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為什么說4G之后再也沒有5G了?

5G 號稱的上網(wǎng)速度比 4G 還要快上千倍,這速度估計不敢想像,下載一部電影大概要秒殺了。
資訊頻道文章B

  在開始這個話題之前先說說無線通訊的歷史

  為便于大家理解,先從終端側(cè)開始,也就是大家平常使用的手機開始,這樣大家比較容易理解,畢竟大多人只是用手機,至于通訊網(wǎng)無線網(wǎng)是怎么回事并不清楚也不關(guān)心。但是通訊網(wǎng)絡(luò)是為了支撐你應(yīng)用的,沒有后面的通訊網(wǎng)無線網(wǎng)支撐,你的手機與一塊磚頭沒啥區(qū)別。而且手機端的需求,套用比較時髦的話就是你的痛點,會影響通訊網(wǎng)的發(fā)展方向。所以從這里開始說起,相信大家比較容易理解,畢竟大多數(shù)人不是通訊專家。

  還記得 BB call、大哥大嗎,以前看香港電影里面黑社會老大后面都有一個拿電話的小弟,那電話跟磚頭似的,很大很笨重,那就是大哥大,那叫一個威風一個羨慕啊。當然再早之前的手搖電話、磁石電話,大部分人大概都沒有見過實物,只是在戰(zhàn)爭電影里見過,到現(xiàn)在我們手機能上網(wǎng)、看電影、能拍照、能導航,幾乎無所不能,這幾年的通訊發(fā)展尤其是無線通訊的發(fā)展,速度之快。以前看似科幻影片中的情形,現(xiàn)在在我們身邊實現(xiàn)了,電子科技是人類發(fā)展最快的一個產(chǎn)業(yè),短短 100 多年的發(fā)展歷程超過我們想像。

  ▲當年的大哥大

  從最初 1973 年美國摩托羅拉公司發(fā)明模擬無線通訊,推出了世界上第一臺無線通訊終端,也即是上面說的大哥大,到后來的功能機,以 NOKIA 為代表,到現(xiàn)在的蘋果推出的智能手機時代。終端的功能越來越強大,已不再是單純的打電話,而是一個個人移動終端,隨時隨地實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)連線。終端的更新?lián)Q代也越來越快,今天 3G 明天 4G,新名詞、新概念、新技術(shù)似乎天天都有,逼得我們手機用戶也要經(jīng)常換新機,否則就跟不上時代了。

  前幾年蘋果 4 出來體驗了一把 3G 的高速資料服務(wù),說實話經(jīng)常連不上,速度也沒有宣傳的那么快,流量費還經(jīng)常超標。這不剛用沒幾年,又說要上 4G 了,還記得 3G、4G 宣傳上的那個人臉對比圖嗎?給大家看看,多么夸張。

  那 4G 快到人臉部皮膚都變形了。自從 4G 發(fā)牌后,網(wǎng)上就流傳著這樣一個段子:

  “4G 環(huán)境下,如果你睡覺時忘記關(guān)流量了,第二天起來房子就歸電信公司了。”

  可見這速率多快。結(jié)果 4G 很多人還沒用上,現(xiàn)在又開始宣傳 5G 了,這更新?lián)Q代也太快了。5G 號稱的上網(wǎng)速度比 4G 還要快上千倍,這速度估計不敢想像,下載一部電影大概要秒殺了。

  從技術(shù)角度來講,第一代類比通信大哥大到數(shù)碼通信 GSM 那是有革命性的技術(shù)飛躍的,模擬通信抗干擾差,機器整合度及智能化都不高,號稱的大哥大可以砸死人,就是說它太大太笨重了。到了數(shù)碼通信時代的 GSM,代表性的如 NOKIA 手機,由于當時的電腦技術(shù)及軟件技術(shù)都有了很大提升,集成度也大大提高,手機已經(jīng)做得非常的小巧精致,而且由于數(shù)碼通信的抗干擾及保密能力大大加強,通話也更清楚安全了。用戶體驗瞬間提高了,GSM 得以迅速發(fā)展普及。

