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nic2019/02/20
频谱的故事(6)万物互联的光速时代到来

1836年,电报机的出现第一次大幅降低了人类的沟通成本,远距离通讯再也不必等待缓慢的邮政书信,一封简短的电报跨越陆地海洋,加速了我们进步的脚步。

仅仅40年过后,打出了人类历史上第一通电话的贝尔让“见字如面”成为了历史,即便相隔两地也能通过声音互诉衷肠。而随着移动通讯技术的发展,移动电话在20世纪70年代成为了可能,如果你愿意携带大体积的“大哥大”,那么你就已经能享受到随时通话的体验。

当然,这样简单的成果不会是人类通讯事业的终点。千禧年后,2G、3G甚至4G的发展,彻底改变了现代社会的结构,沟通和资讯传播成本变得史无前例的低廉,而现在,5G时代正一触即发,以美国高通公司为首的科技公司正将它从梦想变为现实。

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从电报到5G,实际上就是个关于频谱的故事。百年来,人类都在研究如何更有效率地利用频谱,如何在有限的频谱资源中获得更高的传输速率,它驱使着一批又一批的从业者耗费短暂的人生,从而推动移动通讯产业的彻底进步。毫无疑问,电话、电报、电视、网络、手机等深刻改变人类社会发展进程的发明,精确的折射出了人类掌握和使用频谱的能力。

这一篇频谱的故事,我们再次为各位重述,从模拟通讯到5G时代,短短几十年间的一路走来的故事。

模拟通讯:随时通话终成现实

从古代开始,人类就一直在试图降低远程通讯的成本,然而这并不是一件容易的事,无论是所谓的飞鸽传书还是狼烟通讯,其达到的效果都并不令人满意。直到19世纪电报现身后,远隔七大洲五大洋的各国民族在巴别通天塔才终于倒下,每秒30万公里的电传输速度将文字传输至全球每个角落。

但这还远远不够——仅仅在电报发明的二十多年后,亚历山大贝尔在送话筒中拨出了人类历史上的第一个电话,这成为了开启全球通讯革命的起点。自此之后,有线电话业务应运而生,我们终于从“见字如面”的时代进入了“耳边低语”的时代。

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几乎就在电话发明的100年之后的1986年,世界第一套商用移动通讯系统在芝加哥诞生,其采用模拟信号传输,将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上,从而实现语音传输。至此,人类正式迈入即时语音通讯的时代,随时随地拿出拉风的大哥大拨打电话成了那个时代的标志。

然而,模拟通信弊端也颇为明显,即便你能够忍受第一代大哥大砖块状的体积和重量,但它糟糕的信号表现和通话质量一定会让人感到头疼。事实上,由于用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的,而这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的,因此模拟信号对于频谱的利用率极低,并且容易受到外界干扰,经常会遇到串号或是盗号的问题。此外模拟通讯高昂的通讯费用也足够让普通人望而却步。

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不过,这些问题都没有成为用户拒绝实时通讯的理由,相反的是,妙不可言的实时通话体验一瞬间就吸引了一大批拥趸。

GSM登场,2G时代来临

模拟通讯让世界初尝了随时随地通话的乐趣后,全球都在期待一种更好的通用标准,它不仅需要提供更好的通话质量以及信号表现,同时也需要让终端能在全球不同地区都能正常使用。

因此,GSM终于登上了历史舞台。GSM全名为Global System for Mobile Communications,作为第二代移动通信技术,它最初的开发目的就是让全球各地均可以使用同一个移动电话标准,甚至让用户手持一部终端就能在全球任意区域使用。

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相比第一代模拟信号通信,GSM的数字通信信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式,是负载数字信息的信号,因此GSM系统拥有出色的频谱利用率,同时每个信道的传输带宽也有所增加。反映到实际应用中,基于数字传输和更高语音编码的启用,GSM时代的信号强度和通话质量有了突飞猛进的提高,以往拿着手机到处寻找信号的情况一去不复返。

