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未來20年,5G將如何改變世界?

2019-11-14 08:59 互聯網

導讀:2019 年 10 月 31 日,中國三大電信運營商在同一天公布了 5G 的資費價格,這標志著我國的 5G 網絡正式進入商用化。過去那么多年,一直被人們爭論不休的 5G 時代不再是未來,它已經開啟了。

作為一個科普作者,關于 5G,我最常被問到的一個問題是:我要不要把手機換成 5G 手機啊?

這個問題,真的沒法一句話給個是或不是的結論,因為這個問題的答案與你是什么樣的人,以及你的具體需求息息相關。希望所有關心這個問題的人,能耐心地把本文看完,然后自己作出最適合你自己的決定。

首先,你要了解 5G 信號覆蓋的現狀,因為 5G 手機只能在有 5G 信號的地方發揮最大的價值。在沒有 5G 信號的地方,它就依然只是一個 4G 或者 3G 手機,手機的 5G 標志就只是一個擺設。而與 5G 信號覆蓋面積大小直接相關的數據,就是 5G 基站的數量。

我們以全國首個 5G 試用城市上海市為例。來看看如果要實現上海市 5G 信號的全覆蓋,需要多少個基站。

根據三大運營商共同控股的中國鐵塔公司的數據,截至 2019 年第一季度末,上海全市共建成 4G 基站鐵塔 2.6 萬個。我國的 5G 網絡目前是工作在 3300 兆赫 -5000 兆赫之間的頻段上的。這是一個很高的頻段。但是,頻率越大,衰減就越厲害,所以基站與基站之間的距離就必須縮短。如果想要達到與 4G 相同的網絡覆蓋率,5G 基站密度將是 4G 的 3 倍左右。也就是說,如果想要 5G 信號在上海市實現全覆蓋,需要建設大約 7 萬個 5G 基站。

但是,好消息是,如果需要對 5G 設備進行大范圍推廣,所有已經建好的 4G 鐵塔都不需要重建,只需要進行比較簡單的供電改造,然后把 5G 設備掛上去就可以用了。這是推廣 5G 比 4G 有優勢的地方。所以,5G 基站的建設速度會超過 4G 基站的建設速度。

而且,5G 設備發射信號的波長更短,波長越短就意味著天線可以做得更小,毫米波允許把天線陣列做得很小而沒有干涉現象發生,所以發射設備也比 4G 設備要小巧得多。城市里的紅綠燈、路燈、監控桿以及小區樓房的屋檐下都可以懸掛 5G 基站。這也是我們能夠以超快速度推進 5G 建設的原因。

據報道,上海市計劃到 2019 年年底,建設超過 1 萬個 5G 基站,到 2021 年累計新建 3 萬個 5G 基站,屆時將基本實現上海市區范圍內的 5G 信號全覆蓋。

除了這些發射功率較大的基站,5G 還有一種專門用來解決建筑物內網絡信號問題的微基站。現在已經開通的上海火車站內的 5G 試點,就是由幾十個微基站組成的信號網,但部署的難度并不高,只用了很短的時間,試點就投入了運行。

所以你看,雖然我們總是聽到某個城市動輒就要建設幾萬個 5G 基站,聽起來工程浩大的樣子,但實際上的難度應該還是在三大運營商的能力范圍之內的。況且,三大運營商的背后是國家的支持,在需要的時候,他們還會獲得海量的貸款支持。我國在辦這類事情的時候,特別能體現出一聲令下,全體動員,集中力量辦大事的特點。可能你不知道,我國的人口是世界五分之一,但我們擁有的 4G 基站的數量占了世界二分之一。所以,對于我國來說,能用錢解決的事情都不算大事。相比于 5G 面臨的其他阻礙,我反倒是對基站建設速度最樂觀的。

但是,5G 手機面臨的阻礙不僅僅只有基站問題,還有其他一些復雜的問題。其中有一個很大的阻礙是通信協議標準統一的問題。

移動通信協議就好比我們平常說話一樣,如果咱們倆所使用的語言不一樣,是沒辦法互相交流的。所以 5G 也必須設立一個全世界統一的標準協議。確定協議這個事情,是由一個叫做 3GPP 的國際組織負責的。目前關于 5G 的通訊的穩定版本是 R16 版。但是這個版本預計要等到 2020 年的 6 月,才能最終確定下來。所以說,我們現在能體驗到的 5G,還只是實驗性質的準 5G。

很多人總是喜歡用下載電影快不快來判斷 5G 時代是否已經到來,但這其實是非常業余的想法。一秒鐘下載一部高清電影這種事兒,不可能也沒必要發生在手機上。

凡是你在新聞中看到的一秒鐘下載一部高清大片的報道,都是在實驗室中理想狀態下的測試。所有的帶寬都分配給一部手機用,那當然快啦。但一旦民用,那就是無數的手機一起使用。并且我們目前試點的 5G 網絡都是非獨立組網的網絡,工作頻率也并不是在理想的 24 千兆赫的波段。但我想說,其實一秒鐘下載一部大片的事情根本就是一個偽需求,網速快到了一定程度后,就不再需要本地存儲影片了,所有的服務都是云服務。

