移動通信發(fā)展之路是怎樣的

大部分人談到歷史的時候，關(guān)注的是國家的興衰、王朝的更替，往往忽視了科技的力量。

“文津圖書獎”得主、計算機專家吳軍博士新著《全球科技通史》，從科技視角串聯(lián)歷史，以能量和信息兩條主線，分遠古科技、古代科技、近代科技和現(xiàn)代科技四個部分，詳細描述了數(shù)萬年來農(nóng)業(yè)、工業(yè)、天文、地理、生物、數(shù)學(xué)等各個領(lǐng)域關(guān)鍵性的人物、事件及意義，繪制了一幅科技驅(qū)動歷史的恢宏畫卷，展現(xiàn)了科技疊加式進步的魅力。

1G

掌握標準，掌握行業(yè)制高點

我們先從1G說起。

世界上最早的民用移動通信電話是由摩托羅拉公司發(fā)明的。在1968年的消費電子展（CES）上，最吸引眼球的是它推出的第一代商用移動電話的原型，當時一部這樣的電話售價2000美元，重達9公斤。幾年后，當它開始在市面上銷售時，“體重”降到了不到3公斤，但售價還是很貴。

設(shè)備要實現(xiàn)通信，還需要讓它們都遵守一套大家都認可的信息編碼規(guī)范，這就是通信標準，這和發(fā)電報要有標準的電報碼是一樣的道理。沒有標準，彼此就沒法溝通，是雞同鴨講。

通信標準中有兩部分最重要：一是對信息的發(fā)送和接收的描述，比如打電話時大家用的電話號碼；二是對信息編碼的方式，比如文字就是對信息的一種編碼。好的信息編碼能保證盡可能高的信息傳輸率，接近信道的容量。

在移動通信的發(fā)展過程中，每隔十多年，就會出現(xiàn)一套新的通信標準。誰掌握了標準，誰就掌握了行業(yè)的制高點。在早期的移動通信中，標準是以摩托羅拉為主制定的，后來被稱為1G。

2G

手機越做越小

進入上世紀80年代，諾基亞等公司開始研制新一代的移動通信設(shè)備，并且提出了新的移動通信標準，它們在1991年開始被投入使用，我們稱之為2G。

1G和2G有什么區(qū)別？從技術(shù)上講，1G是模擬電路，2G是數(shù)字電路；從外觀上看，2G手機比1G手機小很多，更省電，而且可以方便地收發(fā)短信。

為什么2G手機可以“瘦身”？因為數(shù)字電路可以把更多的數(shù)字芯片集成起來，用一個專用芯片取代上百個舊芯片。在摩爾定律的影響下，這種技術(shù)進步的疊加效應(yīng)更為明顯，手機越做越小。

2G取代1G是歷史的必然，諾基亞是2G時代的領(lǐng)航者。

3G

是個“半吊子”系統(tǒng)

2G手機只能打電話、發(fā)短信，上網(wǎng)很困難。3G的通信標準將信息的傳輸率提高了一個數(shù)量級，這是一個飛躍，它使得移動互聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)，從此手機打電話的功能降到了次要的位置，而數(shù)據(jù)通信，也就是上網(wǎng)，成為主要功能。

但是，從1G到3G都存在一個大問題，那就是上網(wǎng)用的移動通信的網(wǎng)絡(luò)和原來打電話用的通信網(wǎng)絡(luò)雖然能夠一定程度地融合，但本質(zhì)上還是彼此獨立的。

今天的人回頭來看這件事可能會覺得荒唐，但如果我們了解當時移動通信和以AT&T（美國電話電報公司）為代表的傳統(tǒng)電信公司是多么水火不容，就不難理解這一點了。

水火不相容使得獨立的移動網(wǎng)絡(luò)無法受益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進步。2G和3G時代用手機打一個電話實際上經(jīng)過的物理路徑很長。

3G的系統(tǒng)是半吊子系統(tǒng)，雖然標示稱網(wǎng)速很高，但是實際網(wǎng)速并不快。

不過，4G很快就出現(xiàn)了。

4G

變快是結(jié)果，不是原因

4G有什么革命性的進步呢？有人說是網(wǎng)速變快。但這是結(jié)果，不是原因。4G一方面使用了扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了端到端通信時信息轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，同時增加了基站之間光纖的帶寬。

更重要的是，它同時利用了互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進步，這兩種技術(shù)的融合才使得4G的速度比3G快很多。但還不是完全統(tǒng)一，這是個重要的事實。

