5G將徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞?/h1>
2020-12-14 03:42:50周軍
閱讀(科學(xué)探秘) 2020年10期
周軍
移動(dòng)通信從面向個(gè)人通信的1G、2G、3G、4G，以十年一代的速度發(fā)展到現(xiàn)在，面向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市應(yīng)用的“5G時(shí)代”終于要來了。5G的到來將帶來哪些領(lǐng)域的顛覆性變革？與前幾代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不同，為何智能制造、互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)界對(duì)5G寄予如此厚望？
理解5G在未來的應(yīng)用，首先要從其特性說起。5G具有增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超可靠低時(shí)延、廣覆蓋大連接的優(yōu)勢(shì)。和4G相比，5G的多個(gè)性能有數(shù)量級(jí)的提升，5G寬帶的能力峰值是4G的30倍，體驗(yàn)數(shù)據(jù)是4G的10倍。這也就是說，5G的傳輸速率有極大提升，相比4G百兆級(jí)的速率，5G可以一躍達(dá)到千兆級(jí)別，而這一特性能夠支持許許多多需要大量傳輸、計(jì)算密集型的應(yīng)用場(chǎng)景。
5G首先解決了上云賦能的問題。傳統(tǒng)的視頻會(huì)議、游戲、數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)、工業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)都需要將核心程序下載到本地完成計(jì)算，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存成本要求比較高。現(xiàn)在終端可以通過5G連到互聯(lián)網(wǎng)，再連到后臺(tái)的云計(jì)算平臺(tái)，依靠云端服務(wù)器的運(yùn)算能力和傳輸能力，人們就不再需要下載終端和程序，可以做到即插即用、多屏合一，實(shí)現(xiàn)流暢的體驗(yàn)。
此外，5G的超寬帶、每小時(shí)500千米的運(yùn)率速度，使得超高清分辨率的4K、8K和高速移動(dòng)視頻成為現(xiàn)實(shí)。例如，時(shí)速高達(dá)每小時(shí)250千米的高山滑雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，如果在運(yùn)動(dòng)員的頭盔和雪橇上安裝5G攝像頭，就可以進(jìn)行超清視頻直播，讓場(chǎng)外觀眾也感受到運(yùn)動(dòng)員的高度、速度、難度。
5G的另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其極低的時(shí)延。由于覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量的極大提升，5G的時(shí)延能夠低于1毫秒，遠(yuǎn)比4G要更加穩(wěn)定、流暢。因此，5G未來最典型的應(yīng)用場(chǎng)景要數(shù)VR和AR的應(yīng)用。目前的4G還難以支持VR、AR的實(shí)時(shí)傳輸，但是5G卻能夠支持其高密度的計(jì)算。
在智能裝配制造、自動(dòng)駕駛汽車、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲很敏感的領(lǐng)域，5G的應(yīng)用都可以帶來變革性的影響。
2019年3月，一名三亞解放軍總醫(yī)院的醫(yī)生，通過5G遙控北京301醫(yī)院的機(jī)械手，為帕金森患者完成了開顱的手術(shù)。疫情期間通過人工智能大數(shù)據(jù)，5G輔助醫(yī)生對(duì)CT進(jìn)行讀片，結(jié)合核酸檢測(cè)，對(duì)新冠肺炎進(jìn)行診斷，大大提升了效率。
物聯(lián)網(wǎng)，是指每平方千米至少100萬臺(tái)設(shè)備連接。而5G的特性，使其能夠真正支持“萬物互聯(lián)”。感知、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算，是智慧城市建設(shè)必備的四大能力。5G將從移動(dòng)傳輸、實(shí)時(shí)響應(yīng)、室內(nèi)外連續(xù)定位及創(chuàng)新應(yīng)用四個(gè)方面助力智慧城市建設(shè)。我們要建智慧城市，就必須建起城市的數(shù)據(jù)模型，像深圳這樣一個(gè)城市，包括馬路上的車道線、下水道、地下管線，要完全跟實(shí)體世界一樣，這將帶來巨大的數(shù)據(jù)量，目前這種應(yīng)用只能在有限的光纖環(huán)境下使用，還不能到移動(dòng)端。而5G可以讓其進(jìn)入終端設(shè)備，惠及每個(gè)市民。有了5G，未來就可以讓無人機(jī)在空中巡查時(shí)自動(dòng)和三維模型相匹配。例如，對(duì)高峰期的路況進(jìn)行快速感知和實(shí)時(shí)調(diào)度，對(duì)壞掉的公共設(shè)施進(jìn)行快速處理，從而更好地服務(wù)人類。
同時(shí)，由于5G基站密度加大、頻率提升以及天線的陣列，使得5G的定位能力、定位精度大大提高。4G的移動(dòng)定位在百米級(jí)，衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)定位在十米左右，而5G的精度可以達(dá)到亞米級(jí)，在0.7～0.8米左右。這意味著什么呢？
例如將5G用于抗擊新冠肺炎疫情，如果有人感染了，他的移動(dòng)軌跡可以由手機(jī)記載到亞米級(jí)的精度，我們就能對(duì)其進(jìn)行跟蹤，迅速知道他和哪些人有過密切接觸，同時(shí)根據(jù)其他人的軌跡進(jìn)行比對(duì)，判斷出潛在的感染對(duì)象，讓隔離和病毒溯源更加精準(zhǔn)、高效。
3G出現(xiàn)后，人們有了移動(dòng)手機(jī)、移動(dòng)電子商務(wù)、微博、微信;4G出現(xiàn)后，我們有了掃碼支付、共享經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)約車、網(wǎng)絡(luò)直播。根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展歷史，5G的出現(xiàn)，除了以上這些，可能還會(huì)帶來一些意想不到的應(yīng)用。新一代信息技術(shù)賦能新應(yīng)用，推進(jìn)智慧社會(huì)的發(fā)展，支撐產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，5G必將成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的新引擎。
