一个人的气质里 有走过的路、读过的书、爱过的人 5G又经历了哪些故事呢？ 引子 在上一期的5G科普图解：什么是5G？中详细分析了5G为什么那么厉害 一部高清电影秒秒钟就能下载下来 远程游戏再也不会有卡顿和延迟的感觉了 依托5G也出现了一系列的新东西，比如，车联网、自动驾驶、远程控制等等 那5G从哪来的呢？ 她经历了怎样的故事才走到如今的样子？ 本期将详细分析无线通信的发展历程，是如何发展到如此火爆的5G的 1G 1G这个词离我们很久远很久远了，90后，00后的基本对其没有什么概念了 但在无线通信历史上，它的确是坐了第一把交椅 听过这样一段话，不管在什么行业里混，要么做第一个，要么做最好的那一个 但是往往第一个大概率的不是最好的那一个 1G也是如此，回过头去看，再和当下的5G相比，第一代无线通信简直弱爆了 到底弱到什么程度呢？ 先看看1G的代表人物，还是上篇中简单介绍的那位江湖大哥大哥大 看这派头，看这个头 大哥大只有这样派头的大哥才能用得起 几何时，通个话要用这么大个头的家伙，立起来比脑袋都大 真对得起大哥大这个称呼了 这家伙发短信、上网、视频等等都不支持，只能用来打个电话 为什么呢？ 很简单，因为大哥的功能不支持（这不废话嘛） 的确是功能不支持，但是更深层的即使大哥功能支持，无线信号也不支持 为啥呢？ 因为此时还是模拟信号，什么叫模拟信号？ 直接上图吧 这个图是声波图，就是你喊一嗓子，你的声音在在空气中的样子 这么乱套，这么复杂 但是从来不缺少拼命硬干的人，乱是乱点，不耽误揭它 这时候欧洲又出了个老头叫傅里叶，说： 世界上所有的波形，不管它长得多难看都可以用很好看的模子给怼出来 这句话看似玄幻，却是整个通信界的基础，包括现在牛叉的5G在内 老头的意思很明白：再难看的模样，也是好看的基因摞出来的 要是这么说，心里就舒服多了 不是咱长的不漂亮，只是漂亮的基因位置摞偏了，把漂亮摞的不明显了 他又说了，漂亮的波形是长这样的 漂亮真不是盖的，这就清楚多了 上面那张图中带棱的带刺的波也是无数类似漂亮的波摞出来的 1G的代表大哥就是受声波的启发造出来的吧 把说话的连续漂亮的波，调制到更高的频率，通过大哥上面那根天线发射出去 就达到传送信息的目的了 简单的讲，大哥大完成的就是这么个简单的任务 相比于狼烟烽火来说，这就够先进的了，但是大哥也有一个致命的问题 发出去的时候是下图漂亮波的模样 在空气中和楼、树叶、墙各种东西碰撞后，就变形了，变成了上图中带刺的样子了 显然，把声音撞的基因突变了 波形突变会有什么影响呢？ 影响就是这头说的话，到那头可能就听不到、听不清，甚至听错了 好端端的话硬生生地给撞成流氓了 不能总把黄昏恋，整成黄花菜吧 为了解决这个致命的问题，人们开始想办法了 因此，2G登场了 2G 2G通信到目前为止，应该说是应用最广泛的成熟的通信，没有之一 有人可能会说了4G也很成熟，用的也很多 但是相比于曾经辉煌的2G，还是差一点火候的 2G是基础套餐，全世界人民都可以hou住 4G是升级套餐，贫穷的地区和区域还是用不了 曾经全世界50亿的人口，2G手机达到近40亿，覆盖住了全球所有国家，不论贫穷的还是富有的 从服务的用户数量来看，2G很牛叉 再从通信方式来看，2G一改模拟通信方式，开启了数字通信之路 所以说2G是通信界的里程碑一点都不过分 为什么2G用户这么多呢？ 第一，它是第一代数字通信系统，极大改善了1G模拟通信中容易听不见、听不清、听错了的致命问题 第二，手机个头变小了，价格相对于大哥来说便宜了很多 两条就足够了 那么，什么叫数字通信呢？ 