浅谈5g通信技术论文

作者 | 高飞 编辑 | 周雅来源 | 赛博故事（cybergushi）引言：预言未来的一个好方法是回顾历史。对于通信产业内的人来说，其实是不太敢说5G重要在哪的。因为很多人都在3G/4G时代预言错了。中国5G牌照的发放，是2019年值得记录的一刻。未来回顾技术发展史，中国5G牌照的发放也必然载入史书。本次牌照发放，有两件事情特别值得讨论，第一个是时间，为什么是现在发放5G牌照；第二个词是应用，它将说明5G将创造何种价值。时间移动通信技术的发展，差不多每隔10年更新一代，2010年，讨论的是4G，2000年，热议的是3G。离2020还有半年，我们迎来了5G。技术虽然每十年一代，但是牌照的发放确不一定完全按照这个时间表来。这是通信技术的特质要求所致。我们经常会说技术（Technology）这个词，但是背后其实包了两种技术，一种技术叫做信息技术（IT），一种技术叫做通信技术（CT）。虽然后缀相同，但是这两种技术的发展路径是不同的。信息技术主要关注计算，小到我们用的办公电脑，大到用于做天气预测的高性能计算机。而通信技术主要关注连接，小到日常用的蓝牙耳机，大到随时在线的整个互联网。两种技术信仰的力量也不尽相同。IT技术信仰市场力量，拿建立标准来说。在IT产业，哪家公司的力量强，哪家公司就可以建立标准。比如微软打造了PC操作系统的标准，英特尔建立了个人电脑、服务器的CPU标准；苹果和安卓则建立智能手机的操作系统标准。IT公司发布新产品、新技术，一般是不需要其他人同意的。多数情况下，政府也不干预的IT市场的标准。相比而言，通信技术就不同。它要尊重两种力量，一个是市场力量，一个是政府力量。每一代通信技术的发展背后，也是无数通信公司研发、开发的成果，这是市场力量的部分。但是每一代通信技术的更迭，往往也包含了政府参与和政府间的博弈。这其中一个关键，是通信技术要使用政府所管理的资源，叫做频谱。无线通信技术，就是将我们要传递的信息编码之后，通过无线电波传输的技术，而无线电波是有频率的不同的，在不同的国家，不同的频率又有不同的用途。所以移动通信技术要想升级换代，必须要得到政府的频谱资源配合才行。下边这张图来自维基百科，说明了不同频率的不同用途，其中超高频，就是移动通信技术常使用的频段。这也说明了为什么频率规划需要政府同意，否则不同的服务，缺乏规划的跑在同一个频段上，就像马路上挤满了车辆一样，会塞车，容易出事故。牌照我们现在听的政府发放牌照，某种程度上，就可以大致理解为，政府同意你在某个频段开始建设、运营无线网络了。正因为政府掌管频率的使用，掌控牌照的发放，考虑一下本国产业利益也是难免的。比如在5G之前，3G/4G是非统一标准。不同标准，不同国家的产业资源和产业能力不同，这样政府就会倾向发放、或者倾向更早发放本国实力更强的通信牌照。我们以ABC三国举例。如果A国政府在任何标准能力都不强，就会相对推迟移动牌照的发放，给本国企业一点发展的时间。如果B国在某一项标准能力很强，那么该国可能会较早发放此标准的牌照；如果C国，在所有标准中所占的技术成分都比较高，或者在一个统一的标准中占的比例比较高，那么政府就会相对早发放（所有）移动牌照。对中国来说，在3G时代，我们是A国的情况，我们在所有标准的话语权都不太足；在4G时代，我们是B国的情况，因为咱们国家支持的是一个发展相对较慢的TD-LTE标准；在5G时代，我们现在是就C国的情况，相信原因大家都懂。但是通信技术，又不是纯粹的竞争关系，而竞争又合作。因为通信技术的本质是连接。既然是连接，就要考虑不同国家、不同地区、不同设备的连接，所以互操作性特别重要。由于形成国际标准，需要不同国家的参与讨论，所以知识产权也相对分散，技术使用是你中有我，我中有你的关系。工信部的5G牌照预公告也说，咱们的5G是自主创新加开放合作，就是这个道理。应用因为贸易战的关系，和3G/4G时更多是通信产业内的人关心牌照发放不同，现在全社会都在关注这项技术进步，而且说起来5G好像是一场革命一样，谁能掌握先机，就能领先一个时代。5G为什么这么重要呢？大概是这么三个原因：1、特朗普说它重要全球知名推特博主特朗普无数次将5G作为国家竞争要素去定义，这让人不得不觉得它重要。2、历史证明它会很重要预言未来的一个好方法是回顾历史。对于通信产业内的人来说，其实是不太敢说5G重要在哪的。因为很多人都在3G/4G时代预言错了。当年3G/4G出现的时候，很多人说它很重要，因为当时好像意味着手机可以看电视或者打视频电话了，听起来很革命的样子；很多人又说它不重要，因为拿手机看电视或者打视频电话可能会撞到电线杆。最后这两拨人都预言错了，3G/4G之所以重要，是因为之后的iPhone开启了移动互联网时代，重新用智能手机定义了手机。尽管预测很难，但是大家都对一件事有共识，既然3G/4G能催生出一个移动互联网产业，5G肯定也能催生出一个新产业，虽然这个所谓的“新产业”是什么很难说，但它一定能催生“新产业”毫无疑问。3、有个定律证明它必然很重要第2个理由虽然论据很充分，但是证明逻辑不完整。不过有一个定律似乎可以证明5G必然有价值，那就是麦特卡夫定律（Metcalfe's law，或者叫梅特卡夫定律）。维基百科是这样定义的，它是一个关于网络的价值和网络技术的发展的定律，由乔治·吉尔德于1993年提出，但以计算机网络先驱、3Com公司的创始人罗伯特·梅特卡夫的姓氏命名，以表彰他在以太网上的贡献。内容是：一个网络的价值等于该网络内的节点数的平方，而且该网络的价值与联网的用户数的平方成正比。听起来有点绕口，但是意思其实很简单，就是一个网络的用户越多，那么这个网络和网络个体价值就越大。大家可以看下便这张图加深理解：当网络节点越多，它们互相之间的连接数量会成几何基数上升。比如两台设备，会有一种连接方式，5台电话就有10种互联方式，12个电话就有66种连接方式。而2/3/4G的发展，也充分证明了我们的连接数越多，网络价值确实越大。2G时代，网络还要靠拨号，那时候上网设备是PC，每年几千万台的出货量，连接了每一个办公室，当时是互联网经济；3G/4G时代，有了智能手机，每年上亿的出货量，连接了地球上的所有人，就衍生了市场价值更大的移动互联网经济。而在5G时代，一个很重要的技术特性就是能够以高带宽、低延时，连接可能千百亿数量计算的万物，这里的万物包括一部汽车、一台电灯，一个钥匙，一幢大楼，甚至通过“智能指环”连接一头牛，一只羊。有了这样的网络，我们将会看见什么样的未来？1G时代的人很难预言iPhone，2/3G时代的人，也无法预言微信/抖音，但是我们知道，必然会有未知的杀手级应用在5G时代等着我们，因为网络规模决定一切！问题尽管5G意义重大，但是我们也不能对5G过于乐观。因为前途光明，道路曲折。移动互联网时代，发轫3G，但是大成于4G。建设新一代移动通信网络也耗资巨大，动辄以千亿计算，5G的技术复杂性，让它的实施成本也更高了。5G的发展，需要运营商网络。但是历史同样告诉我们，虽然运营商建设了网络，但是受益每一次移动通信技术红利最大的并不是运营商，微信属于腾讯，抖音属于字节跳动。建设者，未必是收获者，甚至一旦财务平衡不好，成为殉道者也未尝可知。机遇但是历史同样告诉我们，这些问题，与新一代通信技术所能创造的机遇比起来，一切都是值得的投入。5G就像我们物理世界的公路、桥梁、水利、电网一样，建设它可能成本巨大，但是一旦这个新的数字基础设施建成，整个社会都将受益于它的网络效应。就像3G/4G而来的微信已经改变了我们的工作，沟通方式。海外的IHS Markit和高通的一份《5G经济》报告预测，到2035年，5G将在全球创造万亿美元经济产出，创造2200万个工作岗位。中国的中国信通院报告说，从2020到2025年，5G商用将直接带动中国万亿元人民币的经济总产出，间接带动经济总产出约万亿元人民币。更重要的是，到2025年，5G将直接为中国创造超过300万个新的就业岗位。这些数字无疑将覆盖和超越网络建设的巨大成本。5G的真正意义就在于此，它不止是技术的升级换代，它还将决定我们未来10年的生活、工作。5G会创造新世界。