雖然4G時代從理論上講移動通信的網(wǎng)速可以變得很快，但如果很多人同時上網(wǎng)，它不僅不夠快，甚至都可能連不上去。

2018年，我在杭州參加全國計算機大會，參會者近萬，會場里無論是4G還是Wi-Fi，都不大管用，你如果拍張照片想在朋友圈分享，能否分享成功全憑運氣。這一方面是因為總的網(wǎng)速不夠快，另一方面是因為很多人同時和基站通信，基站成了瓶頸。

通常，一個基站覆蓋范圍是1000米半徑（基站之間的距離一般為2至3公里），正常情況下，這方圓一公里范圍內(nèi)的人不會都同時上網(wǎng)，因此分給每個上網(wǎng)的人的帶寬是夠用的，但當大家都要發(fā)照片時，總的傳輸率超過了信道的總帶寬，根據(jù)香農(nóng)第二定律，出錯率是100%，于是大家都發(fā)不了。

客觀地講，4G在絕大部分時候是能夠滿足我們目前的上網(wǎng)需求的，但未來會有更多的智能設(shè)備登場，它們要同時上網(wǎng)，就會出現(xiàn)“會場擁堵”。

怎么解決這個問題？有人會想到繼續(xù)增加帶寬。這是一種自然而然、頗為合理的想法。雖然在4G基礎(chǔ)上增加2至3倍的帶寬并非難事，但如果想增加1至2個數(shù)量級就辦不到了。因為這一方面要求大大增加基站的功率，基站周圍就會因為電磁波輻射太強而變得不安全；另一方面，要想增加帶寬，就要增加通信的頻率范圍，但無線通信的頻率無法向下擴展，只能向上擴展，而無線電波的頻率越高，它繞過障礙物的能力就越差，當它高到可見光的頻率時，你隨便用張紙就能擋住它，何況城市里林立的高樓。

怎么辦？最簡單的辦法就是在提高通信頻率的同時，把基站建得非常密，這樣就不怕被建筑物阻攔了。

5G

真正融合成一個網(wǎng)絡(luò)

基于上述想法，5G的概念就被提出來了。

相對4G是在1000米范圍內(nèi)建一個基站，5G是在百米半徑的范圍內(nèi)建基站，目前的方案是基站距離平均為兩三百米。

手機和基站的距離縮短，會帶來三個好處：建筑物干擾的問題得到解決；更少的人分享帶寬；由于基站通信范圍從1000米減少到100米，功率可以降低兩個數(shù)量級，這樣，基站周圍電磁波輻射也會大大降低。

當5G的基站密集到兩三百米甚至不到100米就有一個的時候，我們家里或許就不需要安裝Wi-Fi了。這樣，互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)才真正融合成一個網(wǎng)絡(luò)，這無疑將是一次通信的革命。

總結(jié)

每一代都有主導(dǎo)型公司

從1G到2G，實現(xiàn)了從模擬電路到數(shù)字電路的飛躍；

從2G到3G，實現(xiàn)了從語音通信到數(shù)據(jù)通信的飛躍；

從3G到4G，實現(xiàn)了移動通信網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的融合，將云計算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于移動通信，使得不同區(qū)域之間的流量能夠動態(tài)平衡，大大提高了帶寬的使用率；

從4G到5G，可以實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)和有線互聯(lián)網(wǎng)的徹底融合。這樣，萬物互聯(lián)才會成為可能。

5G的到來會對我們的生活、工作產(chǎn)生哪些影響？首先，基站距離縮短到兩三百米，單位面積的基站密度就要比4G增加百倍，這是一個巨大的國家級的基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)，從事基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)的企業(yè)都將從中受益。所以，5G傳聞一出，連制造電線桿的企業(yè)股票都瘋漲了。

其次，任何致力于將各種網(wǎng)絡(luò)融合的努力都是順勢而為，任何試圖搭建一個獨立的、單純基于無線技術(shù)的努力都是逆流而動。數(shù)月前，有領(lǐng)導(dǎo)問我：以現(xiàn)在的技術(shù)再開發(fā)類似于銥星的通信系統(tǒng)，是否可行？我說完全沒有必要，因為那是逆流而動。從1G到5G，將各種網(wǎng)絡(luò)融合是一個大趨勢。

再次，極快的網(wǎng)速可以刺激開發(fā)很多需要高速互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

總結(jié)半個多世紀以來移動通信的發(fā)展歷程，我們只需記住四個要點：單位能量的信息傳輸率越來越高；網(wǎng)絡(luò)不斷融合；設(shè)備的輻射越來越??；每一代都會有新的主導(dǎo)型公司出現(xiàn)，1G是摩托羅拉，2G是諾基亞，3G、4G是蘋果、谷歌和高通，而5G是華為。