数字嘛，不外乎就是0、1、2、3 当前阶段全中国呼声很高的数字化转型往简单了说，也逃不出1、2、3的手掌心 但对计算机来说，它只认识0和1，其他的数字不熟 因为通信中处理信号的物件也是芯片，和计算机一样 所以，数字通信系统中，信息的载体也就只有0和1了 将语音、文字用0和1来编码表示，就实现了通信的数字化转型 只用0和1能表示这么多东西吗？语音、文字、图片、视频等等 答案是肯定的，画风是下图这样式的 当然，在2G时代还无法支持到图片和视频，还只能打电话、发短信 把要说的话、要发的信息内容编码成图中0、1排列的样子 不同的内容通过0和1的不同排列表示出来 把编码后的0、1用图表示出来就是这样式的 把一句话编码成一堆数，信号状态就只有两个，不是0就是1 而且在编码的过程中，还人为的加入了一些监督用的0，1 用来纠正可能出现的将0解码成1，或者将1解码成0的情况 这就极大的降低被翻译错的概率 另外，只有0，1表示的信息不会有噪声的积累影响，不会把1叠成3 模拟信号就不一样了，在传输过程中，噪声会不断的改变波形的形状，改成什么样，谁也说不好 所以，数字通信比模拟的通信系统可靠的多了 再从通信资源上来看，资源不过时间、频率、空域、码域四个领域 此时还谈不上空域，因为此时还没有多天线的概念，在上一篇中详细的说明了 码域此时也就是基本的编码方式，还没有深度开发该领域，到3G里才在这个域里作大文章 主要在时域和频域折腾着分配和调度资源 图中，水平向右在时间上切分，垂直向上是在频率上切分 二者交叉以后，就是一个一个的小格子 上面说的那些0，1就是在这些小格子里发送的 为每个手机分配一个小格子，自己在自己的格子里打电话，互不影响 在图解：什么是5G？中，将5G比较5行车道，4G带宽就是单行车道 而此时的2G里载波宽度只有200kHz，是4G宽度的百分之一，那就是5G的五百分之一 难怪2G只能用来发发短信，打打电话了 另外，此时还没有4G、5G的基础性底座技术OFDM，后面4G中将说明 因此，为了避免干扰，在频域不同的波之间还要用空档隔开 这样又要耗费一些资源，所以2G时代的资源利用率较低了 而且在有效利用的资源里也远没有达到高的水平 所以，2G凑合用吧，可圈可点的就是用了数字化技术，可靠性极大的提高了 打电话听得清楚多了，也能支持发短信了 重要的是黄花菜事件减少了很多，也算是成人之美，做好事的典范了 通信发展到这，基本能满足远距离交流了，但是人们的欲望总是无限的 不满足于打电话，发短信 因此，又开始了新的探索（折腾）征程 3G登场 3G 通信由1G发展到2G，使人们涨了姿势，也尝到了科技发展的甜头 因此，人们继续探索未知世界 话说，人们从未停止对未知的探索 既然在时、频域已经很明确的分成了一个一个的小格子 暂时在这两个领域没什么突破了 至于空域，人们的视野还没有打开，还不知道多天线的性能深度 所以，此时研究重点放在了码域 再回到通信的本质问题：就是把信息传递给想传递的人而已 单位时间里传的越多越好 这样的话，那就只有两个目标了： 1。增加有效通信的资源，也就是道路的宽度 2。降低其他信号的干扰 3G性能的提升也不过是从这两个方面着手 第一，带宽变宽，这是最直接的办法，也是最容易想到的 想要路上能跑更多的车，最直接办法就是把路整宽一些 到了3G最大的传输带宽从2G的200KHz提升到5MHz，提升了25倍 第二，在码域作了较大的改动和深挖 直接上图吧 2G的通信分了很多小格子，每个人在自己的格子里打电话 就好像在单间、卧室、厕所里两两谈话，不同房间之间互不影响 虽然彼此房间之间互不干扰，这个问题就成了用2G打电话，拢共分三步先建设多个小房间把人分配进去最后，把房间门关上 多么麻烦的说，到了3G干脆把小房间都干倒了 大家有话说，就直接在大厅谈吧，别跑到小屋子里悄悄去了 那么多人两两进行谈话，相互之间就会干扰，想谈个悄悄话，岂不是谈不了了？ 