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载波瓶颈:为什么说4G之后再也没有5G了?

52RD.com 2015年9月2日 雷锋网            参与:18人 查看 我来说两句
  

  在开始这个话题之前先说说无线通信的历史

  为便于大家理解,先从终端侧开始,也就是大家平常使用的手机开始,这样大家比较容易理解,毕竟大多人只是用手机,至于通信网无线网是怎么回事并不清楚,也不关心。但是通信网络是为了支撑你应用的,没有后面的通信网无线网支撑,你的手机与一块砖头没啥区别。而且手机端的需求,套用比较时髦的话就是你的痛点,会影响通信网的发展方向。所以从这里开始说起,相信大家比较容易理解,毕竟大多数人不是通信专家。

  还记得BP机、大哥大么,以前看香港电影里面黑社会老大后面都有一个拿电话的小弟,那电话跟砖头似的,贼大贼笨重,那就是大哥大,那叫一个威风一个羡慕啊。当然再早之前的手摇电话、磁石电话,估计大部分人没有见过实物,只是在战争电影里面见过,到现在我们手机能上网看电影能拍照能导航,几乎无所不能,这几年的通信发展尤其是无线通信的发展,速度之快超出了我们的想象。以前估计是科幻影片中的情形,现在我们身边实现了,电子科技是人类发展最快的一个产业,短短100多年的发展历程超过我们想象。

(当年的大哥大)

  从最初1973年美国摩托罗拉公司发明模拟无线通信,推出了世界上第一台无线通信终端,也即是上面说的大哥大,到后来的功能机,以NOKIA为代表,到现在的苹果推出的智能机时代。终端的功能越来越强大,已不再是单纯的打电话,而是一个个人移动终端,随时随地实现移动互联接入。终端的更新换代也越来越快,今天3G明天4G,新名词、新概念、新技术似乎天天都有,逼得我们手机用户也要经常换新机,否则就跟不上时代了。

  前几年苹果4出来体验了一把3G的高速数据服务,说实话经常连不上,速度也没有宣传的那么快,流量费还经常超标。这不刚用没几年,又说要上4G了,还记得3G4G宣传画上的那个人脸对比图吗?给大家看看,多么夸张。

  那4G快得人脸部皮肤都变形了。自从4G发牌后,网上就流传着这样一个段子——

  “4G环境下,如果你睡觉时忘记关流量了,第二天起来房子就归移动了。”

  可见这速率多快。结果4G我还没用上,现在又开始宣传5G了,这更新换代也太快了。5G号称的上网速度比4G还要快上千倍,这速度估计不敢想象,下载一部电影估计要秒杀了。

  从技术角度来讲,第一代模拟通信大哥大到数字通信GSM那是有革命性的技术飞跃的,模拟通信抗干扰差,机器集成度及智能化都不高,号称的大哥大可以砸死人就是说它太大太笨重了。到了数字通信时代的GSM,代表性的如NOKIA手机,由于当时的计算机技术及软件技术都有了很大提升,集成度也大大提高,手机已经做得非常的小巧精致,而且由于数字通信的抗干扰及保密能力大大加强,通话也更清楚安全了。用户体验瞬间提高了,GSM得以迅速发展普及。

  想当年那手机卖得那叫一个火啊,NOKIA就是趁着这波大潮迅速崛起,成长为一个全球瞩目的牛叉公司,全球通信界的大哥大。

  写到这里想起之前看浙江台一个节目:一老兄93年花了1.7万RMB买了一部大哥大,但这不是最贵的,最贵的是又花了1.75万才入了网,也就是说他为了能用这部电话,总共花了3.45万。93年的3.45万那得是多有钱啊。

  但是随后的几年,使用过手机的都知道,除了在更小、待机长、一些花边的山寨特色功能等上面做做文章外,没啥革命性的功能出现了。这时候的手机基本是比价格,国内都是造手机的,深圳华强北满大街造手机的,各家的手机已经差不多,无论是功能还是质量,基本没啥本质区别。这个时候我买手机的选择标准就是谁便宜买谁。当时的很多手机厂家已经转产关门,更有业界龙头公司甚至说要卖掉终端不再进入这个领域,因为大家觉得手机已经没啥可玩的,除了拼价格拼成本外,已经很难挣到钱了。