實際情況是,我國并沒有直接使用帶寬充足的毫米波來推廣 5G,而是采用了逐步升級的策略,這是因為:

第一,在現在的厘米波頻率上,我們能夠充分的利用現有 4G 網絡的基礎設備,快速推進 5G 信號的覆蓋。這是投資最少,見效最快的方案,也是最得民心的方案。

第二,我們的毫米波頻率,目前是有一些特殊的用途占用著的,比如我們的航天項目、高空探測項目和射電天文研究,就需要使用毫米波的波段。如果想把一整塊帶寬資源都拿出來,給 5G 通信使用,國家也需要充足的時間去協調。

第三,就是我們的毫米波商用設備其實還不夠成熟。比如說我們要用在基站上的毫米波天線,現在仍處于實驗階段。毫米波繞過障礙的能力很差,會受到降雨、霧霾天氣的嚴重影響,很多問題還有待于技術上的突破。

看到這里,或許你還是一頭霧水,不知道自己何時需要換 5G 手機。那么這樣,我換個方式來回答這個問題,我給你大致描繪一下 5G 在未來的發展時間節點,你可以自己對號入座,看看自己屬于哪一類人群。

最初,身處 5G 試點區域的人,可以體驗到令人驚艷的上網速度。因為,這時候與你分享帶寬的人數會很少,網速自然就會相當快。這件事情現在正在發生。

隨后,隨著 5G 網絡覆蓋面積的增大,用戶數量也會急劇上升,帶寬分享肯定會帶來網速的下降,雖然這時候的 5G 網速肯定還會比 4G 時代快得多,但肯定已經談不上驚艷了。這個過程會發生在未來 2-3 年之內。

再后來,有 50%的用戶升級到 5G 網絡,這可以定義為 5G 網絡完成全覆蓋的重要時間節點。我預測,這個時間節點會在未來 4-5 年內到來。

在 5G 的普及過程中,會有一種神奇的智能硬件誕生。與現有的智能硬件不同,新款的智能硬件將會自動直連 5G 網絡,不再需要 WIFI 的支持,它們默認就是聯網狀態的。這些智能硬件的廠家早已與運營商簽訂了協議,它們將終生免費使用 5G 網絡,無需你為它們繳納網費。這種硬件會在 5 年后大量出現,它們的應用領域也層出不窮。到那個時候,大多數人才會意識到,原來 5G 不等于手機。

很快,你還會發現,一些廠家的配套家電之間會支持自動的通信。比如說,你的空調可能會在開啟前幫你把窗戶關上。或者你的冰箱會把雞蛋從電商網站加入你的購物車里。你的健康手環和體重秤也不會再與你的手機通信,它們會直接把數據上傳到云端,交給人工智能健康管家去管理。如果你家里所有的家用電器全部選購的都是同一個品牌,那么它們很有可能做出一些更有想象力的事情。這件事情在未來 5-10 年之間會逐漸呈星火燎原之勢。

5 年后,在一些公共場所,比如體育館、火車站和飛機場等人員密集的場所,你會發現上網速度比你的家里要快上幾倍甚至十幾倍,這是因為毫米波 5G 已經在這些需求最高地方逐漸普及了。10 年后,只要在有公路的地方,我們就可以享受到來自路燈燈桿上的毫米波 5G 提供的超高速網絡。

令人無限期待的自動駕駛技術,很可能會在 15 年以后才能逐步走向實際應用。自動駕駛技術比家用電器困難的地方不僅僅是技術細節,更有兩個巨大的阻礙需要突破。一個是通信協議上的統一。只有所有的汽車廠商都遵循這個協議,自動駕駛汽車才能在路面上完成通信和協作。另一個問題是新老汽車的交替,也必然需要一個漫長的淘汰過程。

計算機科學家吳軍博士曾經預言,工作在物聯網設備上的芯片需要更低的能耗,同時也需要一個更加輕巧的操作系統與之配合。這將會誕生另外兩個巨頭型的公司。在互聯網時代,這兩家公司是微軟和英特爾;在移動互聯網時代,這兩家公司是谷歌和 ARM;在萬物互聯的時代,5G 已經開始全面融入普通人的衣食住行。經過激烈的競爭之后,兩個新的互聯網巨頭也會初露端倪,商業江湖的格局開始重新洗牌。

關于 5G,我非常喜歡鄔賀銓院士的那句話:“4G 改變生活,5G 改變社會。”

好了,現在你知道自己什么時候需要換 5G 手機了嗎?


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