為什麼說4G之後再也沒有5G了?

【編者按】Reky zhou,C114所屬通信人家園論壇網友。本文發於C114中國通信網。關於文中涉及的網路模式,可以參考雷鋒網文章:為什麼我們都在用「閹割」的手機?


『在開始這個話題之前先說說無線通信的歷史』


為便於大家理解,先從終端側開始,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,至於通信網無線網是怎麼回事並不清楚,也不關心。但是通信網路是為了支撐你應用的,沒有後面的通信網無線網支撐,你的手機與一塊磚頭沒啥區別。而且手機端的需求,套用比較時髦的話就是你的痛點,會影響通信網的發展方向。所以從這裡開始說起,相信大家比較容易理解,畢竟大多數人不是通信專家。


還記得BP機、大哥大么,以前看香港電影裡面黑社會老大後面都有一個拿電話的小弟,那電話跟磚頭似的,賊大賊笨重,那就是大哥大,那叫一個威風一個羡慕啊。當然再早之前的手搖電話、磁石電話,估計大部分人沒有見過實物,只是在戰爭電影裡面見過,到現在我們手機能上網看電影能拍照能導航,幾乎無所不能,這幾年的通信發展尤其是無線通信的發展,速度之快超出了我們的想象。以前估計是科幻影片中的情形,現在我們身邊實現了,電子科技是人類發展最快的一個產業,短短100多年的發展歷程超過我們想象。


(當年的大哥大)


從最初1973年美國摩托羅拉公司發明模擬無線通信,推出了世界上第一台無線通信終端,也即是上面說的大哥大,到後來的功能機,以NOKIA為代表,到現在的蘋果推出的智能機時代。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,隨時隨地實現移動互聯接入。終端的更新換代也越來越快,今天3G明天4G,新名詞、新概念、新技術似乎天天都有,逼得我們手機用戶也要經常換新機,否則就跟不上時代了。


前幾年蘋果4出來體驗了一把3G的高速數據服務,說實話經常連不上,速度也沒有宣傳的那麼快,流量費還經常超標。這不剛用沒幾年,又說要上4G了,還記得3G4G宣傳畫上的那個人臉對比圖嗎?給大家看看,多麼誇張。


那4G快得人臉部皮膚都變形了。自從4G發牌后,網上就流傳著這樣一個段子——


「4G環境下,如果你睡覺時忘記關流量了,第二天起來房子就歸移動了。」


可見這速率多塊。結果4G我還沒用上,現在又開始宣傳5G了,這更新換代也太快了。5G號稱的上網速度比4G還要快上千倍,這速度估計不敢想象,下載一部電影估計要秒殺了。


從技術角度來講,第一代模擬通信大哥大到數字通信GSM那是有革命性的技術飛躍的,模擬通信抗干擾差,機器集成度及智能化都不高,號稱的大哥大可以砸死人就是說它太大太笨重了。到了數字通信時代的GSM,代表性的如NOKIA手機,由於當時的電腦技術及軟體技術都有了很大提升,集成度也大大提高,手機已經做得非常的小巧精緻,而且由於數字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得以迅速發展普及。


想當年那手機賣得那叫一個火啊,NOKIA就是趁著這波大潮迅速崛起,成長為一個全球矚目的一個牛叉公司,全球通信界的大哥大。


寫到這裡想起之前看浙江台一個節目:一老兄93年花了1.7萬RMB買了一部大哥大,但這不是最貴的,最貴的是又花了1.75萬才入了網,也就是說他為了能用這部電話,總共花了3.45萬。93年的3.45萬那得是多有錢啊。


但是隨後的幾年,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,沒啥革命性的功能出現了。這時候的手機基本是比價格,國內都是造手機的,深圳華強北滿大街造手機的,各家的手機已經差不多,無論是功能還是質量,基本沒啥本質區別。這個時候我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轉產關門,更有業界龍頭公司甚至說要賣掉終端不再進入終端,因為大家覺得手機已經沒啥可玩的,除了拼價格拼成本外,已經很難掙到錢了。


直到蘋果智能機的出現,喬布斯讓全世界人民忽然眼前一亮,喬布斯是個真正的牛人,覺得手機原來還可以這麼玩,還能提供這麼多的功能。智能機的出現促進了移動互聯網的發展,這之後移動互聯網才真正開始,由於移動互聯網的發展,原先的無線通信網路顯得落後了,因為原先的無線通信網路主要是為語音服務的,也就是為了打電話用的,數據及上網能力很弱。這個時候就必須要升級無線通信網路了,否則你的手機又變成一塊磚頭了。關於無線通信網路發展,我們在後面的網路篇幅中詳細介紹。