  當年 NOKIA 就是趁著這波大潮迅速崛起,成長為一個全球矚目的大型公司,全球通信界的大哥大。寫到這里想起之前看網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)目:一中國老兄 1993 年花了 1.7 萬人民幣買了一部大哥大,但這不是最貴的,最貴的是又花了 1.75 萬才上得了網(wǎng),也就是說他為了能用這部電話,總共花了 3.45 萬。1993 年的 3.45 萬那是多大的金額呀。

  但是隨后的幾年,使用過手機的都知道,除了在更小、待機長、一些花邊的山寨特色功能等上面做做文章外,沒什么革命性的功能出現(xiàn)。這時候的手機基本是比價格,中國更是這擅長這些,深圳華強北滿大街打造手機的,各家的手機已經(jīng)差不多,無論是功能還是品質(zhì),基本沒什么本質(zhì)區(qū)別。

  這個時候買手機的選擇標準就是誰便宜買誰。當時的很多手機廠家已經(jīng)轉(zhuǎn)產(chǎn)關(guān)門,更有業(yè)界龍頭公司甚至說要賣掉終端不再進入這個領(lǐng)域,因為大家覺得手機已經(jīng)沒什么可玩的,除了拼價格拼成本外,已經(jīng)很難掙到錢了。

  直到蘋果智能手機的出現(xiàn),喬布斯讓全世界人民忽然眼前一亮,喬布斯是個真正的高手,讓大家赫然發(fā)現(xiàn)手機原來還可以這么玩,還能提供這么多的功能。智能手機的出現(xiàn)促進了移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,這之后移動網(wǎng)絡(luò)才真正開始,由于移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,原先的無線通訊網(wǎng)絡(luò)顯得落后了,因為原先的無線通訊網(wǎng)絡(luò)主要是為語音服務(wù)的,也就是為了打電話用的,資料及上網(wǎng)能力很弱。這個時候就必須要升級無線通訊網(wǎng)絡(luò)了,否則你的手機又變成一塊磚頭了。關(guān)于無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,我們在后面的網(wǎng)絡(luò)篇幅中詳細介紹。

  說實話,你的手機很容易變磚頭,因為涉及的環(huán)節(jié)很多,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,你的手機就會變成磚頭,不要覺得奇怪,事實就是如此。

  由于終端的發(fā)展促進了移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展又逼迫無線通訊網(wǎng)絡(luò)去進行升級換代,以支持更高的頻寬、更高的速率,倒逼無線網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展。而通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展又促進了移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,提供更多更好的服務(wù),又促進終端變得更強大,相互發(fā)展相互促進形成良性回圈,勢頭大好前途一片光明。

  但是目前看,智能手機的發(fā)展似乎也遇到了之前功能機一樣的問題,已經(jīng)沒什么革命性的功能出現(xiàn)了,隨著技術(shù)的逐漸成熟,估計后續(xù)同質(zhì)化會越來越嚴重,白菜價機器應(yīng)該很快到來。

  說完終端史我們來說說網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

  這個是我們今日討論重點,畢竟相對于網(wǎng)絡(luò),終端更簡單更容易理解,大家天天在用,不需要費太多精力解釋。

  第一代類比無線通訊網(wǎng)絡(luò),也就是摩托羅拉公司搞的那個大哥大,70 年代橫空出世,實在是很炫的。由于太早,可能很多人沒用過。但可以肯定的告訴各位,這時的網(wǎng)絡(luò)除了能打電話外什么也做不了,不能發(fā)簡訊,而且打電話的效果也不怎么樣,雜音大、多數(shù)情況聽不清,因為容易受干擾啊;很多地方?jīng)]訊號、基地臺少啊;而且說不定高頻收音機在附近,還能偷聽到他打電話的內(nèi)容,因為無法加密、保密性差啊。這就是第一代老古董玩意,雖然新奇也是劃時代的產(chǎn)品,但是用起來真心不怎么樣,當時花高價買絕對不值。

