移動(dòng)通信發(fā)展之路是怎樣的

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

“文津圖書(shū)獎(jiǎng)”得主、計(jì)算機(jī)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(yuǎn)古科技、古代科技、近代科技和現(xiàn)代科技四個(gè)部分，詳細(xì)描述了數(shù)萬(wàn)年來(lái)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、天文、地理、生物、數(shù)學(xué)等各個(gè)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(dòng)歷史的恢宏畫卷，展現(xiàn)了科技疊加式進(jìn)步的魅力。

1G 掌握標(biāo)準(zhǔn)，掌握行業(yè)制高點(diǎn)

我們先從1G說(shuō)起。

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

設(shè)備要實(shí)現(xiàn)通信，還需要讓它們都遵守一套大家都認(rèn)可的信息編碼規(guī)范，這就是通信標(biāo)準(zhǔn)，這和發(fā)電報(bào)要有標(biāo)準(zhǔn)的電報(bào)碼是一樣的道理。沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，彼此就沒(méi)法溝通，是雞同鴨講。

通信標(biāo)準(zhǔn)中有兩部分最重要：一是對(duì)信息的發(fā)送和接收的描述，比如打電話時(shí)大家用的電話號(hào)碼；二是對(duì)信息編碼的方式，比如文字就是對(duì)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(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程中，每隔十多年，就會(huì)出現(xiàn)一套新的通信標(biāo)準(zhǔn)。誰(shuí)掌握了標(biāo)準(zhǔn)，誰(shuí)就掌握了行業(yè)的制高點(diǎn)。在早期的移動(dòng)通信中，標(biāo)準(zhǔn)是以摩托羅拉為主制定的，后來(lái)被稱為1G。

2G 手機(jī)越做越小

進(jìn)入上世紀(jì)80年代，諾基亞等公司開(kāi)始研制新一代的移動(dòng)通信設(shè)備，并且提出了新的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它們?cè)?991年開(kāi)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(jī)比1G手機(jī)小很多，更省電，而且可以方便地收發(fā)短信。

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

2G取代1G是歷史的必然，諾基亞是2G時(shí)代的領(lǐng)航者。

3G 是個(gè)“半吊子”系統(tǒng)

2G手機(jī)只能打電話、發(fā)短信，上網(wǎng)很困難。3G的通信標(biāo)準(zhǔn)將信息的傳輸率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，這是一個(gè)飛躍，它使得移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)，從此手機(jī)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(gè)大問(wèn)題，那就是上網(wǎng)用的移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)和原來(lái)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(dú)立的。

今天的人回頭來(lái)看這件事可能會(huì)覺(jué)得荒唐，但如果我們了解當(dāng)時(shí)移動(dòng)通信和以AT&T（美國(guó)電話電報(bào)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(diǎn)了。

水火不相容使得獨(dú)立的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法受益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步。2G和3G時(shí)代用手機(jī)打一個(gè)電話實(shí)際上經(jīng)過(guò)的物理路徑很長(zhǎng)。

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

不過(guò)，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(jìn)步呢？有人說(shuō)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(shí)信息轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，同時(shí)增加了基站之間光纖的帶寬。

更重要的是，它同時(shí)利用了互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)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(gè)重要的事實(shí)。

雖然4G時(shí)代從理論上講移動(dòng)通信的網(wǎng)速可以變得很快，但如果很多人同時(shí)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(guó)計(jì)算機(jī)大會(huì)，參會(huì)者近萬(wàn)，會(huì)場(chǎng)里無(wú)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(yùn)氣。這一方面是因?yàn)榭偟木W(wǎng)速不夠快，另一方面是因?yàn)楹芏嗳送瑫r(shí)和基站通信，基站成了瓶頸。

通常，一個(gè)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(huì)都同時(shí)上網(wǎng)，因此分給每個(gè)上網(wǎng)的人的帶寬是夠用的，但當(dāng)大家都要發(fā)照片時(shí)，總的傳輸率超過(guò)了信道的總帶寬，根據(jù)香農(nóng)第二定律，出錯(cuò)率是100%，于是大家都發(fā)不了。

客觀地講，4G在絕大部分時(shí)候是能夠滿足我們目前的上網(wǎng)需求的，但未來(lái)會(huì)有更多的智能設(shè)備登場(chǎng)，它們要同時(shí)上網(wǎng)，就會(huì)出現(xiàn)“會(huì)場(chǎng)擁堵”。

怎么解決這個(gè)問(wèn)題？有人會(huì)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(gè)數(shù)量級(jí)就辦不到了。因?yàn)檫@一方面要求大大增加基站的功率，基站周圍就會(huì)因?yàn)殡姶挪ㄝ椛涮珡?qiáng)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(wú)線通信的頻率無(wú)法向下擴(kuò)展，只能向上擴(kuò)展，而無(wú)線電波的頻率越高，它繞過(guò)障礙物的能力就越差，當(dāng)它高到可見(jiàn)光的頻率時(shí)，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(jiǎn)單的辦法就是在提高通信頻率的同時(shí)，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(gè)網(wǎng)絡(luò)

基于上述想法，5G的概念就被提出來(lái)了。

相對(duì)4G是在1000米范圍內(nèi)建一個(gè)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(jī)和基站的距離縮短，會(huì)帶來(lái)三個(gè)好處：建筑物干擾的問(wèn)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(gè)數(shù)量級(jí)，這樣，基站周圍電磁波輻射也會(huì)大大降低。

當(dāng)5G的基站密集到兩三百米甚至不到100米就有一個(gè)的時(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)，這無(wú)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(shí)現(xiàn)了從模擬電路到數(shù)字電路的飛躍；

從2G到3G，實(shí)現(xiàn)了從語(yǔ)音通信到數(shù)據(jù)通信的飛躍；

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

從4G到5G，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和有線互聯(lián)網(wǎng)的徹底融合。這樣，萬(wàn)物互聯(lián)才會(huì)成為可能。

5G的到來(lái)會(huì)對(duì)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(gè)巨大的國(guó)家級(jí)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(shì)而為，任何試圖搭建一個(gè)獨(dú)立的、單純基于無(wú)線技術(shù)的努力都是逆流而動(dòng)。數(shù)月前，有領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)我：以現(xiàn)在的技術(shù)再開(kāi)發(fā)類似于銥星的通信系統(tǒng)，是否可行？我說(shuō)完全沒(méi)有必要，因?yàn)槟鞘悄媪鞫鴦?dòng)。從1G到5G，將各種網(wǎng)絡(luò)融合是一個(gè)大趨勢(shì)。

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

總結(jié)半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，我們只需記住四個(gè)要點(diǎn)：?jiǎn)挝荒芰康男畔鬏斅试絹?lái)越高；網(wǎng)絡(luò)不斷融合；設(shè)備的輻射越來(lái)越小；每一代都會(huì)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。