别“狂吹”5G了!

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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。  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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