  直到苹果智能机的出现,乔布斯让全世界人民忽然眼前一亮,乔布斯是个真正的牛人,让大家赫然发现手机原来还可以这么玩,还能提供这么多的功能。智能机的出现促进了移动互联网的发展,这之后移动互联网才真正开始,由于移动互联网的发展,原先的无线通信网络显得落后了,因为原先的无线通信网络主要是为语音服务的,也就是为了打电话用的,数据及上网能力很弱。这个时候就必须要升级无线通信网络了,否则你的手机又变成一块砖头了。关于无线通信网络发展,我们在后面的网络篇幅中详细介绍。

  说实话,你的手机很容易变砖头,因为涉及的环节很多,任何一个环节出现问题,你的手机就会变成砖头,不要奇怪,事实就是如此。

  由于终端的发展促进了移动互联网的发展,移动互联网的发展又逼迫无线通信网络去进行升级换代以支持更高的带宽、更高的速率,倒逼无线网络不断发展。而通信网络的发展又促进了移动互联网的发展,提供更多更好的服务,又促进终端变得更强大,相互发展相互促进形成良性循环,势头大好前途一片光明。

  但是目前看,智能机的发展似乎也遇到了之前功能机一样的问题,已经没啥革命性的功能出现了,随着技术的逐渐成熟,估计后续同质化会越来越严重,白菜价机器应该很快到来。

  说完终端史我们来说说网络发展

  这个是我们今日讨论重点,毕竟相对于网络,终端更简单更容易理解,大家天天在用,不需要费太多精力解释。

  第一代模拟无线通信网络,也就是摩托罗拉公司搞的那个大哥大,70年代横空出世,实在是很炫很牛叉的。由于太早,在我们国家估计建网规模很小,除了上面提到的浙江台采访的那位老兄93年花3.45万体验过,估计很多人没用过,包括笔者我在内也只是听说过没见过。但我可以肯定的告诉各位,这个网除了能打电话外啥也干不了,不能发短信,而且打电话的效果也不咋地,杂音大,多数情况听不清,因为容易受干扰啊;很多地方没信号,基站少啊;而且说不定你整个高频收音机在附近,还能偷听到他打电话的内容,因为无法加密,保密性差啊。这就是第一代老古董玩意,虽然新奇也是划时代的产品,但是用起来真心不咋地,3.45万花的绝对不值。

  后来的第二代数字通信网络GSM开始在我们国家快速普及,GSM是1990年代欧洲人搞出来的第二代数字通信标准,这个不同于之前的模拟通信网络,这个是真正现代意义上的先进通信网络,很先进。我们很多人第一次接触和使用的移动通信系统就是这个。

  而同一时期对应的美国人搞出来的标准是CDMA,这也是2G时代的通信标准,当时的中国联通使用的是CDMA标准,而移动建设的是GSM网络,由于GSM标准更有开放性且推出较早,在国际上使用的国家较多,所以GSM标准实际上要比CDMA使用范围大,这也是当时为啥联通干不过移动的一个原因。

  2G过后出现了3G网络的建设,这也是智能手机出现、移动互联网发展后对无线通信网络的必然要求,必须提供更快更宽的数据业务,这就引出了无线通信网为啥需要不断升级、不断更新换代的原因。

  这里我们也顺便同情一下运营商,被这些技术搞的也是疲于奔命,不断的升级换代,本来计划是投资一次受益十几年或者几十年,但是由于技术升级,刚建好没几年的网络又需要升级换代了。大家看看从GSM推出后,后面的GPRS\EDGE,到后面的3G4G,不断的升级换代。

  而且这3G技术还涉及不同的世界标准(有CDMA2000,WCDMA,TDS-CDMA),运营商也不容易,为了建好3G网,需要建3套不同标准网络,相当于投资了3倍的钱来运营这个3G网络。当然由于WCDMA标准在全球范围推广早且开放性好,取得发展上的先发优势,其他2个标准最后都没落了,运营商在CDMA2000及TDS-CDMA两个3G标准上的网络建设投入差不多打了水漂,投资收益比超低。说起这个估计电信及移动哭晕在厕所,本来大家可以多发几个奖金的,结果全给了设备商、标准商了。

  后来的4G标准虽然做了统一,避免了重复投资,但是也分TDD及FDD两种制式,FDD-LTE是全球4G的主流标准,TDD-LTE更适合热点密集地区的布网。与3G不同,不能简单的看作是不同的2个标准,实际上TDD及FDD两种4G制式是各有优点,各有强项,可以认为是为解决不同场景的方案。

