关于5G,这里有些不同的声音……

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前言

5G是无限通信的下一代技术,也是当前最热的话题,但是对于5G的价值也有一些质疑之声。4G奠基性技术“软频率复用”的发明人,《通信之道》作者杨学志先生就在网上发表了一篇近两万字的文章,从技术角度论证5G是“失败的技术”。本文整理自杨学志先生的这篇《无线通信产业前瞻》(已授权),提供给读者一些看待5G的新角度。


1G发掘出了移动通信的巨大需求,但是采用了比较落后的技术体制,因此长不大;2G进行了数字化革命,从而获得巨大成功。3G是为了新出现的移动互联网需求而诞生,但是在技术上走了弯路,全球的3G业务都不是太成功;而4G回归了正确的技术路线,目前4G业务蓬勃发展。

 随着4G的成功商用,按照无线通信十年一代的发展规律,产业界开始了5G的研发。按照业界目前的一般口径,5G在2020年左右开始规模商用。中国政府已经为5G分配了500MHz的频谱,三大运营商也已经在多个城市开展了商用实验,商用前的准备工作正在紧锣密鼓地进行,所以很多人认为5G牌照会在年内(2019)发放。

无线通信产业是由需求和技术两个轮子驱动前进的。对于5G的讨论,也要从技术和需求两条线来看。


5G技术——未进步


从技术角度看,杨学志将3G、4G、5G技术分别从调制、编码、多址、组网、多天线、频谱六个角度分析,得出“5G比4G没有进步,成本会更高”的结论

理由为:调制这块没有变化;编码上5G采用了LDPC和Polar码,系统容量的提升已经不大,大概是1~2%左右;多址这块对于eMBB这块没有变,还是采用了OFDM;组网,仍采用4G的SFR;多天线,massiveMIMO,可以成百倍地提升系统容量,是一个有潜力的领域,但是其实用化问题仍然没有解决,虽然能够提高容量,但是要增加设备,是有成本的;5G采用了更高的频谱,同样的网络覆盖,比起4G的2.6GHz,3.5GHz的投资要高出50%,28GHz实现覆盖花5倍的银子也是正常的。

关于5G,这里有些不同的声音…… 骚操作 第1张


5G需求——不存在


从5G的需求来看,大概可以用高速率、低延迟、大连接来概括。

5G最抓眼球的就是它的速率,但是有什么样的业务需要这样的速率呢? 虽然暂时想不出,但是有一个非常流行的观点是,先修好路,自然会有车。3G、4G都是这样,微博、微信、抖音什么的,以前根本就想不到。等4G来了之后,这些应用也就有了。很显然,这个观点首先在逻辑上就有很大的问题。修好了路没有车也很正常,按照3G、4G的情况去推断5G这个不靠谱,2G和3G都处于带宽短缺的时代,所以形成了修好路必有车的错觉。然而到了4G之后,带宽已经不再短缺了。 

但必须认识到,通信和计算机有很大的不同。 计算机所涉及的所有零部件,CPU、内存、硬盘,都有一个共同的源泉就是半导体工艺。半导体集成度在近十年提高了1000倍,大家共同水涨船高。但是通信不一样,通信需要一个受体,以目前最广泛的eMBB为例,这个受体就是人。人是肉长的而不是沙子做的,它能够处理的最大信息速率,也就是带宽,是固定的,超过了人的带宽是没有意义的。

uRLLC低时延高可靠性虽是5G定义的三大场景之一, 但是这与5G作为一个公共网络的基本特征相矛盾,人的感官时延大概是100毫秒左右,所以4G几十毫秒的时延是比较合适的,1ms的时延对人没有意义。所以,只要有人参与的应用,就不需要低时延。

物联网未必是移动通信的菜——eMBB是2C的,而物联网多数是2B的,象油田,电力公司这些大企业更倾向于自建网络,就不用向运营商交月租了。以NB-IoT为例,一个链接每年20块的资费对很多应用是很大的一个负担。这就有了像Lora这样的系统的生存空间,成本比5G低得多。

所以,从5G的三大需求看,高速率和低时延的需求都是不存在的,物联网只有小部分落入5G的范围。

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5G运用——需挖掘


文中对于一些经常提到的5G运用,杨学志也进行了非常详细的思考:

VR:

即使是4K视频,速率也只有30Mbps,4G支持也不费力啊,怎么会有1Gbps的需求呢?这就要说到虚拟现实VR了。 VR要求有沉浸式的体验。啥叫沉浸式?在真实的场景当中,如果我们慢慢地转头,看到的景物也就连续地变化,这就是沉浸的意思。VR要实现这种效果,不光要传给你正在看的东西,没看的东西也要传给你,转头的时候要现传新视角上的数据来不及,会出现卡顿,就不是沉浸式体验了。这样一来,数据量再增加30倍,差不多就到1G了。5G的1G速率的需求就是这么来的。 