  后來的第二代數(shù)碼通信網(wǎng)絡(luò) GSM 開始快速普及,GSM 是 1990 年代歐洲制訂出來的第二代數(shù)碼通訊標準,這個不同于之前的類比通信網(wǎng)絡(luò),是真正現(xiàn)代意義上的先進通訊網(wǎng)絡(luò),很先進。很多人第一次接觸和使用的移動通訊系統(tǒng)就是這個。

  而同一時期對應(yīng)的美國弄出來的標準是 CDMA,這也是 2G 時代的通訊標準,當時的中國聯(lián)通使用的是 CDMA 標準,而中國移動建設(shè)的是 GSM 網(wǎng)絡(luò),由于 GSM 標準更有開放性且推出較早,在國際上使用的國家較多,所以 GSM 標準實際上要比 CDMA 使用范圍大,這也是當時為什么聯(lián)通打不過中國移動的一個原因。(編按:這是中國的狀況,而臺灣當年還是建制 GSM,只有亞太電信采用 CDMA)

  2G 過后出現(xiàn)了 3G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),這也是智能手機出現(xiàn)、移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展后對無線通訊網(wǎng)絡(luò)的必然要求,必須提供更快更寬的資料業(yè)務(wù),這就引出了無線通訊網(wǎng)為什么需要不斷升級、不斷更新?lián)Q代的原因。

  這里我們也順便同情一下運營商,被這些技術(shù)搞得也是疲于奔命,不斷的升級換代,本來計劃是投資一次受益十幾年或者幾十年,但是由于技術(shù)升級,剛建好沒幾年的網(wǎng)絡(luò)又需要升級換代了。大家看看從 GSM 推出后,后面的 GPRS / EDGE,到后面的 3G、4G,不斷的升級換代。

  而且這 3G 技術(shù)還涉及不同的世界標準(有 CDMA2000、WCDMA、TDS-CDMA),電信公司也不容易,為了建好 3G 網(wǎng)絡(luò),需要建制 3 套不同標準網(wǎng)絡(luò),相當于投資了 3 倍的錢來營運這個 3G 網(wǎng)絡(luò)。當然由于WCDMA 標準在全球范圍推廣早且開放性好,取得發(fā)展上的先發(fā)優(yōu)勢,其他 2 個標準最后都沒落了,運營商在 CDMA2000 及 TDS-CDMA 兩個 3G 標準上的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入,差不多打了水漂,投資收益比超低。說起這個估計電信及移動哭暈在廁所,本來大家可以多發(fā)幾個獎金的,結(jié)果全給了設(shè)備商、標準商了。

  后來的 4G 標準雖然做了統(tǒng)一,避免了重復投資,但是也分 TDD 及 FDD 兩種制式,F(xiàn)DD-LTE 是全球 4G 的主流標準,TDD-LTE 更適合熱點密集地區(qū)的布網(wǎng)。與 3G 不同,不能簡單的看作是不同的 2 個標準,實際上 TDD 及 FDD 兩種 4G 制式是各有優(yōu)點、各有強項,可以認為是為解決不同場景的方案。

  2013 年底中國發(fā)放了 TDD 4G 牌照,正式開始進入 4G 時代。

  可惜 4G 沒建多久,很多人估計還沒來得及用上,沒體驗到 4G 是如何的快,5G 的概念就又喊得震天響了,現(xiàn)在最不爽的應(yīng)該是運營商了。4G 剛投資建設(shè)完,又開始喊 5G 了,4G 建設(shè)投入一分錢收益還沒見到,這么下去我運營商不是為設(shè)備商白打工了,賺點錢全買設(shè)備了。