怎么办？ 搞加密黑科技，人们还是很聪明的，不同的两两谈话的对象之间规定说不同的语言不就完了 画风是这样的 同在一个大厅里谈话，但是不同的组用的语言不一样 那么相互之间不就没有干扰了 这一招也很漂亮 即增大了带宽，大厅的空间肯定是比小单间也宽敞的多了（扩大了25倍） 通过用不同的语言可以减少不同的谈话之间的干扰 前面讲的两个主要的问题得到了解决或者缓解了 但是干扰仍然是没有完全的解决掉 想象一下，两个人用陕西话在说悄悄话，第三个人用大喇叭在两个人旁边用河南话广播 虽然语言特色都很明显，但是悄悄话仍然是听不清的 又掉入了整黄花菜的坑里了 因此，3G系统是一个自干扰系统，同一个小区下的手机 功率大点的会把功率小的信号淹没掉 另外，如果水浅大哥多，大哥之间就要抢地盘了，会相互之间一直干扰 怎么办？ 励志主角该登场了： 二战时，奥地利有一个美女叫海蒂拉玛，人家是地道的影星 当时盟军的鱼雷去攻击法西斯的军舰总是被很准确的拦截 因为阿道夫的狼群潜艇能准确捕捉到发射鱼雷的指令，从而提前知道了鱼雷的方向 上图中这个美女在家练习钢琴的时候，脑洞大开 如果指令像琴键一样跳着发出，就不容易被对方追踪了 跳着发信号，能缓解一直被干扰跟踪的问题了 试了一下，还真管用，攻击目标的成功率大大提升了 这就是在3G和WiFi里大放异彩的跳频技术 交叉学科容易出成果，是不是从她这开始的呢？ 看看人家这开了挂的人生，不仅有漂亮的皮囊，还有漂亮的瓤 这么多新玩意的引入的确提升了通信的性能 因此，3G时代能支持多媒体了 但是此时，看NBA比赛还只是通过不断的刷新网页，看实时的结果 看个GIF图片，在线刷个小说还是可以支持的 可是仍然无法和视频的视觉冲击力相比 于是，人们又开始了新的探索之路 熟悉的主角4G开始登场了 4G 通信发展到这个阶段，就到了我们大家所熟悉的地界了 4G，多么新鲜的一个词，2014年才开始正式挺进人们视线里的小鲜肉 短短几年，到2020年我国4G用户总数达到了12亿，占移动电话用户总数的80以上 这么火爆，人们在它身上到底折腾出了什么新的玩法呢？ 先回顾下3G，所有的人在一个大厅里谈话，虽然用不同的语言，还可以跳着频率传播 但是，自干扰系统自然还是干扰系统，仍然会有硬干扰的 因此，4G不能继续在3G的基础上往前研究了，基本没前途 研究来研究去，人们决定4G还是把3G推倒的小房间再盖起来吧 于是就又回到了有小隔间的时代了 事物的发展就是这样的规律，前进中有时候不可避免的会出现挫折 还记得提升的两个突破口吗？ 肯定上来就又是修路，加宽 你说对了，4G从3G的5MHz的基础上拓宽到了最大带宽20MHz 道路宽了4倍 见识了上一篇文章的分析，动不动就几十倍甚至上百倍的提升，4倍的确算不得什么 别着急 4G除了开宽道路之外，还在另外一个域里折腾了，那就是最晚登场的空域 开始搞多天线了，在图解：什么是5G？中详细分析了，如果一根天线传一路数据 那么8根天线就能同时传8路数据，就是这个意思吧 手机搞到了2根天线，往上发可以最多发2路数据，基站搞8根天线，同时传8路数据 和上面的4倍带宽提升，乘在一起，相比于3G也有了几十倍了 另外，就是从1G的分频复用FDM，升级成了OFDM 多天线OFDM直接成了4G和5G的技术底座了 看到了吧，下面这个图就是FDM，上面那个就是OFDM 不仅把不同波之间的隔断搞没了 不同的波之间还能重叠，重叠不会干扰？ 