  2013年底中国发放了TDD 4G牌照正式开始进入4G时代。

  可惜4G没建多久,很多人估计还没来得及用上,没体验到4G的是如何的快,5G的概念就又喊得震天响了,估计现在最不爽的应该是运营商了。4G刚投资建设完,你们又开始喊5G了,我4G建设投入一分钱收益还没见到啊,这么下去我运营商不是为你设备商白打工了,挣点钱全买设备了,我还玩个P啊。实际设备商也不容易,但是这个不是我们今日的话题,这个以后另贴讨论。

  好了,终端及网络发展的历史基本说完了,估计大家对我们通信发展有了一个大致的了解,但是不要着急,我们还得说说技术层面,因为不讲技术就讨论不清楚我这个话题,也就不能得出我这个文章的结论。为什么我会说“4G之后没有明天”。

  实际上目前我们使用的通信技术,无论是计算机、芯片、光传输、无线调制、编码、摩尔定律等,这些新词虽然够炫够专业,但是这些技术背后使用的理论基础都是上个世纪五六十年代的理论。虽然发展了这么多年,但是都没有突破这些基础理论,只是在这些基础理论上的技术优化。也就是说,现在的这些产品及技术,与上个世纪五六十年代的产品本质上没啥区别,只不过技术上有了巨大进步,比原来的更小更快更精致了。就像一百年前的马拉松比赛,虽然我们穿的鞋更好了,路面更平整了,运动员跑的比以前快了,但是本质上还是人在跑步没变。

  从模拟通信开始,无线通信要传输信号,都是通过在无线载波的基础上加上信号源发送并接收,这就是无线通信,无论数据业务还是话音,都是这么传输的,这个本质几十年来一直没变。为了更容易解释理解,我们可以做个简单的类比,可以把一个无线载波看成公路上的一个车道,这个车道上跑着的汽车可以看作是我们需要发送并接收的信息。

  那么为了要传输更多更快的信息(增加带宽),就不可避免的要增加车道上跑的车的数量(提高载波效率),同时大力增加车道数量(增加载波数)。这些在现有无线通信中,都有对应的技术手段且基本已实现,类似于FDD/TDD/OFDM这些专业术语,就是为了增多车辆增加车道的手段,有兴趣的同学可以具体深入的研究一下。

  但是这个方法管用吗?

  车道上的车辆能无限增加吗,当车道上都排满了车,把道路变成停车场的时候,还能增加车的数量吗?显然是不能了。

  那么车道能无限增加吗?如果土地允许的话看来是可以无限加宽道路的,修个双向100个车道的道路也不是不可能。但是现实生活中土地资源是有限的,不可能这么浪费资源去造路。那么加层是不是可以更好的增加车道?一层二层三层,这个在城市中的高架路地铁算是了,增加一层,理论上可以增加一倍的车道数且不增加土地面积,看来是个不错的措施。

  但是有一点还是有差异,车道只是物理位置或者高度上的不同,相互之间不会有干扰,也就是说只要国土面积够大高度够高,理论上你可以修无限多个车道,建无限宽的路。但是无线电波的资源是有限的,不同频率的无线电波类似于不同位置的车道,而且由于受无线电波传播特性的影响,能用于无线通信的电波频率是有范围的,也就是说这个车道的总数是有限制的,不是无限的。既然是有限制的,那么宽度就会受限,传输的速率就不可能无限增加,也就是在目前的理论基础下,我们的车道不能无限增加。

  于是为了能跑更多的车,人们就想了很多的办法,比如编码压缩、TDD/FDD、OFDM、空分等,这些技术很好,也确实改进不少,但是不能本质上解决问题。就类似建高速公路,地面不够宽了,为了增加车道怎么办呢,只能增加一层,如果需要继续增加车道那就再加一层,目前的无线通信增加速率的方式基本类似于此。没办法,因为没有基础理论上的突破,所有的改进只是优化,不是变革,只能修修补补,本质上没有质的飞跃,无论3G、4G还是5G。

  但是现实生活中我们并没有看到2层、3层的高速公路,能看到的很少的高架路也都是在市区,且是比较繁华的市中心,这是为啥?相信大多数人都能明白这个道理,就是成本的原因,修高架或者地下立体交通,成本太高了,普通路面增加交通运力的方式只能是增加车道。

  说到这里,相信大多数人都明白了,所谓的3G、4G、5G,说白了就是通过不断地增加载波数量来提高带宽,而为了增加载波数量,付出的成本越来越高,技术难度也成指数级增加,设备也越来越复杂,要求的集成度可靠性越来越高。

  但这有一个边际效应,当达到一定程度后,这样的增加就没有意义了,因为投入产出不划算了。这就是现实中我们没看到多层公路的原因。

  可能有些人说这无所谓啊,反正实现都是由厂家去做,我只是使用,复杂不复杂我不关心,我只要好用就行了,确实如此。这里做个假设,如果我是一个房地产开发商,假如没有层高及技术上的限制,我修了一个100层的楼卖给你,你会不会要?

