互动科普

现在，各国正在开发下一代超高速通信技术，并力争在2020年投入实际应用，这就是第5代（5G）通信技术，最大传输速度高达每秒10Gb。5G的“G”，是“Generation”（时代）的首字母。10Gb中，1G=10亿，b是比特1（bit），是信息量的最小单位。

目前，智能手机和传统手机都采用了最新通信标准“LTE”（第3.9代或第4代）技术，最大传输速度为每秒150Mb左右。1000M等于1G，所以，传输速度为每秒0.15Gb。也就是说，在5G时代，传输速度将在LTE时代的基础上提高60多倍，进入超高速时代。

以现有LTE技术的传输速度，智能手机下载一部电影（装满一张DVD，约38Gb），差不多需要4分多钟。如果实现了每秒10Gb的超高速传输的话，不到4秒钟就能下载完！

图：下一代通信的惊人速度

发射高指向性波束，瞄准智能手机

那么，什么样的技术才能将5G超高速通信技术从梦想变为现实呢？老实说，目前尚未有任何公开的标准和规范。不过，全世界的电信运营商和手机厂家已经开始正式探讨，提出了“每秒10Gb的传输速度”以及“在2020年投入运营”的目标。

大规模MIMO技术是实现5G的核心技术之一，它利用几十到几百个天线的连动，仅向特定方向发射波束。MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）是使用多个天线来发射和接收电波的技术的总称。

高频传输是提高无线通信速度的方法之一。频率越高，可用于通信的频率范围（带宽）就越宽，信道容量就越大，一次传输的信息量就越大。也就是说，传输速度越快。

研究认为，5G需要使用比现有频率更高的电波。不过，电波频率越高，则传输距离越短（易损耗）。由于大规模MIMO能够向特定方向发射强电波，所以可以弥补高频信号抵达手机之前的损耗。

4G是利用天线在大范围内发射同样的电波来传输信号。与此不同，5G利用波束成形技术，使得正在通话的手机可以只向一个非常狭小的范围（边长仅几米的正方形内）精准地定向发送信号。也就是说，手机不会接收到与自己通信无关的“多余”电波，因而能够极大改善通信环境。研究认为，大规模MIMO技术尤其适用于体育场、市中心的车站等人口高度密集、手机使用率也高的场所。

实时自动翻译屏幕上显示的外语

将来，随着通信速度的飞速提高，我们可以从网络上没有任何延迟地实时获取各种数据，而那些如今已经有了的服务，用起来也将更加得心应手。其中，自动翻译尤其令人期待。

例如，到中国旅游的外国游客可以用手机对餐馆的汉语菜单进行取景，获得的数据将通过高速无线通信上传到互联网上的服务器。之后，服务器开始自动识别其中的汉语，再翻译成旅客使用的语言（比如英语）并传回手机，这些信息经过处理后显示在屏幕上。于是在游客看来，屏幕显示的汉语菜单上，几乎是实时地配置了英语的翻译。

此外，还能进行语音翻译。如今，语音识别功能已广泛应用于智能手机上，如iPhone上的“Siri”、谷歌手机上的语音检索等。今后，如果能进一步提高自动翻译的准确度的话，或许利用智能手机就能实现同声传译呢。

随着通信速度的提高，今后手机或许也能发送和接收与语音及图像完全不同的新型信息。对此，日本电报电话公司先进技术研究所5G推进室的中村武宏室长乐观地表示，“也许将来还能传送‘触感’之类的信息呢”。例如，可以利用传递手感的手套型终端等来传递“粗糙”或“光滑”等不同材质的感觉，或许还能与国外的朋友虚拟地握个手呢。

（本文发表于《科学世界》2015年第5期）