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汪詰
10月31日上午，工信部副部長(zhǎng)陳肇雄在2019年中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)開(kāi)幕式上，宣布5G商用正式啟動(dòng)。就在同一天，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信分別在各自的官方App公布了5G套餐的資費(fèi)情況，起步價(jià)格128元每月，最低包含30GB的5G流量。11月1日，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信三大運(yùn)營(yíng)商5G商用套餐正式上線。這意味著，中國(guó)5G正式進(jìn)入商用階段。
5G已經(jīng)發(fā)展到今天，但我們依然可以看到各種各樣唱衰5G、說(shuō)5G是偽需求的文章。真的很想感慨一句，如果5年前談?wù)?G是不是偽需求還可以稱為觀點(diǎn)之爭(zhēng)，這都到了9012年了，還在爭(zhēng)論這個(gè)話題，在我看來(lái)就是缺乏科學(xué)思維了。
本文將從技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)層面闡述5G并不是偽需求的觀點(diǎn)。
在移動(dòng)通訊領(lǐng)域，每推出新一代技術(shù)，都意味著一次革命性的技術(shù)改變。按照一般人的理解，5G作為新一代的無(wú)線通信技術(shù)，最主要的特點(diǎn)可以用9個(gè)字來(lái)概括，就是“速度快”、“并發(fā)高”和“延遲低”。雖然這樣的理解不能算錯(cuò)，但是不全面的。就拿速度來(lái)說(shuō)吧，世界各國(guó)都有4G網(wǎng)絡(luò)，但是速度卻很不一樣。網(wǎng)速最快的新加坡，可以達(dá)到46.6兆，但是印度的4G網(wǎng)絡(luò)，平均就只有6兆左右了。
所以，我們需要回歸到科學(xué)原理的層面上來(lái)理解5G才行。所有的移動(dòng)通信都是基于電磁波進(jìn)行通信，電磁波的波長(zhǎng)乘以頻率等于光速。因?yàn)楣馑俸愣ú蛔�，所以，知道了波長(zhǎng)就等于知道了頻率，反之亦然。因此在我后面的講述中，不管我說(shuō)的是頻率還是波長(zhǎng)，其實(shí)都是等價(jià)的。你只需要記住一點(diǎn)：波長(zhǎng)和頻率成反比。
5G之所以能稱得上是新一代無(wú)線通信技術(shù)，最核心的技術(shù)叫做超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。這是一種全新的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以允許5G在超高頻的毫米波波段工作，同時(shí)可以確保以4G時(shí)代的10倍密度部署基站而不會(huì)出現(xiàn)頻譜干擾現(xiàn)象。更通俗地講，5G就是能夠擴(kuò)展到更高頻的通信波段，能夠利用好更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，能夠把基站建設(shè)得更密，也能夠把天線建設(shè)得更密集而不會(huì)產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。大家只要把握住“超密集”這三個(gè)字，就能理解5G的優(yōu)勢(shì)了�！八俣瓤臁�、“并發(fā)高”和“延遲少”這三個(gè)特征，都與“超密集”的架構(gòu)有關(guān)。
現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本抵達(dá)瓶頸了，隨著基站和天線密度的增加，同頻干擾現(xiàn)象就會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，速度就再也上不去了，這就是4G網(wǎng)絡(luò)在科學(xué)原理上的瓶頸。
新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)這個(gè)稱號(hào)，是5G全新的底層架構(gòu)所決定的。這個(gè)架構(gòu)就意味著5G突破了4G的瓶頸，在科學(xué)原理上是一次實(shí)質(zhì)性的技術(shù)進(jìn)步。
那么，這些技術(shù)上的進(jìn)步有沒(méi)有充分的市場(chǎng)需求呢？
這是在過(guò)去的幾年直至現(xiàn)在，都經(jīng)常被某些人所詬病的地方。根據(jù)2018年《中國(guó)寬帶速率狀況報(bào)告》中的數(shù)據(jù)，中國(guó)聯(lián)通的4G平均網(wǎng)速達(dá)到了20.42Mbit/s。很多人都覺(jué)得，4G網(wǎng)絡(luò)還有很大的潛力可挖，即便不能更快了，現(xiàn)在這個(gè)速度，看個(gè)電影，聽(tīng)個(gè)音樂(lè)，已經(jīng)是綽綽有余了，現(xiàn)在風(fēng)風(fēng)火火地建設(shè)5G，是不是個(gè)偽需求啊。
