4G时代让移动互联生活更精彩

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  人物简介:
  尤肖虎,教授、博士生导师。现任东南大学移动通信国家重点实验室主任,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。长期从事移动通信与信号处理方面的科研与教学工作,主持承担并完成国家“863”重大项目“中国第三代移动通信系统研究开发”等十项国家级项目。2001年继续担任国家十五“863”计划重大项目“第四代通信系统的研究与开发”总体专家组组长。在国家高技术研究发展计划(“863”计划)工作中获“突出贡献奖”。“中国第三代移动通信系统研究开发”科研成果被评为2002年度全国十大科技新闻。2011年获国家技术发明一等奖。
  Q:尤教授,您好!2012年2月14日,在北京人民大会堂召开的2011年度国家科学技术奖励大会上,您领衔的东南大学移动通信国家重点实验室研究团队,因成功破解“宽带移动通信容量逼近传输技术”这一世界性难题,获得国家技术发明一等奖。“容量逼近”是一个技术性很强的学术名词,您能用通俗的说法给我们解释一下吗?
  想要理解什么是“容量逼近”,那我不妨先举个例子:有一条马路,原来是两车道的,现在修成了四车道,那路上的车肯定会跑得更快些,但是如果想把马路一直修下去,修得越来越宽,那是不现实的。同样,在信息传输的“高速公路”上,这条通信的通道(信道)并不是我们想要多宽就能做多宽的,要受到很多因素的限制。信道自身的传输能力就叫“容量”,也就是它能传多少东西。一般情况下,是很难达到这个容量的,因为这个容量是个理想值。容量不光受信道的宽度影响,还会受到传输通道质量好坏的影响。打个比方,就算这条路是宽敞的六车道、八车道,但它是条泥巴路,你说车子在上面能跑快吗?信道的质量是一直在变化的,尤其是无线信道更是时好时坏。比如打手机时我们会发现,在家里的信号质量可能会比较差,那是因为信道比较差,但在外面信号就会好些,因为是在开阔地带,传输信号自然要好。这是跟时间、环境、场所有关的,而且能影响到它的因素太多了,诸如天气、我们周围的建筑,都会影响到信道的传输能力。
  我们解决的事情就是,用相应的方法尽量靠近这个容量,逼近它的极限。比如容量是100兆,但在很多情况下只能传60兆,我们通过某种技术,能达到90兆,甚至是95兆,充分地挖掘了它的潜力,这就叫“容量逼近”。
  Q:一些新闻报道在评价您的这项成果时,打了一个比方:3G时代,用手机在网上下载一部电影,可能用时10分钟;而4G时代,用时只需10秒钟。是什么让手机下载速度发生了如此大的改变?除了大大提高了手机下载速度,它还将会给我们的生活带来其他哪些改变?
  我们做了两方面的事:一方面,3G时代传输的通道宽度比较窄,到了4G时代,我们把它扩大了,相当于把马路修宽了;另一方面,我们通过一定的手段,提高和加强了利用带宽的能力,也就是提高了使用效率。就好比我们给这条路上的车,制定了一套交通规则,让大家能有序地行驶。如果这些车还是杂乱无序的话,哪怕你的马路再宽,还是会堵车的。这个比喻,经常遭遇堵车的人一定能深刻理解。
  喜欢看电影的人可能都知道,一部高清的电影动辄就有三四个G(千兆字节)的大小,如果是未经压缩的超高清信号,大小甚至能达到10多个G。这样的视频用家里的宽带往往要下载上几个小时,可是在4G时代,你甚至可以用无线信号在线播放。
  如果说3G的传输速度是1HB(兆比特)每秒的话,那么4G技术就可以实现1GB(千兆比特)每秒。也就是说,和现在比起来,传输速度整整提高了1000倍。这也就意味着,一部普通的几百兆大小的视频,1秒钟不到就能下载到手机上,实现真正的“秒杀”。
  破解“宽带移动通信容量逼近传输技术”这一难题,只是为了给大家提供一个快速的通信通道,至于怎样利用这个通道,就是用户自己的事情了。相当于是我们开发了一个平台,只要是基于这个平台能做到的,比如打电话、看电影等,那是你的选择,而我们只是提供你能享受到这些服务的技术保障,让你的手机上网快些、再快些……刷微博、看电影、打游戏不再卡壳,甚至直接把超宽电脑宽带送到你手机上,让你随心所欲,不再担心网速。
  Q:手机时代,我们经常听到2G、3G、4G的说法,它们究竟有什么区别?据说您下一步将会研究5G,它又是个什么概念呢?