5G是第五代移动通信，5G相比于4G，可以提供更高的速率、更低的时延、更多的连接数（支持更多的用户接入）、更快的移动速率、更高的安全性以及更灵活的业务部署能力。用户体验的速率 最高可以达到2Gbps，比如下载一部高清电影只需要几秒钟。

首先来介绍一下5G：5G网络是第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达每8秒1GB，比4G网络的传输速度快数百倍。举例来说，一部1G的电影可在8秒之内下载完成。5G的技术原理是：三星电子通过研究和试验表明，在28GHz的超高频段，以每秒1Gb以上的速度，成功实现了传送距离在2Km范围内的数据传输。此前，世界上没有一个企业或机构开发出在6GHz以上的超高频段实现每秒Gb级以上的数据传输技术，这是因为难以解决超高频波长段带来的数据损失大、传送距离短等难题。三星电子利用64个天线单元的自适应阵列传输技术，使电波的远距离输送成为可能，并能实时追踪使用者终端的位置，实现数据的上下载交换。超高频段数据传输技术的成功，不仅保证了更高的数据传输速度，也有效解决了移动通信波段资源几近枯竭的问题。在5G电信网络的架构设计中，目前有一种新的构建思想，就是使得庞大的接入网更加集中化，更加协作化（这里和集中化不矛盾，集中化指相对分布各处的射频单元的管理更加集中，而协作化指基带处理设备的交互更加密切，更多能够承载核心网的既有功能，使得更贴近射频前端，信令迂回的路由更短，相对更加扁平），更加“云”化，甚至更加“绿”化（绿化指的是功耗的降低，更加节能），这样的好处也是显而易见的，相对于控制面信令的处理而言使得信令交互时延降低，更加契合未来移动通信系统对于低交互时延的需求。同时，相对业务层面而言，对于负荷的分担，资源最大化利用都是比较理想的网络结构设计，这对于现实中的潮汐话务效应也能找到比较合理的解决方案，同时对于运营商一直头疼的厂家license受限问题也能一定程度上缓解。站在网络安全备份的角度，单基带节点断了以后，还可以通过云化的基带进行备份。不过，对于将基带设备集中式的布放到一个物理机房中也存在运维中的安全风险（尽管这样可以节省基站机房，但是后续可能会增加传输机房），比如机房断电，以前只影响一个基站的覆盖，而现在有可能影响一大片的基站覆盖，影响更大。