搞好了，还真不会有干扰 因为这个波的最高低正好对准了重叠波的0的点，0固然是对其他没有什么影响 因为数字通信里只有0和1，因此只要知道波的高，低就行了，不必要知道具体的数值 那是怎么整成这样的呢，还是上文提到的那个叫傅里叶的欧洲老头，好事做到底，找到的处理办法 因为实现算法较复杂了，经过一些数学变换，这里不展开了，以后另起文详谈 这样一整，妥妥的几十倍的性能提升就出来了 有了这几十倍性能增长加持，4G终于能看视频了 当然，4G提升了那么多，不仅能看视频了，移动互联网也正是在这基础上起飞的 微信，支付宝，单车，网约车等，现在基本上是一机在手，说走就走了 凭借4G技术的移动互联网产业每年创造的价值数以万亿计 移动通信发展到4G，终于见到了产值的大爆发 从1G研究发展到4G经历了30年的时间，任何事情的发展都是要经历一个漫长的过程 一蹴而就的急功近利是反客观规律的 从上面的回顾中可以看出，在每一代中都是研究了自己的一套东西的 不是拍脑袋，不是心血来潮的胡想，是实打实研究的 4G发展到现在，可以满足人们所有的生活需求了 但是，看到无线技术能创造这么大的社会经济价值 人们又开始将眼光瞄准了用无线通信技术去改造工业，以期创造更大的价值 5G就这样走进了人们的视野里了 5G 在图解：什么是5G？中，已经详细的分析了5G为什么那么牛叉 这篇就先简单展望一下5G能干什么 直接上图吧 人们把5G能支撑的功能分成了三个大的场景增强的移动宽带：针对人们的生活在4G基础上继续优质化海量机器通信：针对物联网爆发超高可靠低时延：针对特殊场景，比如，工业控制、车联网、远程控制等 针对第一条，可以达到可以秒传高清电影，甚至更快 针对第二条，可以达到百万平方公里的联网终端 针对第三条，可以达到毫秒级的通信时延 有了5G加持世界基本就变成这样的了 期待5G能够真正地实现信息随心至，万物触手及的万物互联时代 从1G走到时下的5G，无线通信走过了40年的不平凡历程 要概括，只想说三个字：不容易 但是： 凡是唾手可得的东东，往往是没有价值的 反过来也印证了：走了这么久、历经坎坷的通信，注定是价值无量的 仅从手机来看，个头是不断变小了 但是功能确实不断的丰富和发展了 有人说，4G改变了社会，5G将改变世界 让我们一起期待5G时代万物互联的新世界吧 结尾 本文详细的分析了无线通信从1G经历了无数的风风雨雨发展到现在爆棚的5G 从分析通信发展过程中，也悟出了点其他的道理 任何事物的发展都是要经历萌芽、成长、修正、提升一系列过程的 符合马克思哲学的事物发展规律 任何新事物的发展都不会是一帆风顺，都要经历 发展挫折改进前进 这就是马哲学的三大支柱之一的否定之否定规律 在否定之否定中，不断的更新换代以精进 一蹴而就的事是不存在的，但凡是进步的都不可避免的要经历挫折和短暂倒退的 须知，历史的车轮是在泥泞中前进的，不是在高速路上前进的 因此，有它固有的节奏和韧性 人生何尝不是呢？ 要有节奏的规划人生，急不得 要有韧性的做事，躁不得 《大傻大闹宝莱坞》中兰彻说，脚踏实地的去做，成功随带着就会来了 中国也有你若盛开，蝴蝶自来 都是有几分道理的 还是踏实的精进才是王道，可能不会有近利，但是终会有大益 好了，这期到这，朋友们下期见 本文转载自公众号：娃紫 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