同时,更高的传输带宽也首次为手机带来了数据传输能力,虽然它的传输速率最初只有可怜的每秒9.6-14.4Kbit,但却已经足够满足文字传输的需求,而这正是短信功能实现的基础。

GSM标准所引领的2G时代,也是全球移动通信标准争夺战的开始。在GSM普及后,在欧洲以诺基亚和爱立信为首的手机产品开始攻占美国和日本市场,它们的售价不仅变得更为低廉,体积更是小到足够塞入口袋,因此仅仅不到10年之后,诺基亚就凭借塞班智能手机成为全球最大的手机制造商。

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3G浪潮,我们进入了图片时代

2000年,网络时代正式宣告来临,手机通讯也经历了一场新变革。事实上早在2G时代末期,移动上网的需求已经愈发明显,这意味着缓慢的GSM已经不足以承载用户的需求,因此第三代移动通信网络标准的建立已是势在必行。而在这一代,我们熟知的WCDA、CDMA2000以及TD-SCDMA网络都应运而生。

说到3G网络,就不得不提到一个半个世纪前的小故事。1940年,第二次世界大战在欧洲战场打得如火如荼,美国女演员海蒂拉玛和她的作曲家丈夫为了帮助美国军方制造出能够抵抗纳粹德国电波干扰以及窃听的通信技术,首次提出了跳频技术概念,并在随后获得了相关专利,之后更先进的扩频的概念也便是基于跳频的概念发展而来。不过随着二战的结束,海蒂拉玛的研究逐步失去了军事意义,但她绝没有想到,这项划时代意义的技术成果会成为半个世纪后彻底改变整个世界。

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时间转到1985年,一家刚创立便因创始人资深行业背景而受到业内人士和部分媒体关注的新公司基于海蒂拉玛的跳频以及之后演进的扩频技术开发出了一项名为CDMA的新技术。虽然在2G时代,CDMA标准并没有在GSM的统治下取得太多的市场份额,但在3G时代,它却大放异彩,无论是WCDMA、CDMA2000还是TD-SCDMA,都受惠于此。而这家当年仅停留在行业资深人士关注视野中的小公司,也已然成为如今更多人熟知的、大名鼎鼎的美国高通公司。

3G是高速移动互联时代的开始,WCDMA演进的HSDPA+网络甚至将下行速率提升至42Mbps,手机网络第一次有了比肩固定宽带的速率。这也令文字传输第一次退居二线,图片传播的时代正式来临,人类的信息传播速度又有了飞跃。

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4G的融合创新 开启了全球漫游时代

人类是一种永不满足的生物,3G的现身加快了信息流动速率,但它并不能满足我们对于未来的畅想。于是在几年后,LTE技术出现,它拥有足以令有线网络汗颜的连接速度,最初最高100Mbps的下行速率比过去的拨号上网快了2000倍,这也令高清视频通话、在线超清视频播放成为了可能。

但这并不是LTE发展对人类最大的贡献,事实上,4G LTE时代所带来的全球化通讯体验才是过去绝无仅有的优势,早在2G时代就提出的全球全网通终于不再是一句空口言,不管是TDD还是FDD已经不再重要,因为我们终于迎来了一个全球漫游的时代。

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技术标准的推行自然离不开技术厂商的努力,高通在其中也扮演了极为重要的角色。在4G时代,以高通骁龙移动平台为硬件基础,OEM厂商能够轻松生产出能够符合全球运营商LTE标准的智能手机。从高通骁龙820开始,高通骁龙移动平台内置的调制解调器就已经能轻松实现,LTE-TDD、LTE-FDD、TD-SCDMA、WCDA、GSM、CDMA在内的全模兼容,更通吃全球所有频段,并提供VoLTE高清通话功能。

发展绝不停歇的高通也在5G时代来临前,再一次将4G LTE网络的速率推向新的高度。基于更多的载波聚合,最新高通骁龙855移动平台中内置的骁龙X24 LTE调制解调器已经可以实现最大2Gbps的下行速率,相较第一带LTE网络,这一下行速率已经提升20倍。