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理解5G在未來的應(yīng)用，首先要從其特性說起。5G具有增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超可靠低時(shí)延、廣覆蓋大連接的優(yōu)勢(shì)。和4G相比，5G的多個(gè)性能有數(shù)量級(jí)的提升，5G寬帶的能力峰值是4G的30倍，體驗(yàn)數(shù)據(jù)是4G的10倍。這也就是說，5G的傳輸速率有極大提升，相比4G百兆級(jí)的速率，5G可以一躍達(dá)到千兆級(jí)別，而這一特性能夠支持許許多多需要大量傳輸、計(jì)算密集型的應(yīng)用場(chǎng)景。
5G首先解決了上云賦能的問題。傳統(tǒng)的視頻會(huì)議、游戲、數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)、工業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)都需要將核心程序下載到本地完成計(jì)算，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存成本要求比較高。現(xiàn)在終端可以通過5G連到互聯(lián)網(wǎng)，再連到后臺(tái)的云計(jì)算平臺(tái)，依靠云端服務(wù)器的運(yùn)算能力和傳輸能力，人們就不再需要下載終端和程序，可以做到即插即用、多屏合一，實(shí)現(xiàn)流暢的體驗(yàn)。
此外，5G的超寬帶、每小時(shí)500千米的運(yùn)率速度，使得超高清分辨率的4K、8K和高速移動(dòng)視頻成為現(xiàn)實(shí)。例如，時(shí)速高達(dá)每小時(shí)250千米的高山滑雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，如果在運(yùn)動(dòng)員的頭盔和雪橇上安裝5G攝像頭，就可以進(jìn)行超清視頻直播，讓場(chǎng)外觀眾也感受到運(yùn)動(dòng)員的高度、速度、難度。
5G的另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其極低的時(shí)延。由于覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量的極大提升，5G的時(shí)延能夠低于1毫秒，遠(yuǎn)比4G要更加穩(wěn)定、流暢。因此，5G未來最典型的應(yīng)用場(chǎng)景要數(shù)VR和AR的應(yīng)用。目前的4G還難以支持VR、AR的實(shí)時(shí)傳輸，但是5G卻能夠支持其高密度的計(jì)算。
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2019年3月，一名三亞解放軍總醫(yī)院的醫(yī)生，通過5G遙控北京301醫(yī)院的機(jī)械手，為帕金森患者完成了開顱的手術(shù)。疫情期間通過人工智能大數(shù)據(jù)，5G輔助醫(yī)生對(duì)CT進(jìn)行讀片，結(jié)合核酸檢測(cè)，對(duì)新冠肺炎進(jìn)行診斷，大大提升了效率。
物聯(lián)網(wǎng)，是指每平方千米至少100萬臺(tái)設(shè)備連接。而5G的特性，使其能夠真正支持“萬物互聯(lián)”。感知、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算，是智慧城市建設(shè)必備的四大能力。5G將從移動(dòng)傳輸、實(shí)時(shí)響應(yīng)、室內(nèi)外連續(xù)定位及創(chuàng)新應(yīng)用四個(gè)方面助力智慧城市建設(shè)。我們要建智慧城市，就必須建起城市的數(shù)據(jù)模型，像深圳這樣一個(gè)城市，包括馬路上的車道線、下水道、地下管線，要完全跟實(shí)體世界一樣，這將帶來巨大的數(shù)據(jù)量，目前這種應(yīng)用只能在有限的光纖環(huán)境下使用，還不能到移動(dòng)端。而5G可以讓其進(jìn)入終端設(shè)備，惠及每個(gè)市民。有了5G，未來就可以讓無人機(jī)在空中巡查時(shí)自動(dòng)和三維模型相匹配。例如，對(duì)高峰期的路況進(jìn)行快速感知和實(shí)時(shí)調(diào)度，對(duì)壞掉的公共設(shè)施進(jìn)行快速處理，從而更好地服務(wù)人類。
同時(shí)，由于5G基站密度加大、頻率提升以及天線的陣列，使得5G的定位能力、定位精度大大提高。4G的移動(dòng)定位在百米級(jí)，衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)定位在十米左右，而5G的精度可以達(dá)到亞米級(jí)，在0.7～0.8米左右。這意味著什么呢？
例如將5G用于抗擊新冠肺炎疫情，如果有人感染了，他的移動(dòng)軌跡可以由手機(jī)記載到亞米級(jí)的精度，我們就能對(duì)其進(jìn)行跟蹤，迅速知道他和哪些人有過密切接觸，同時(shí)根據(jù)其他人的軌跡進(jìn)行比對(duì)，判斷出潛在的感染對(duì)象，讓隔離和病毒溯源更加精準(zhǔn)、高效。
3G出現(xiàn)后，人們有了移動(dòng)手機(jī)、移動(dòng)電子商務(wù)、微博、微信;4G出現(xiàn)后，我們有了掃碼支付、共享經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)約車、網(wǎng)絡(luò)直播。根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展歷史，5G的出現(xiàn)，除了以上這些，可能還會(huì)帶來一些意想不到的應(yīng)用。新一代信息技術(shù)賦能新應(yīng)用，推進(jìn)智慧社會(huì)的發(fā)展，支撐產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，5G必將成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的新引擎。
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