  好了,終端及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的歷史基本說完了,大家對通訊發(fā)展有一個大致的了解,但是不要著急,我們還得說說技術(shù)層面,因為不講技術(shù)就討論不清楚我這個話題,也就不能得出我這個文章的結(jié)論。為什么我會說“4G 之后沒有明天”。

  實際上目前我們使用的通訊技術(shù),無論是電腦、芯片、光傳輸、無線調(diào)制、編碼、摩爾定律等,這些新詞雖然夠炫夠?qū)I(yè),但是這些技術(shù)背后使用的理論基礎(chǔ)都是上個世紀五六十年代的理論,雖然發(fā)展了這么多年,但是都沒有突破這些基礎(chǔ)理論,只是在這些基礎(chǔ)理論上的技術(shù)優(yōu)化。也就是說,現(xiàn)在的這些產(chǎn)品及技術(shù),與上個世紀五六十年代的產(chǎn)品本質(zhì)上沒什么區(qū)別,只不過技術(shù)上有了巨大進步,比原來的更小更快更精致了。就像 100 年前的馬拉松比賽,雖然我們穿的鞋更好了、路面更平整了、運動員跑的比以前快了,但是本質(zhì)上還是人在跑步?jīng)]變。

  從類比通訊開始,無線通訊要傳輸訊號,都是透過在無線載波的基礎(chǔ)上加上訊號源發(fā)送并接收,這就是無線通訊,無論資料業(yè)務(wù)還是語音,都是這么傳輸?shù)?,這個本質(zhì)幾十年來一直沒變。為了更容易解釋理解,我們可以做個簡單的類比,可以把一個無線載波看成公路上的一個車道,這個車道上跑著的汽車可以看作是我們需要發(fā)送并接收的資訊。

  那么為了要傳輸更多更快的資訊(增加頻寬),不可避免的要增加車道上跑的車的數(shù)量(提高載波效率),同時大力增加車道數(shù)量(增加載波數(shù))。這些在現(xiàn)有無線通訊中,都有對應(yīng)的技術(shù)手段且基本已實現(xiàn),類似于 FDD / TDD / OFDM 這些專業(yè)術(shù)語,就是為了增多車輛增加車道的手段,有興趣的同學可以具體深入的研究一下。

  但是這個方法管用嗎?

  車道上的車輛能無限增加嗎,當車道上都排滿了車,把道路變成停車場的時候,還能增加車的數(shù)量嗎?顯然是不能了。

  那么車道能無限增加嗎?如果土地允許的話看來是可以無限加寬道路的,修個雙向 100 個車道的道路也不是不可能。但是現(xiàn)實生活中土地資源是有限的,不可能這么浪費資源去造路。那么加層是不是可以更好的增加車道?一層二層三層,這個在城市中的高架路地鐵算是了,增加一層,理論上可以增加一倍的車道數(shù)且不增加土地面積,看來是個不錯的措施。

  但是有一點還是有差異,車道只是物理位置或者高度上的不同,相互之間不會有干擾,也就是說只要國土面積夠大高度夠高,理論上你可以修無限多個車道、建無限寬的路;但是無線電波的資源是有限的,不同頻率的無線電波類似于不同位置的車道,而且由于受無線電波傳播特性的影響,能用于無線通訊的電波頻率是有范圍的,也就是說這個車道的總數(shù)是有限制的,不是無限的。既然是有限制的,那么寬度就會受限,傳輸?shù)乃俾示筒豢赡軣o限增加,也就是在目前的理論基礎(chǔ)下,我們的車道不能無限增加。

  于是為了能跑更多的車,人們就想了很多的辦法,比如編碼壓縮、TDD / FDD、OFDM、空分等,這些技術(shù)很好,也確實改進不少,但是不能本質(zhì)上解決問題。就類似建高速公路,地面不夠?qū)捔?,為了增加車道怎么辦呢,只能增加一層,如果需要繼續(xù)增加車道那就再加一層,目前的無線通訊增加速率的方式基本類似于此。沒辦法,因為沒有基礎(chǔ)理論上的突破,所有的改進只是優(yōu)化,不是變革,只能修修補補,本質(zhì)上沒有質(zhì)的飛躍,無論 3G、4G 還是 5G。