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4G时代另一改变无疑在于整体资费的下调,受益于工信部宏观调控的因素,三大运营商纷纷推出了降费提速的战略,现在每月只要很少的花费,就能真正畅享无限流量,这也真正将移动互联网时代带到了普通人的身边。

5G时代:曾经的科幻已变成现实

人类对于速度的追求永无止尽,4G时代刚刚抵达千兆速率,但以数千兆速率为目标的5G时代也已经上线在即,在2019年,不止三大运营商会将5G推向商用,各大终端厂商也势必会将5G手机当做招牌。

与4G、3G以及2G网络不同,第五代移动通信技术并不单指单一的无线接入技术,它是多种新型无线接入技术和现有无线技术演进的总称,5G不止将拥有更高的传输速率,诸如低功耗、低延时、低成本等特性,都将是5G的特点。对于普通用户而言,最为关心自然是惊人的传输速率,相较4G网络初期实现的100Mbps的峰值速率,5G的理论值将达到5Gbps甚至是10Gbps,将会是4G网络的50-100倍。

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不过,若只是将5G网络的畅想放在速率上,那无疑是低看了它的意义。从3G到4G,网络速率的变化令我们从单一的图片传输进入到了视频时代,在5G时代,更高的速率意味着更高的接入带宽,设备连接时延将会更低,万物互联建也将由畅想变为现实。

更高连接速度和更低的时延意味着终端的端到端连接效率更高,从某一种角度而言,效率的提升也将进一步降低连接所耗费的成本。事实上,5G时代更为重要的指标就在于向下兼容,诸如当前GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA以及FDD-LTE/TD-LTE在内的网络都将平滑向5G进发,目前中国已经确定将在6Ghz以下低频段中建立5G连接,这意味着运营商无需过多的基站投入,在当前硬件条件下就能向上演进至5G。

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而在终端侧,高通骁龙移动平台也已经做好万全准备。早在2016年10月,高通就已经推出了基于28毫米波频段的全球首款5G调制解调器-骁龙X50,通过单一芯片全面支持当前全球2G、3G、4G以及5G多模网络,并支持全球5G新空口标准以及千兆LTE网络。

而在2017年2月,高通又对骁龙X50 5G调制解调器进行了重新的拓展,宣布其已经支持6GHz以下频段运行,这意味着骁龙X50 5G调制解调器除了将是全球首款支持5G连接的调制解调器外,还将在单一芯片中提供多频段支持的芯片,这进一步扩展骁龙X50 5G调制解调器在终端提前部署上的使用场景,基于该调制解调器的终端,理论将能带来5Gbps的下行速率。

如今配合高通骁龙855移动平台,骁龙X50 5G调制解调器已经可以为下一代蜂窝网络终端进行部署。

结语:

19世纪,贝尔打出了人类第一个电话;21世纪,我们实现了5G时代的新浪潮,整个过程就像是工业时代转入互联网时代的缩影。无疑,每一代网络的进步,都将推动整个行业的进步,也最终让人类走向全新的高度。而5G时代是下一个行业拐点,也将推动又一次人类通讯革命。

全文完
文章来自:爱活网
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全部评论 5条
  1. 匿名:

    新闻说的是高铁站启用5G基站,大佬们

  2. 匿名:

    5G在那些生活中除了通讯、物联网还有什么方面可以升级?

    1. 匿名:

      听过5G高铁站,不知道是什么东西

      1. 匿名:

        在高通上用5G???
        在高铁上能让我打游戏不坑队友就很好了

评论
真的是没有最丑!只有更丑·····
光叔叔 2020/04/02
还以为Q5也快了,结果是马坎换平台。
带就不 2020/03/19
石研究员真的是……唉……
KALOL 2020/02/13
galaxy z不支持5G,我要死了!!
KALOL 2020/02/12
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