导读 “5G实际上被夸大了它的作用,也被更多人夸大了华为公司的成就……实际上现在人类社会对5G还没有这么迫切的需要……不要把5G想象成海浪一样,浪潮来了,财富来了,赶快捞,捞不到就错过了。5G的发展一定是缓慢的。”

1月17日,华为创始人兼CEO任正非在接受媒体采访时说:

“5G实际上被夸大了它的作用,也被更多人夸大了华为公司的成就……实际上现在人类社会对5G还没有这么迫切的需要……不要把5G想象成海浪一样,浪潮来了,财富来了,赶快捞,捞不到就错过了。5G的发展一定是缓慢的。”

此前一段时间内,“5G”是舆论场的“宠儿”,俨然被塑造成了万能的“救世主”形象,似乎5G引领的未来已经触手可及;更有很多人对中国的5G发展高度乐观,“中国是5G领跑者”、“中国主导5G时代”等观点传播甚广。

而任正非的话让人不得不反思:5G是否只是看上去十分美好?

同时我们也看到,美国运营商对5G并不感冒,美国总统特朗普的团队甚至考虑由政府主导5G网络建设;而中国方面的运营商似乎也并没有表现出人们想象中那样高的兴趣。

抽丝剥茧,对于5G,看法不能流于表面。

5G技术发育到底到了什么水平?实际商用的效果怎样?人们对5G究竟有无迫切的需求?中国在5G领域的实力和地位,是不是真的可言“主导”?热议之下,库叔来冷静地讲一讲。

1.现有5G技术没有那么神奇

当年的一场“联想投票门”,引起舆论的巨大关注,但也造成了很多人的误解。比如把“编码”炒得过热,甚至把LDPC和Polar(5G编码技术)等同于5G标准。实际上,编码只是5G关键技术之一,而且在提升传输效率上还称不上最关键的技术。

那么,5G关键技术有哪些呢?请看下图。

就调制、编码、多址、组网、多天线等方面看,很多是沿用老技术,而一些新技术不成熟、不可用,或者传输增益有限。

先来看编码,被热炒的LDPC和Polar,对系统效率的提升其实并不明显。据业内人士分析,其主要意义在于实现了一个理论极限,代表了人类对自然界探索的里程碑,而对实用效率的提升意义有限。

再看多址接入方面,多址是移动通信的核心技术领域,第一代到第四代移动通信(即1G到4G)分别采用了FDMA、TDMA、CDMA和OFDM技术。现在5G多址技术的主流看法是NOMA(国内外设备商的各种五花八门命名的技术都是NOMA的修改版本)。

新的技术意义何在?

据业内人士介绍:

NOMA(非正交多址接入)是NTT Docomo于2014年9月首先倡导的。其思想是发射端不同的用户分配非正交的通信资源。在正交方案当中,如果一块资源平均分配给N个用户,那么受正交性的约束,每个用户只能够分配到1/N的资源。NOMA摆脱了正交的限制,因此每个用户分配到的资源可以大于1/N。在极限情况下,每个用户都可以分配到所有的资源,实现多个用户的资源共享。

虽然理想很丰满,但经数学证明,NOMA路线的频谱效率增益严格为零。

类似情况在4G时代也发生过。

在4G标准制定中,爱立信主推的SC-FDMA作为LTE的上行多址方案,是OFDM的一种变体。爱立信宣称该方案能够降低峰均比,降低对终端功放的要求。然而,之后的研究和实践表明,SC-FDMA所带来的对导频设计的负面影响,甚至超过它的带来的好处,其综合性能还不如OFDMA简单的削波方案。但即便如此,爱立信通过自身影响力,将SC-FDMA纳入了4G通信标准专利。这种做法虽然增加了爱立信公司在4G标准的话语权,能够收到更多专利费,但却拉低了整个系统的运行效率。

再看多天线技术。5G宣传的是超多天线技术(mass MIMO)。MIMO(多天线技术)是最近20多年的热门议题,确实是有潜力的,是提高通信能力的一个方向。但通过多年研究发现,仍然难以实现从实验室到市场的实用转化,未能实现商业应用。

至于原因,其实不难理解。据业内人士分析,多天线技术最初从军事雷达领域而来,但转入民用则面临与天空完全不同的复杂地形等环境,难以控制成本就成了其商业转化的命门。

就组网而言,CoMP相对于4G时代的SFR/MLSFR也几乎是零增益,甚至可说是负增益。

再说一下前段时间被热炒的时分双工(TDD),前段时间,有文章称“今天全世界的5G技术都是TDD技术”,然而,这种说法容易引起误会,需要说明。

5G的蓝图中,用的并不是时分双工,而是全双工。

4G时代,TDD-LTE采用时分双工,FDD-LTE采用频分双工。全双工简单的说就是集成了时分双工和频分双工的优点,实现鱼和熊掌可以兼得。

【注:TDD指上下行传输采用同一个信道,主要优势在于收发间不会产生干扰、上下行信道切换灵活等;FDD采用两个独立的信道可以同时进行数据传输,主要优势在通信速度高、抗外部干扰性能更好等。】

只是,全双工同样停留在实验室,无法商用。因此,仍然只能拿老技术——时分或频分双工凑合着用,而无法取得实质性突破。

所以,在这些关键技术上,现在所谓的5G的技术升级没有传说中的那么神奇,很多新技术增益有限、或尚不成熟难以实用,部分专利甚至在技术上有“开倒车”之嫌。

正是因此,有人将现在的5G称之为商用概念,而不是技术迭代,将之称为4.9G。我们当前与真正的“5G”,尚有距离。

2.为何运营商不甚热心

说了这些提升有限、不成熟,但5G的网速是实实在在“肉眼可见”的提高,这是怎么做到的呢?