VR作为一种创新的视频形式,相信能够获得一定的应用。VR的麻烦在于需要一个专门的头盔,哪怕是手机盒做的简易型的,都是不方便携带的。这么一来VR一般发生在室内,而且一般是专门用途的场景,比如房地产或者旅游景点的体验店什么的。这些业务一般不会走移动通信,更多的是WiFi或者专线。

时延当然越短越好,没有人会不喜欢短时延,但是信息论的基本原理决定了短时延会造成高成本。信道编码依靠的是大数定律实现可靠通信,要达到信道容量,理论上需要无穷的时延。因此这个固有原理因素就决定了时延不能非常短。这里就不说其他的处理时延、排队时延和反馈时延了。非要实现低时延也有方法,就是把效率降低,用很高的信噪比去实现很低的速率,这个成本就太高了。

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自动驾驶:

自动驾驶是被广泛误解为需要低时延的应用。你可以经常看到有文章说,低时延使得刹车距离更短,从而更安全。但是这要基于一个假设,就是刹车指令是通过5G网络从远程控制中心传送给汽车的。显然实际的解决方案不是这样。象刹车这种对时延和可靠性要求都非常高的指令,只能由车在本地产生,采用尽量短的回路。依靠网络传输的,是路线规划和路况信息这样的对可靠性和时延没有特殊要求的信息。Google汽车已经跑了几百万公里了,并不需要一个低时延的网络。甚至没有网络的时候,汽车也应该能跑,这是起码的要求。

基于同样的原因,象无人工厂这些工业应用也无法通过5G网络实现。5G是一个公共网络,对经济性的要求决定了它无法达到工业级的可靠性。不是说技术上做不到工业级的可靠性,而是能做到也不做,太贵了公众用不起。所有的工业应用必须用专线。远程手术也是同样的道理。

对于这个话题,你经常会看到一个很高大上的技术叫“网络切片”,意思是在5G网络上切出一个高可靠性的通道出来,用来满足工业应用。但是这实际是不可能做到的。一个系统的可靠性取决于最薄弱的一环。如果5G网络采用统一的硬件设施,如果不想多花钱,就已经决定了这是一个民用级别的可靠性,是不可能在软件上做点工作使之达到工业级的可靠性。就像特朗普车队,要清道、设岗,要有探路车、开道车、救护车、通信车、陆军一号这些硬东西,要花大把的银子,单靠在大街上挂几个标志是无法保证总统安全的。 

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万物互联:

虽然低时延高可靠性(uRLLC)是5G定义的三大场景之一,但是这与5G作为一个公共网络的基本特征相矛盾,是绝无可能实现的。 虽然普遍认为目前处于物联网爆发的前夕,但是有个问题,物联网未必是移动通信的菜。 

移动通信是怎么来的呢?起初就是人要打电话,要到处跑,不光在本地跑,还要出差,还要出国。这个特点要求移动需要统一标准,全球统一。所以要有个叫3GPP的组织,几百个公司的人一起制定这个标准,扯来扯去效率是很低的。还要搞个核心网去支持运营,运营商还要养着一大票的运维人员,这些特点就决定了移动通信会比较贵。所以说,除非移动,不然没有必要用移动通信。这样移动通信的客户群就很明确,一是人,二是车,另外还有野生动物。所以eMBB,车联网,野外科学考察等等,是移动通信的正经业务。

但是大多数东西是不动的。在Wifi已经普及的情况下,很大的一块业务会被Wifi分流,比如智能家居。并且eMBB是2C的,而物联网多数是2B的,象油田,电力公司这些大企业更倾向于自建网络,就不用向运营商交月租了。以NB-IoT为例,一个链接每年20块的资费对很多应用是很大的一个负担。这就有了象Lora这样的系统的生存空间,成本比5G低得多。物联网只有小部分落入5G的范围。

关于5G,这里有些不同的声音…… 骚操作 第5张

我们已经知道,移动通信的根本的价值在于实现任何时间,任何地点的连接能力,在此基础上提高网络容量。如果没有覆盖这个前提,只是在局部实现高速率是没有商业价值的。虽然过高的速率没够意义,但是随着用户渗透率的提高,资费的下降,数据量每年增长30%的情况还会持续很多年。因此移动网络还需要扩容。

移动通信正确的发展方向是,保证连续覆盖的情况下以低成本提高网络容量。5G偏离了这种模式,走向了错误的方向。这背后的原因有三个,一是通信原理的创新遇到瓶颈,二是半导体工艺获得了爆炸性的发展,三是无线产业决策链条太长。

基础理论的突破预示着无线通信产业的又一次技术革命,而中国就是这次革命的源头。 成功的道路并不拥挤,我们砥砺前行。 

*注:文章为作者观点,不代表本刊立场


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