科学汇 | 作为新基建流量担当兼基础的5G,原理是这样的

新教育

主持人 郑琳

  在2020年《政府工作报告》中,一再提到国家将重点支持加强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,拓展5G应用。

  新基建和5G,是今年的热词。

  什么是新基建?我们天天从新闻或广告上看到的5G,又到底是怎么回事?

  记者请杭州电子科技大学电子通信系主任李金新来和大家聊一聊这个最近的热门话题。

微信图片_20200605193543.jpg

  什么是新基建?它为何这么重要

  最近,是不是有个叫新基建的词汇,总会出现在新闻里?对于它,同学们了解多少呢?

  作为一个国家层面都在重点支持的领域,新基建的构建,首先和老基建有着很大区别。

  老基建,通俗地说就是造房子,修公路、铁路、桥梁等各类建筑实体。有了它们,就可以让人有房住、出行方便还能带动社会经济发展,把人与人连接起来。

  当我们国家的传统基础设施建设已非常完善、但人们对于生活的便利需求更多元化时,新基建就出场了。

  所以新基建的内涵更丰富,总的来说包含以下几大行业:5G网络、人工智能、大数据中心、光伏(电网、特高压)、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车、工业互联网……

  简单的说,新基建建造的其实是“超级信息高速公路”,运送数字化的“货物”并处理它们,实现高速传送海量数据、高效处理海量数据的基础设施。

  这其中的“超级信息高速公路”的出入口,正是即将带我们飞的新基建基础:5G。

微信图片_20200605193557.jpg

  5G凭什么带我们飞?原理在这里


  5G到底是什么?它的全名是“第五代移动通信技术”。

  假设你在杭州,想用手机给正在国外的朋友打个电话或发个信息,是怎么传输的?这就是移动通信技术。其核心角色是:电磁波!

  科学家很早就发现,电磁波不仅可以远距离传播,还能把它处理成人们想要的波形。声音也是一种波,但是声音传播的距离很有限。如果通过高频电磁波调制一下,就可以解决远距离传输的问题。调频广播就是这个原理。

微信图片_20200605193557.jpg

  第一代移动通信(简称1G)也用类似的方法。为了传输信号,人们把一个很大的区域分成很多小块,每个小块里建一个基站。手机到哪里,就会自动接入附近的基站,把信号发送到基站,经过有线或无线的方式传送到目标手机所在的基站,最后再传送到对方的手机上,这样就完成了传输。

  从2G到4G,技术不断提升。不仅声音,文字、图片、视频都能够传输,且带宽越来越大,网速也越来越快。

  到了5G,基本原理不变,但网速之所以有飞跃式提升,是因为5G用的电磁波是“毫米波”,这是一种频率非常高,波长非常短的电磁波——频率越高,传送信号的带宽越大,数据就越多,信息量也就越大。

  但毫米波也是有缺点的——穿越障碍物的能力差,覆盖范围小。一个4G中心基站通常的覆盖半径是1~3公里。如果5G网络要做到全覆盖,按照国家标准,每隔300~500米就要有一个5G基站。

  在城市里,5G基站的密度更大,但它只有A4纸张大小,所以也叫做“微基站”。未来,我们会在城市主干道上实现高密度的铺设,每根电线杆上都有5G微基站。

  而假如随时随地都要连上5G信号,可能未来每户人家里都要有一个微基站,就像我们的Wifi设备一样。

  如此大量的微基站,带来了另一个好处:网络延迟极低。

  我们在电视上看到越洋连线时,总有几秒钟的延迟。大家都知道,电磁波是以光速传播的,每秒30万公里,那为什么会有那么高的延迟呢?

  那是因为,信号在传输过程中会衰减,为了让信号维持正常的强度,每隔一段距离就要做一次增益放大的处理,这个处理就需要时间。因此传播距离越长,信号延迟就越高。

  由于5G网络有高密度的基站,通信终端将会遵循“就近接入”的原则,寻找距离最近的基站,延迟也就比从前的网络要小得多了。

  5G,正是拥有了这些优势,可以让网速极快。而我们的新基建,都必须在网络极为畅通和高速的境况下进行。所以,5G的重要性不言而喻。

微信图片_20200605193552.jpg


5G能承受巨量数据冲击

  如果说1G到4G都在解决人与人之间的互联,那么5G时代将会使万物互联成为可能。

  想象一下,你家的所有电器,甚至阳台上的盆栽和金鱼缸都能联网,会怎样?当然,给一棵盆栽联网,今天的技术也能做到。但如果数亿网民都要这么做,会如何?就好比,五一黄金周,全国的旅客都挤到断桥上,结果自然“人从众”。

  让万物互联,需要极大的带宽,才能承受如此巨量数据的冲击。那么超低延时又有什么作用呢?今天我们在线看一部电影无压力,这只需要4G网络,然而无人驾驶?远程手术?VR呢?

  假想一下,你的自动驾驶车辆行驶在马路上,前面突然冒出一个人。此时,如果你的汽车因为网络延迟慢了半秒,很可能就酿成车祸了。

  远程手术也同样需要极小的延迟,否则医生可能会因为网络延迟而导致操作失败,差之毫厘谬以千里。

  不仅是自动驾驶和远程手术,当我们的社会进入万物互联的大数据时代,它还会推动整个国家的科技水平和制造水平的飞跃。


微信图片_20200605193548.jpg

从1G到4G,我们经历了什么

  1G时代,主要解决打电话的问题。在上世纪90年代,有那么一小群人,手里拿着一个宛如砖头一样笨重的东西打电话。它俗称“大哥大”。这就是初代手机,它仅能传送语音模拟信号。

  2G时代,进入了数字通信时代。手机发生了进化,不仅可以通话,还能发短信。诺基亚手机是那个时代的霸主。

  3G时代,技术发生飞跃,苹果、华为、三星等品牌的智能手机,让很多人逐渐成为低头族。

  到了4G时代,数据传输速度进一步加快,我们的手机可以流畅地看视频。如果没有4G网络,抖音、快手、B站、爱奇艺这些视频APP和网站也不可能改变你我的生活。

微信图片_20200605193912.jpg

考考全家

  5G采用3300~5000MHz频段的无线电波。4G频段范围是1880~2635MHz。5G相比4G技术而言,其数据传输速度提升了数十倍,容量更大,时延大幅度缩短到1毫秒以内,为产业革命提供技术支撑。下列说法正确的是( )。

  A、4G波长比5G波长短

  B、4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象

  C、4G信号比5G信号更容易发生衍射现象

  D、5G信号比4G信号在真空中的传播速度更大

  出题老师:钟小平 杭二中物理教研组组长、物理特级教师、中学正高级教师



答案:C

本文为钱江晚报新闻资讯客户端“小时新闻”原创作品,未经许可,禁止转载、复制、摘编、改写及进行网络传播等一切作品版权使用行为,否则本客户端将循司法途径追究侵权人的法律责任,包括但不限于要求删除稿件、赔礼道歉、赔偿本文采编成本及维权支出等。侵权举报、版权合作请联系:qbwl@8531.cn

作者 Author

评论区 Comment

最新评论
吴香兰
吴香兰

长知识啦

查看更多精彩评论,打开小时新闻APP

打开微信扫一扫
即刻分享至微信好友

打开微信扫一扫
即刻分享至微信朋友圈