方法其实颇为“简单粗暴”,就是扩大占用的频段、加大投资基站的密度、提升芯片数据处理速度等手段。

以频谱资源来说,5G准备用1个G左右的带宽。要知道,GSM(中国移动的2G网络)整个移动才5M带宽,3G是20M带宽,4G是60M带宽。

以此前爱立信的极限测试,网速的确惊人,测出高达20Gbps数据传输速率,但用了800M带宽。

因此,不谈细节,光看网速快慢,意义并不大。当前5G条件下的高网速,很大程度上要拜大带宽频谱所赐。

这样,问题就来了。低频点频谱非常珍贵,直接划拨800M带宽实在太奢侈。在国外,这样的黄金频率堪称天价,运营商对此必须三思而后行。

那么,如果现在要部署5G,就必须用高频。

但高频的覆盖能力差。低频率(2G使用的频率段)的频谱资源衍射能力能够覆盖数平方公里,而高频率(比如Wifi使用的频率段)的频谱资源衍射性通常不会超过一个20平米的房间。也就是说,用黄金频率建1个基站,其覆盖范围可以媲美用高频建N个基站。

实际上,美国的5G频谱选的就是高频。

2018年11月15日,美国联邦通讯委员会(FCC)召开美国首次5G频谱拍卖会,开启28GHz毫米波5G频谱(27.5-28.35GHz频段,共计850MHz)拍卖。此前爱立信的测试也是在15Ghz这个点上前后开辟800M的宽度,即14.6到15.4Ghz之间的宽度。这些频段资源超过了过去无线通信已经使用过的频段的总和——当然,过去是在中低频率频段,而5G只能动用高频率频段。

现在5G使用高频、采用毫米波小基站的发展路线,问题就在覆盖很差,这将使最终覆盖结构非常“感人”。按照现在宣传的传输速率的标准,5G要覆盖目前全球4G覆盖的区域,基站数量至少是4G的5倍,也就是1500万至2000万个5G基站。
这个建设成本可想而知。这也解释了为什么运营商明知道5G是个“好东西”,却不像大家想象中那样热心。

3.缺乏“杀手级”应用

通信领域的发展,必须充分考虑其用户对技术应用的需求。

有种说法,声称5G主要不是给人用的,而是给“物”用的,也就是说5G将大大超出过去20年无线通信发展史中以大众公共通信网络为主业的范畴。

的确,目前全球宣传5G的主线,即“万物相连”或称为“物物连接”。

不过这里却有一个问题,目前所谓物物连接的很多场景,要么不需要5G,要么不敢信赖公众性的无线通信。

虽然很多媒体在报道中将物联网和5G“捆绑”在一起。但其实物联网并非必须配合5G应用。因为现有物联网主要是追求长寿命,设置一个物联网节点,肯定不希望1-2天内就去更换一次,且大量应用都是低速、小数据量的通信连接,用2G、3G、4G就行了。

以目前全世界最大规模的物联网应用案例——ofo自行车智能锁为例。其使用的NB-IOT其实就是华为和中国电信北京公司合作出的简化版、删减版4G,且只需要用很小的通信容量。

无独有偶,不久前,国内运营商进行了物联网芯片招标,中标斩获大单的物联网芯片用的就是2G。

所以,物联网,至少当前的物联网,和所谓万物互联,和5G没有必然联系。

而另一个被热捧的应用方向——无人驾驶,先不提无人驾驶技术本身是否成熟,即便是谷歌搞的无人车,也是“胖终端”的无人驾驶,接受信号而做出反应的过程是放在车上。而把5G和无人驾驶联系在一起的则是“瘦终端”模式,做出决策是在“遥远”的服务器,这种做法是存在极大隐患的。现有条件下,用5G网络来搞无人驾驶,可以说是自找麻烦,人为创造了黑客顷刻间把现代社会彻底打乱的空间,这后果看看《速度与激情8》可知一二。
目前,人流超高密度区的通信需求,是5G可行的潜在应用方向。此前曾出现十一黄金周期间,由于游客过于密集,直接导致杭州西湖附近的4G网络瘫痪的状况。为了应对类似情况,中国移动开始力推4G基站密集组网。如果5G组网的性价比能够优于4G基站密集组网(当然,现在5G在这方面控制成本的难度相当高),这有可能成为当下5G一个不错的应用方向。

因此,目前5G的“杀手级”应用仍然在水面之下,需要交给时间去发掘。

4.4G+5G

Wifi传输速度这么高(远远高于5G宣称的速度),但无线电信运营商仍然能够生存下来,这是为什么呢?