  对每一个手机用户来说,3G和4G都是手机术语词典中最神秘的词汇,然而在任何卖手机和平板电脑的地方,你都能发现它们的身影。其实说起来,它们的概念也很简单,“G”代表的就是移动通信技术。
  移动通信技术在历史上最早是军用的。从上世纪20年代开始,电台在军队里应用比较多,在民用方面用得较少,一是因为它的体积比较大,早期的电台,大家一定在电影里看到过,是个像箱子一样大的东西,普通人不可能背个这东西到处跑,然后用它通话。二是因为它的价格比较高。移动通信技术走向大众,是在上世纪六七十年代,真正大规模商用则是在上世纪80年代末。比如早期的大哥大,那就是第一代的手机,也就是1G手机,它只能通话,不能上网,不能传数据。
  显然,这样一个只能打电话的手机是不能满足用户需求的,特别是在互联网技术蓬勃发展之后,于是就开发出第二代的移动通信系统,比如GSM系统。这两者之间有何区别呢?那就是数字化。第一代是模拟的系统,第二代是数字的通信系统,它的好处就是除了语音通话,还可以做多媒体的业务。
  但2G技术的传输速度还是比较慢的,它只是解决了有和无的问题,以前没有这个功能,现在有了这个功能。大家用着用着,还是觉得不行,速度太慢了,于是第三代移动通信系统就应运而生,也就是3G,它的概念是在1986年提出的,经过十多年的发展,在2000年左右定型。3G和2G的最大区别,就是带宽增加了,传输能力增加了,它的传输速度要比2G快10倍左右。
  速度提高了10倍左右,大家一开始觉得也还可以、够用了,但正好在2000年左右,互联网技术发展非常迅速,大家对上网的需求也一下子大大提高了,用户也增加了。用的人多了,分到每个人头上的通信资源就很少了,比如100个人分100兆,那每个人能分到l兆,但1000个人分100兆,那每个人就只能分0.1兆了。于是,4G就出现了。4G要解决的就是大幅度提高传输速度的问题,要比3G的速度提高几百倍。但真正的4G,还是要到2015年左右才能商用。不过这项技术已经开始使用在现有的一些设备上,解决了一些现有的问题。   至于5G是个什么概念,大家正在讨论,还没有一个统一的认识。但能肯定的是,不仅传输速度上要有更大幅度的提高,而且传输效率上也会有很大的提高。正常情况下,传输速度越快,手机的电量消耗就越大,所以现在有的手机上一会儿网就没电了。5G时代应该也要运用新的技术解决这个问题,让手机不再需要频繁充电。
  Q:您认为智能手机最终会取代PC、移动互联网最终会取代有线互联网吗?
  这个问题很难说。我们通信的目标最终是要实现个人通信。所谓的个人通信,就是在任何时间、任何地点跟任何人都能进行通信。那么这个时候,显然只能使用无线通信技术才能实现,因为你不可能每天拖着网线走。但是有线的通信会不会消失呢?这也是不会的。首先,现在的基础设施已经建好了,不会一下子就全部抛弃,而且有线通信的传输能力更好,比如说光纤,它的传输能力要比无线通信快很多;其次,就是个人习惯的问题。当大家已经习惯用有线的网络后,觉得还是蛮好用的,很难马上就改变使用习惯;再者,有人会担心无线通信有没有电磁污染的问题,因此能用有线通信的地方,他还是会用有线通信,觉得更放心一点。
  所以说,无线通信完全取代有线通信,基本上是不会发生的。就像现在电子书、电子报纸、电子杂志越来越多,但人们还是会看传统的纸质图书、报纸和杂志。
  Q:据说您在科研过程中也曾遇到过无数的难题和瓶颈,也曾感觉到研究工作开展不下去,您是如何克服这些困难的?
  我们4G攻关团队十年磨一剑,校领导也承受了很大压力。在全校各学科中,学校对信息与通信学科投入最多,大家都等着看结果。书记、校长很沉得住气,一直顶住各方面的压力,给我们鼎力支持。我们在研究过程中,确实也遇到过很多困难,这些困难是方方面面的,但团队都会共同来想办法,找出一个思路来解决。此外,想解决问题还需要一个长时间的探索,并不是一会儿就能解决的,因此更需要一个团队来完成。参与这项研究的,连老师带学生,有一百多人,而这个获奖成果,也正是集体智慧的结晶。
  “没有苦思冥想、连续作战,就不会出现精彩亮点,不会柳暗花明。”这是我的博士生导师、国家攀登计划首席科学家何振亚教授当年对我们这些学生说的一句话,我一直记在心里。
  Q:您能给我们展望一下未来的移动互联生活吗?
  这个不太好说,因为我们做的还是最基础的工作,就是让个人通信变得更方便一些,用户体验更好。还是像我刚才讲的,我们搭建好了一个平台,在这个平台之上能唱什么戏,那是运营商的事情。将来会出现哪些更好的服务,需要大家共同去创新、去挖掘。就像是现在苹果公司的苹果应用商店,它是苹果公司提供给软件开发个人或者大型公司发售自己开发的应用软件的地方,它只是个平台,但苹果手机因为它而更精彩。
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