来源:简书及TechSugar,CITE综合整理
我们先来看看第一代移动通信标准。
1G是由摩托罗拉公司创造的,注意是创造标准,不是制定标准。
1G本来始于在二战期间美国的军方项目,1940年起,摩托罗拉深度参与这个军用的移动通信项目,这个通信设备在今天来看庞大笨拙,大概有5磅重,但是却实现了“收”和“发”在同一个终端上。
这个设备需要两个军人配合才能使用一台收发机,而且它的通信范围也很小,但也足够让美国在二战的通信上取得巨大的优势。
图:2:美军二战时期移动通信设备(初始)
之后,摩托罗拉又研制出了更小型的对讲机,这已经是我们早期使用“大哥大”的雏形了,这个设备有长长的天线,但是通信范围依然很小,最多能覆盖1km内的无线通信。
图3:美军二战时期通信设备(后期)
由于军方项目上的技术优势,摩托罗拉在20世纪80年代,引领了移动通信的商用时期。
摩托罗拉制定的移动通信标准,也就是后来我们说的1G。
摩托罗拉当然也就成为了1G时代的霸主。
(二)2G时代
很快,第二代移动通信技术标准开始了。
在1G的民用时期,诺基亚开始提前布局,研发2G的通信设备和新的通信标准,并在90年代投入使用。
仅仅经历了10年,摩托罗拉便没有维持住自己的霸主地位,2G是诺基亚的主导时期。
图4:2G时期的诺基亚
这里需要解释两个重要的问题:
第一个问题:为什么摩托罗拉在2G时代败给了诺基亚?
第二个问题:2G比1G的改进在哪?
之后我们在讲每一代的时候都会从这两个方向分别来探讨。
先解释第一个问题,为什么1G时代的霸主摩托罗拉在2G时期就没落了?
刚才我们提到,统一的通信标准是非常重要的,在对待标准的态度上,欧洲和美国选择了不同的道路。
熟悉通信发展历程的人应该都知道,美国在2G时期有三个通信标准,互相竞争。中国当时也是有两种制式的:GSM和CDMA。
而欧洲的通信运营商和设备商报团取暖,统一了一个通信标准,也就是GSM。
通信行业是一个典型的网络效应很强的行业,统一的标准大大节约了兼容成本。这给了诺基亚一个反超的机会。
从诺基亚的2G称霸的过程可以知道,通信行业中标准的重要性。
第二个问题:2G比1G的改进在哪里?
主要是终端变小了很多。
1G是模拟电路,2G是数字电路。在数字电路的应用下,一个小小的芯片就能替代模拟电路的几十个芯片,所以2G时代手机变小了,更加便携了。
另外,我们也都知道摩尔定律:
当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。
同时也意味着,同样大小的芯片,每隔18-24个月性能翻一番。
因此,摩尔效应也让手机越来越小,性能越来越强。
(三)3G时代
随着3G网络的覆盖,诺基亚作为一代巨头黯然离场。
苹果手机从起初看起来,只是一个大屏幕的手机,随着各种应用的开发,发现伴随着3G网络速率的提升,移动互联网有更大的空间,从方方面面改变每个人的生活。
操作系统之战以谷歌的安卓系统和苹果公司的 iOS胜出告终,塞班、黑莓、微软的视窗接连离场。开发者的开发成本被降低,这为移动互联网的飞速发展提供了便捷。
3G比2G改进了哪里?
从语音通讯到数据传输。
2G时代,通信方式主要是打电话、发短信,无线上网速度非常慢。
在3G时代,数据传输的速度提升了40倍。
现在我们看到的移动互联网行业巨头,不得不说,都受益于3G网络。
所以张瑞敏说“没有成功的企业,只有时代的企业”。
但是到了3G,我们的语音通信网络和上网用的数据传输网络,还依然是分开的。
语音传输的路径更是非常麻烦,如图5所示,A想给B打个电话需要经过很长的物理路径,需要沿着蓝色的路径,经过8个阶段才能把语音传输到B,2G和3G的语音过程都是这样。
具体的每个节点不用太关注,就看到这个通信的转接的复杂过程就好了。
图5: 2G、3G时期语音通信原理
而且因为3G时期,基站之间的通信需要多次转接,通信效率较低,网速虽然比2G有质的飞跃,速度却不怎么快,很多需要高速传输的应用场景无法实现。
(四)4G时代
4G时代,依然是苹果一统天下,也成为了第二个突破万亿美金市值的公司(第一个是中石油)...
但同时,4G又给了一些新兴公司发展的机会,包括移动支付领域的支付宝和微信支付;设备商、终端商:华为和小米;移动互联网:字节跳动(头条、抖音)、滴滴打车、美团外卖、移动电商拼多多等等... ...
这些现在蓬勃发展中的公司无一不是4G时代下的产物,又是一批“时代的现象级企业”崛起了。
4G比3G改进了哪里?
首先,网络结构扁平化了,端到端的通信转发次数变少了。
其次,基站之间的光纤带宽变宽。
最关键的是,4G网络同时应用了互联网和电信网络的技术进步。刚才我们提到3G时期,语音和数据的传输网络是分开的,到4G才实现了真正的统一。
这让4G的网络速度得到了大幅提升。
4G的理论网速已经很快了,大部分的民用场景都够用了。
所以在4G时期,一系列基于手机端的应用场景都得到了实现,我们的生活越来越便捷。以至于我们现在很难想象没法手机支付、没法手机点外卖、没法看短视频和朋友圈来消磨时间的漫长时间,我们都是怎样度过的。
图6: 4G通信网络较3G扁平化
但4G还有一个硬伤:网络拥塞。
在现在的4G时代,是不是经常有这样的情况:在人群比较密集的时候,网络完全是瘫痪的。比如参加演唱会、参加一个大型会议、参加集中的考试时,手机上网基本就是不可能的了。
因为在这个集中地带,大家都抢着跟同一个基站通信,一个4G基站的覆盖半径大概是1公里。
这时候懂通信技术的人就不会想着多试试,不会以为网络不好时需要排排队,没准照片就发出去了、没准就能上网了...
因为香农第二定律告诉我们:信息传输率超过了信道容量,就不可能实现可靠的传输。这时候的出错率是100%,是大家都出错,而不是个别人能传输成功。
这是在人群聚集情况下面临的问题,未来是万物互联的时代,智能终端的数量会呈指数级增长,每个智能终端都会有一个SIM卡,要和基站通信。这时可想而知,网络必然是瘫痪的。
4G网络的缺陷是万物互联的瓶颈。
(五)5G时代
从之前的1G到4G的发展过程中,都会给新的公司以机会。
有些来自标准层,正如摩托罗拉、诺基亚、高通(苹果、微软)...另一些机会则来自应用的场景,正如阿里、微信、头条、美团、滴滴(Uber)...
5G比4G改进了哪里?
4G的网络拥塞是因为信息的传输率大于信道容量,那么第一个解决方案就是加大带宽。
5G的理论带宽是4G的20倍。这需要把频段范围扩大,频段向上扩展。
但是问题又来了,频段越高,就越容易被障碍物影响,怎么办?
把基站建得足够密才行,在4G时期每2-3公里建一个基站,在5G时期,则是在200-300米建一个基站。因为相对于4G时期1公里的覆盖范围,5G每个基站的覆盖半径大概只有一百多米。
这时,在每个基站覆盖半径从1km降低到100多米的情况下,每个基站的覆盖人数能减少两个数量级,这样拥塞的问题就解决了,而且给更多终端接入移动网络留下了空间,让未来的万物互联成为可能。
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