因为用户对于普遍覆盖(任何地点任何时间都能接入)的网络是刚需,比较而言超高网速反而并非必需。

用户在离开WIFI的情况下,必须也要有通信网络。也就是说,在任何生活角落,都能保持信息连接,因为在最紧要的时候这个信息连接是能救命的。

而Wifi或者此前存在的WiMax做不到这一点,其只能覆盖很小的领域,或者试图覆盖整个城市但效果却千疮百孔。WiMax也因此被LTE击败,连带导致押宝WiMax的加拿大北电和摩托罗拉破产。

然而,按照现在5G毫米波小基站的发展方向,追求的主要是传输速率。原因如我们前面所说,5G需要建设数倍于4G的基站,才能以其现在宣传的标准,要覆盖目前全球4G覆盖的区域,成本极其高昂,使得运营商缺乏足够兴趣。

因此,如果没有行之有效的商业模式,运营商不具备建设一张普遍覆盖的5G网络的能力,那么这就偏离了用户的刚需。

综上,从基建成本和实际需求来看,建设覆盖全国的5G网络并不现实,也不必要。那么,5G组网就不能实现了吗?

并非如此。

从技术上来说,4G和2G是非常成功的两代技术,而5G处境和3G有些类似。正如过去2G+3G的组网模式,未来5G完全可以采用类似的组网模式。

由于5G不太可能形成一张普遍覆盖的通信网络,就必须采用4G来完成广域覆盖。事实上,3GPP就搞出了“4G基站为主+5G基站为辅”的组网方式,也就是用4G完成广域覆盖,5G基站建在大城市人流密集区域。这其实也是国外运营商选择的主流组网方式。

这样一来,既可以大幅减少5G基站高昂的建设成本,又能提升人口密集区域的网速。

5.理论创新突破至关重要

从1G到4G传输能力的提升,既有系统效率的提升因素,也有暴力堆砌的因素——依靠消耗频谱资源、用性能更强的芯片和高额投资建设基站实现。

暴力提升的层面,前文已经说明。

系统效率的层面,1G到2G提升较大,但3G的提升就小了很多很多。

当年高通的宣传,CDMA将提升增益18倍,之后发现没那么高,但大家还认为CDMA比TDMA可以高5-6倍,结果最终发现这个增益只高了10%。

而事实上5G的情况更加极端,对比以往历次通信技术升级,其系统效率的提升不显著,主要是靠暴力堆砌提升性能。

即便3G的提升有“吹牛”的成分,但CDMA相比TDMA还是有10%的提升。而在4G时代,也有SFR、OFDM、Alamouti等重大改进,其中SFR还是中国工程师原创性技术。

SFR——软频率复用(SFR,Soft Frequency Reuse),被外国人用后改了个名字叫ICIC(Inter-cell Interference Coordination),翻译过来是蜂窝(基站)间互相作用的协调。软频率复用在近十年已经成为无线通信一个新增的大领域,现在运营商都有ICIC接口功能。SFR在实验室条件下性能提升高达100%,即便是商用条件下实战,最初的性能提升也有10%,相当于从TDMA到CDMA的效率提升,进一步的深化的MLSFR可以提升30%。

相比之下,由于4G充分运用过去几十年的技术储备,在很多方面已经接近现有理论的天花板了,目前的5G在系统效率提升方面空间实在有限。

要想打破如今的局面,需要的是少一些商业的喧嚣,静下心来,搞理论创新突破。

因为人类科技的根本性进步,都需要倚赖理论突破,否则便永远只能是量的累积,无法实现技术迭代。

5G,也是如此,基础理论的突破是必需。

6.中国是重要参与者

目前,5G在媒体宣传和商业运作中,存在一定“神化”的风险,往往会有“5G秒天秒地秒空气”之感;另有一些媒体极力宣称5G是中国主导标准,或5G是中国伟大创新。其实,这并不客观。

在3G时代之后,全球通信厂商对高通一家独大心有余悸,因而在之后的标准制定中,大家都在玩平衡,实现决不让任何一家公司、任何一个国家一家独大。就5G标准制定而言,中国当然是一个重要参与者,但远远谈不上“主导”。

有人会用中国的专利数量说事,但实际上,通信标准专利含金量高低相差很大。至少,我们在5G时代,也没能实现高通在3G时代凭借核心专利全球征收“高通税”的能力,甚至仍然需要承担“高通税”。这也从侧面说明,专利数量尚没能给中国带来5G的主导地位。

中国在通信产业上的优势,是强大的国家决策执行力,能够集中力量,拥有三大运营商这样能够实现“村村通”的国有企业,以及一批优秀的通信设备整机厂和终端整机厂。

但短板也很明显,那就是核心器件尚受制于人,一旦核心器件被卡脖子,整个通信产业将遭遇重大的挫折和困难。

因此,当下,动辄“中国主导5G”,“中国5G综合实力最强”,未免有些过于乐观。我们走在前进的道路上,但道阻且长,脚踏实地不懈努力才可能让我们真正实现心中的愿景。

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