說實話,你的手機很容易變磚頭,因為涉及的環節很多,任何一個環節出現問題,你的手機就會變成磚頭,不要奇怪,事實就是如此。


由於終端的發展促進了移動互聯網的發展,移動互聯網的發展又逼迫無線通信網路去進行升級換代以支持更高的帶寬、更高的速率,倒逼無線網路不斷發展。而通信網路的發展又促進了移動互聯網的發展,提供更多更好的服務,又促進終端變得更強大,相互發展相互促進形成良性循環,勢頭大好前途一片光明。


但是目前看,智能機的發展似乎也遇到了之前功能機一樣的問題,已經沒啥革命性的功能出現了,隨著技術的逐漸成熟,估計後續同質化會越來越嚴重,白菜價機器應該很快到來。


『說完終端史我們來說說網路發展』


這個是我們今日討論重點,畢竟相對於網路,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。


第一代模擬無線通信網路,也就是摩托羅拉公司搞的那個大哥大,70年代橫空出世,在但是是很炫很牛叉的。由於太早,在我們國家估計建網規模很小,除了上面提到的浙江台採訪的那位老兄93年花3.45萬體驗過,估計很多人沒用過,包括筆者我在內也只是聽說過沒見過。但我可以肯定的告訴各位,這個網除了能打電話外啥也干不了,不能發簡訊,而且打電話的效果也不咋地,雜音大,多數情況聽不清,因為容易受干擾啊;很多地方沒信號,基站少啊;而且說不定你整個高頻收音機在附近,還能偷聽到他打電話的內容,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品,但是用起來真心不咋地,3.45萬花的絕對不值。


後來的第二代數字通信網路GSM開始在我們國家快速普及,GSM是1990年代歐洲人搞出來的第二代數字通信標準,這個不同於之前的模擬通信網路,這個是真正現代意義上的先進通信網路,很先進。我們很多人第一次接觸和使用的移動通信系統就是這個。


而同一時期對應的美國人搞出來的標準是CDMA,這也是2G時代的通信標準,當時的中國聯通使用的是CDMA標準,而移動建設的是GSM網路,由於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使用範圍大,這也是當時為啥聯通干不過移動的一個原因。


2G過後出現了3G網路的建設,這也是智能手機出現、移動互聯網發展后對無線通信網路的必然要求,必須提供更快更寬的數據業務,這就引出了無線通信網為啥需要不斷升級、不斷更新換代的原因。


這裡我們也順便同情一下運營商,被這些技術搞的也是疲於奔命,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,但是由於技術升級,剛建好沒幾年的網路又需要升級換代了。大家看看從GSM推出后,後面的GPRSEDGE,到後面的3G4G,不斷的升級換代。


而且這3G技術還涉及不同的世界標準(有CDMA2000,WCDMA,TDS-CDMA),運營商也不容易,為了建好3G網,需要建3套不同標準網路,相當於投資了3倍的錢來運營這個3G網路。當然由於WCDMA標準在全球範圍推廣早且開放性好,取得發展上的先發優勢,其他2個標準最後都沒落了,運營商在CDMA2000及TDS-CDMA兩個3G標準上的網路建設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,本來大家可以多發幾個獎金的,結果全給了設備商、標準商了。


後來的4G標準雖然做了統一,避免了重複投資,但是也分TDD及FDD兩種制式,FDD-LTE是全球4G的主流標準,TDD-LTE更適合熱點密集地區的布網。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年底中國發放了TDD 4G拍照正式開始進入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的是如何的快,現在5G的概念也喊得震天響了,估計現在最不爽的應該是運營商了。4G剛投資建設完,你們又開始喊5G了,我4G建設投入一分錢收益還沒見到啊,這麼下去我運營商不是為你設備商白打工了,掙點錢全買設備了,我還玩個P啊。實際設備商也不容易,但是這個不是我們今日的話題,這個以後另貼討論。


好了,終端及網路發展的歷史基本說完了,估計大家對我們通信發展有了一個大致的了解,但是不要著急,我們還得說說技術層面,因為不講技術就討論不清楚我這個話題,也就不能得出我這個文章的結論。為什麼我會說「4G之後沒有明天」。


