或频率)、振幅(不考虑方向),其中频率对于电磁波来说,尤为重要。

频率越高,对应着电磁波的波长越短,能量越高,衰减越快,穿透性越差,散射越少,对人体伤害越大。就着这个原则,咱从头到尾捋一遍。长的电磁波波长能到1亿米,频率3Hz,1秒钟三个波,如果用来通信的话,等你一句话说完,就可以过年了。稍微正常点的电磁波,波长几万米,用这通信,就一个字:稳!江河大山都挡不住,甚至能穿透几十米深的海水(海水导电,是电磁波的克星)。不过就这点频率,只能勉强携带点信息,发一个hello,大概需要半小时,也就比写信稍微强点。因为超长波实在是稳,一般用在岸台向潜艇单向发送命令。

 

再短点,几十米波长的电磁波,频率就到了百万赫兹MHz级别,能携带的信息就很可观了,一句话至少能说利索了。而且照样还能跑很远,几百公里不在话下,所以收音机广播、电报、业余无线电一般用这个频段。

 

说点有用的,假如你困在荒岛上,有个飞机路过,赶紧用121.5MHz呼救,这是民用紧急通信频率,还有个军用紧急通信频率243MHz,这些都是不加密的公共频率。上次解放军和台军战机对峙,双方用这个频率对话,结果被无线电爱好者录下来放网上了,吃瓜群众喜闻乐见之余,又担心我军通信太容易被破解,真是阿弥陀佛了。

 

波长再短点,到了1米~1厘米,就有意思了。一方面,虽然衰减已经很明显了,但一口气还能跑个百十公里,够用;另一方面,频率到了GHz级别,能携带足够多的信息,不但话能说利索了,还有多余功夫让你加个密什么的。所以这个波段是通信的焦点,什么1G2G3G4G,什么卫星通信雷达通信,全在这,统称微波通信。

 

到了毫米级,电磁波就跑不了多远了,虽然毫米波不太发散,但很容易被周边物质吸收或反射,几乎没啥穿透性,用来通信很鸡肋,不过用在导弹导引雷达或微波炉上棒棒的。但,毕竟频率超过了30GHz,携带的信息量实在太馋人,要不还是试试吧!于是,5G来了。

 

5G同志先等等,继续往下数,来到微米级。毫无疑问,能携带的信息量继续倍增,但波长0.7微米的电磁波就已经是可见光了。可见光都见过吧,别说穿墙了,一张纸都够呛,想接着按照7G8G9G的套路肯定走不通啊。然后,就有了激光通信,发射端和接收端必须瞄得准准的,中间还不能有阻挡,这优缺点自个儿体会体会。

 

波长到了0.3微米,也就是300纳米,先别管频率的事了,这玩意儿就是我们熟知的紫外线,终于对人体有害了。太阳光里的紫外线大约占了4%,如果你一天能晒上半小时太阳的话,那么前面提到的那些电磁波辐射基本可以无视了(不要钻电磁共振的牛角尖,咱只说普遍情况)。

 

波长200纳米的紫外线,在太阳光中几乎是没有的,所以在阳光太强时,紫外线通信就成了激光通信很好的补充,不但隐蔽性更好,还不用对得那么准,在几公里的距离上非常好用,是近些年军事通信的研究热点。

 

接下来就和通信无关了,波长到了纳米级就成了X光,就是在医院见到的那种,这么说的话,X光其实也能叫纳米技术(这是玩笑)。

 

最后,波长短到了0.01纳米以下,这就是闻之色变的伽马射线,来自核辐射,全宇宙最强的能量形式之一!若是要毁灭一个星系,伽马射线是不二之选。实际上,科学家一直怀疑,超新星爆炸产生的伽马射线爆已经毁灭了绝大部分的宇宙文明,好在太阳系处于比较角落的地带,周边恒星不多。


5G涉及的技术实在太多太杂,得订个规矩。立规矩的重要性不比技术研发低,待会你看看欧萌就明白了。

 

5G标准第一阶段的第一部分已于2018年6月完成并发布,标志着首个真正完整意义的国际5G标准出炉,剩余部分陆续到2020年才能完工。

 

这次标准发布一共有50家公司参与,中国有中国电信、中国移动、中国联通、华为、中兴、大唐电信等16家,美国8家,欧洲8家,日本13家,韩国5家。

 

从数量上看,咱还是不错的。从质量上看,咱应该也还是不错的。举个例子:

 

在信道编码问题上,欧萌一直用Turbo码,美帝高通习惯用LDPC码,华为擅长用Polar码。于是,第一回合欧萌就被干掉了,不但积累的Turbo技术打了水漂,还得重新学LDPC和Polar。

 

华为和高通继续交锋了两轮。

 

信道编码分“控制信道编码”和“数据信道编码”,高通的方案是两者都用LDPC码,华为的方案是数据信道用你家的LDPC码,控制信道用Polar码。

 

然后,联想对华为的方案投了反对票……

 

当然,联想的投票对结局毫无影响。因为分歧过大,当天只确定数据信道用LDPC码,至于控制信道择日再议。

 

等择好日,再次投票时,高通、三星、英特尔、爱立信等巨头搜罗了31家公司组成阵营,要求全部用LDPC码,华为则组织了包括联想在内的55家公司力争。最终,华为Polar成为控制信道编码,高通LDPC成为数据信道编码,大家平分秋色。

 

这事被翻出来后,联想引起众怒,但华为很贴心地帮着解围。就技术而言,5G就三句话:网速快、信号广、延时少。但技术带来的改变却超越了想象力,5G是全信息化的基石,完全可以实现当年物联网吹过的牛:万物互联。

 

如果非要找个参考的话,可以想象一下:把2G3G4G去掉,回到大哥大时代……不认识大哥大的00后小盆友,可以问问身边的80后老爷爷。

 

我觉着,5G与4G的差异,比得上4G和1G的差异。

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