  由于楼高容积率也高,价钱估计比周边普通住宅还会便宜点。但是你肯定不会要,为啥?因为在目前我们的建筑安全等基础理论没有大的变化前、居家生活方式还是传统的情况下,住在这么高楼层会存在很多问题。

  这就是为什么在基础理论没有突破之前,使用传统方式一定会走到末路的原因,一定会出现达到极限走不下去的情况。除非出现基础理论的突破,否则只会越来越困难。

  还记得我们文章前面说过的话吗?你的手机很容易变成石头。因为随着系统越来越复杂,实现环节越来越多,你手机变石头的可能性只会越来越高。相信大家都有这个体会,我们在还有信号可以打电话的时候,却没有3G4G的信号,不能上网。

  所以我认为4G、5G的忽悠该结束了,尤其是运营商该换换建网思路了,因为这么走下去只会死路一条,没有出路。另外劝从事4G、5G设备研发的同事也该换换思路了,因为说不定你很快会失业了。

  那么有没有方案来解决这个问题?

  目前看还是有。

  首先一条,如果要从本质上解决这个问题,必须有基础理论的突破,比如类似于量子通信里面的量子纠缠态等。

  这些基础理论的突破会彻底改变现有通信的方式,就像现在汽车在地上跑,你可以改为在天上飞,还可以在多维空间平行世界里穿梭。本质都改变了,那之前所有的问题都不是问题了。

  但是基础理论从上个世纪五六十年代被发现到现在,基本没啥新的理论诞生了,要想突破谈何容易,所以这条路短期看基本没戏。

  除此之外是否有更好的解决思路,我觉得还是有。还是以交通来类比,从乡间小道到高速公路,从自行车到飞机火箭,这是一个立体式的交通,满足不同的需求,不会在高速路上既跑牛车又跑飞机,也不会出现一个人在坐飞机的同时还得赶牛车。

  通信也类似,有静止有移动,有快速有慢速,有宽带也有窄带,不同需求在不同时间不同空间组合,不同的方案去实现。

  关于这个话题,希望有机会再单独开贴专门讨论。

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评 论
10楼 52RD网友 210.21.*.* 发表于 2015-9-8 17:27 回复
5G的应用场景主要在人口密度大的地区。从技术难度来讲已经不是问题了,问题的关键是布网的基站会成指数增加,因为目前5G的小区覆盖半径都都不大
9楼 junrzdd163com 发表于 2015-9-6 08:51 回复
是哪个SB写的帖子?
8楼 shanmao2007 发表于 2015-9-5 22:55 回复
风在起时
7楼 52RD网友 118.112.*.* 发表于 2015-9-5 20:59 回复
高通、华为欧研究所一直在开发5G芯片,aglilent开发了5G仪器,什么时候不懂技术的傻B开始能发技术文章了
6楼 52RD网友 218.18.*.* 发表于 2015-9-3 21:23 回复
难为作者了,一个不懂技术的人通过拼凑各种没有理解的专业术语来完成这样的作文,难度很大啊,虽然各位看官看完已经云里雾里,但人家有这样的勇气写出来,你能吗,作者说,我能!
5楼 mufeioo 发表于 2015-9-2 20:08 回复
当然有5G,cat11的调制为256QAM,双载波实现的。4G相对于3G频谱效率更高,这是毋庸置疑的
4楼 52RD网友 58.250.*.* 发表于 2015-9-2 17:41 回复
人类的想象力是无穷的,记得看过一个纪录片,100年前的人也是这么想的,觉得该发明的都实现了,可现在回过头看看,实际情况是那样的吗?
3楼 52RD网友 220.243.*.* 发表于 2015-9-2 15:44 回复
牛插。。。
估计写这个文章的作者什么都不懂吧? 竟然还可以发上52RD?
2楼 52RD网友 101.81.*.* 发表于 2015-9-2 15:10 回复
作者是文科生吗
1楼 52RD网友 221.226.*.* 发表于 2015-9-2 12:49 回复
梦呓!
说我少于四个字,好吧:作者醉了!
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