  但是現(xiàn)實生活中我們并沒有看到 2 層、3 層的高速公路,少見的高架道路也都是在市區(qū),且是比較繁華的市中心,這是為什么?相信大多數(shù)人都能明白這個道理,就是成本的原因,修高架或者地下立體交通,成本太高了,普渠道面增加交通運力的方式只能是增加車道。

  說到這里,相信大多數(shù)人都明白了,所謂的 3G、4G、5G,說白了就是透過不斷地增加載波數(shù)量來提高頻寬,而為了增加載波數(shù)量,付出的成本越來越高,技術(shù)難度也成指數(shù)級增加,設(shè)備也越來越復雜,要求的整合度可靠性越來越高。

  但這有一個邊際效應(yīng),當達到一定程度后,這樣的增加就沒有意義了,因為投入產(chǎn)出不劃算了。這就是現(xiàn)實中我們沒看到多層公路的原因。

  可能有些人說這無所謂啊,反正實現(xiàn)都是由廠家去做,我只是使用,復雜不復雜我不關(guān)心,我只要好用就行了,確實如此。這里做個假設(shè),如果我是一個房地產(chǎn)開發(fā)商,假如沒有層高及技術(shù)上的限制,我修了一個 100 層的樓賣給你,你會不會要?

  由于樓高容積率也高,價錢估計比周邊普通住宅還會便宜點。但是你肯定不會要,為什么?因為在目前我們的建筑安全等基礎(chǔ)理論沒有大的變化前、居家生活方式還是傳統(tǒng)的情況下,住在這么高樓層會存在很多問題。

  這就是為什么在基礎(chǔ)理論沒有突破之前,使用傳統(tǒng)方式一定會走到末路的原因,一定會出現(xiàn)達到極限走不下去的情況。除非出現(xiàn)基礎(chǔ)理論的突破,否則只會越來越困難。

  還記得我們文章前面說過的話嗎?你的手機很容易變成石頭。因為隨著系統(tǒng)越來越復雜,實現(xiàn)環(huán)節(jié)越來越多,你手機變石頭的可能性只會越來越高。相信大家都有這個體會,我們在還有訊號可以打電話的時候,卻沒有 3G、4G 的訊號,不能上網(wǎng)。

  所以我認為 4G、5G 的唬嚨該結(jié)束了,尤其是運營商該換換建網(wǎng)思路了,因為這么走下去只會死路一條,沒有出路。另外勸從事 4G、5G 設(shè)備研發(fā)的同事也該換換思路了,因為說不定你很快會失業(yè)了。

  那么有沒有方案來解決這個問題?

  目前看還是有。

  首先一條,如果要從本質(zhì)上解決這個問題,必須有基礎(chǔ)理論的突破,比如類似于量子通訊里面的量子纏結(jié)等。

  這些基礎(chǔ)理論的突破會徹底改變現(xiàn)有通信的方式,就像現(xiàn)在汽車本地上跑,你可以改為在天上飛,還可以在多維空間平行世界里穿梭。本質(zhì)都改變了,那之前所有的問題都不是問題了。

  但是基礎(chǔ)理論從上個世紀五六十年代被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在,基本沒什么新的理論誕生了,要想突破談何容易,所以這條路短期看基本沒戲。

  除此之外是否有更好的解決思路,我覺得還是有。還是以交通來類比,從鄉(xiāng)間小道到高速公路,從自行車到飛機火箭,這是一個立體式的交通,滿足不同的需求,不會在高速路上既跑牛車又跑飛機,也不會出現(xiàn)一個人在坐飛機的同時還得趕牛車。

  通訊也類似,有靜止有移動,有快速有慢速,有寬頻也有窄帶,不同需求在不同時間不同空間組合,不同的方案去實現(xiàn)。

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