實際上目前我們使用的通信技術,無論是電腦、晶元、光傳輸、無線調製、編碼、摩爾定律等,這些新詞雖然夠炫夠專業,但是這些技術背後使用的理論基礎都是上個世紀五六十年代的理論,雖然發展了這麼多年,但是都沒有突破這些基礎理論,只是在這些基礎理論上的技術優化,也就是說,現在的這些產品及技術,與上個世紀五六十年代的產品本質上沒啥區別,只不過技術上有了巨大進步,比原來的更小更快更精緻了。就像一百年前的馬拉松比賽,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,但是本質上還是人在跑步沒變。


從模擬通信開始,無線通信要傳輸信號,都是通過在無線載波的基礎上加上信號源發送並接收,這就是無線通信,無論數據業務還是話音,都是這麼傳輸的,這個本質幾十年來一直沒變。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送並接收的信息。


那麼為了要傳輸更多更快的信息(增加帶寬),就不可避免的要增加車道上跑的車的數量(提高載波效率),同時大力增加車道數量(增載入波數)。這些在現有無線通信中,都有對應的技術手段且基本已實現,類似於FDD/TDD/OFDM這些專業術語,就是為了提高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,還能增加車的數量嗎?顯然是不能了。


那麼車道能無限增加嗎?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。但是現實生活中土地資源是有限的,不可能這麼浪費資源去造路。那麼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於不同位置的車道,而且由於受無線電波傳播特性的影響,能用於無線通信的電波頻率是有範圍的,也就是說這個車道的總數是有限制的,不是無限的。既然是有限制的,那麼寬度就會受限,傳輸的速率就不可能無限增加,也就是在目前的理論基礎下,我們的車道不能無限增加。


於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,這些技術很好,也確實改進不少,但是不能本質上解決問題。就類似建高速公路,地面不夠寬了,為了增加車道怎麼辦呢,只能增加一層,如果需要繼續增加車道那就再加一層,目前的無線通信增加速率的方式基本類似於此。沒辦法,因為沒有基礎理論上的突破,所有的改進只是優化,不是變革,只能修修補補,本質上沒有質的飛躍,無論3G、4G還是5G。


但是現實生活中我們並沒有看到2層、3層的高速公路,能看到的很少的高架路也都是在市區,且是比較繁華的市中心,這是為啥?相信大多數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,普通路面增加交通運力的方式只能是增加車道。


說到這裡,相信大多數人都明白了,所謂的3G、4G、5G,說白了就是通過不斷地增載入波數量來提高帶寬,而為了增載入波數量,付出的成本越來越高,技術難度也成指數級增加,設備也越來越複雜,要求的集成度可靠性越來越高。


但這有一個邊際效應,當達到一定程度后,這樣的增加就沒有意義了,因為投入產出不划算了。這就是現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,反正實現都是由廠家去做,我只是使用,複雜不複雜我不關心,我只要好用就行了,確實如此。這裡做個假設,如果我是一個房地產開發商,如果沒有層高及技術上的限制,我修了一個100層的樓賣給你,你會不會要?


由於樓高容積率也高,價錢估計比周邊普通住宅還會便宜點。但是你肯定不會要,為啥?因為在目前我們的建築安全等基礎理論沒有大的變化前、居家生活方式還是傳統的情況下,住在這麼高樓層會存在很多問題。


這就是為什麼在基礎理論沒有突破之前,使用傳統方式一定會走到末路的原因,一定會出現達到極限走不下去的情況。除非出現基礎理論的突破,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。因為隨著系統越來越複雜,實現環節越來越多,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,我們在還有信號可以打電話的時候,卻沒有3G4G的信號,不能上網。


所以我認為4G、5G的忽悠該結束了,尤其是運營商該換換建網思路了,因為這麼走下去只會死路一條,沒有出路。另外勸從事4G、5G設備研發的同事也該換換思路了,因為說不定你很快會失業了。


『那麼有沒有方案來解決這個問題?』


目前看還是有。


首先一條,如果要從本質上解決這個問題,必須有基礎理論的突破,比如類似於量子通信裡面的量子糾纏態等。


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


但是基礎理論從上個世紀五六十年代被發現到現在,基本沒啥新的理論誕生了,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,也不會出現一個人在坐飛機的同時還得趕牛車。


通信也類似,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。

關於這個話題,希望有機會再單獨開貼專門討論。

雷鋒試用
即日起,點擊「閱讀原文」可免費申請試用 樂心血壓計i5(WIFI版) 申請成功即可免費獲得該產品

- 熱門文章閱讀 -

微信ID:leiphone-sz
長按左側二維碼關注


---
資料來源:為什麼說4G之後再也沒有5G了?
如果內容有不適當或對出處有疑慮,請立即通知客服中心
Facebook留言板
您可能有興趣
客服信箱 客服信箱
一則未讀訊息
發訊息給線上客服