這里我要告訴你，這真的不是偽需求。5G之所以選擇在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)大力度推廣，一方面是因?yàn)?G的技術(shù)積累已經(jīng)可以滿足大規(guī)模商業(yè)推廣的需要了；另一方面，也是因?yàn)?G技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，也真的遇到了技術(shù)瓶頸，即便升級(jí)4G也很難解決。
比如說(shuō)，有些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的網(wǎng)友就抱怨說(shuō)：“為什么4G發(fā)展了這么多年，沒(méi)見(jiàn)速度提升，反而還越來(lái)越慢了？”這種網(wǎng)速變慢的感覺(jué)，還真的不是幻覺(jué)。而且越是人口稠密的地區(qū)，這種情況就越是明顯。因?yàn)橐粋�(gè)4G基站的帶寬，是要平均分給所有用戶的。現(xiàn)在流量資費(fèi)越來(lái)越便宜了，還有很多包月的策略，很多用戶就干脆不用寬帶了，直接用流量看視頻，這樣一來(lái)，帶寬一下子就不夠用了。那么，到底是什么制約著帶寬呢？
通俗地講，帶寬就是一個(gè)無(wú)線電信號(hào)用到的最高頻率和最低頻率之間的差。帶寬越大，無(wú)線電波能夠承載的數(shù)據(jù)量也就越大，這也就意味著網(wǎng)速越快。比如說(shuō)，中國(guó)移動(dòng)4G頻率，其中的一個(gè)頻段就是1880-1900兆赫，這個(gè)頻段就有20兆赫的帶寬。頻段決定了，帶寬就沒(méi)辦法擴(kuò)展了。如果想要增加帶寬，那就必須再開(kāi)辟一個(gè)新頻段才行。事實(shí)上，中國(guó)移動(dòng)在4G通信上就獲得了3個(gè)不同的頻段，除了剛才說(shuō)的，還有2320-2370兆赫以及2575-2635兆赫，這三個(gè)頻段的總帶寬是130兆赫。對(duì)于中國(guó)移動(dòng)來(lái)說(shuō)，這就是4G通信的帶寬瓶頸。
從信息傳輸?shù)男蕘?lái)講，4G的傳輸效率也已經(jīng)逼近了理論極限，難以進(jìn)一步提高了。這個(gè)理論極限叫做香農(nóng)極限，這是信息論的基礎(chǔ)理論，它描述了一個(gè)信道在一定的干擾環(huán)境下能傳輸數(shù)據(jù)的最大速率。所以，從4G的編碼技術(shù)層面，也幾乎沒(méi)有什么提升空間了。
除了帶寬問(wèn)題，4G面臨的另外一個(gè)痛點(diǎn)就是并發(fā)數(shù)問(wèn)題。如果你去現(xiàn)場(chǎng)看過(guò)體育比賽或者看過(guò)現(xiàn)場(chǎng)演唱會(huì)的話，你一定會(huì)有這樣的體驗(yàn)：“為什么體育場(chǎng)里的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)這么差呢？連個(gè)朋友圈兒都發(fā)不出去。”其實(shí)，如果你能等到散場(chǎng)之后再試試看，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，體育場(chǎng)里的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)一點(diǎn)兒都不差，別說(shuō)發(fā)朋友圈了，就是看電影都是嗖嗖的快。那剛才網(wǎng)絡(luò)不好是我的幻覺(jué)嗎？當(dāng)然也不是。那是因?yàn)樨?fù)責(zé)體育場(chǎng)這個(gè)區(qū)域的手機(jī)基站，支持不了那么多人同時(shí)連接，所以被擠兌得暫時(shí)罷工了。
目前應(yīng)對(duì)這種情況的唯一辦法是，讓移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提前按照會(huì)場(chǎng)的人數(shù)臨時(shí)部署車載移動(dòng)基站，用于解決臨時(shí)出現(xiàn)的通信擁堵問(wèn)題。
除了網(wǎng)速變慢和通信擁堵這兩個(gè)很明顯的民用需求以外，還有一個(gè)推動(dòng)5G商用化的巨大力量，那就是萬(wàn)物互聯(lián)的需求。實(shí)際上，普通老百姓聽(tīng)到5G首先想到的肯定是手機(jī)，但是5G從業(yè)人員，聽(tīng)到5G很可能首先想到的不是手機(jī)，而是Iot，也就是萬(wàn)物互聯(lián)。
萬(wàn)物互聯(lián)的低端版本名叫“物聯(lián)網(wǎng)”，水電煤氣公司可以遠(yuǎn)程查看我們家里的電表、水表和煤氣表，然后在支付寶上給我們發(fā)放電子賬單，這就是物聯(lián)網(wǎng)最貼近生活的應(yīng)用。現(xiàn)在，智能音箱、互聯(lián)網(wǎng)電視這些家電已經(jīng)非常常見(jiàn)了，那些可以遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)的電燈、空調(diào)之類的設(shè)備也早已失去了新鮮感。
但是大家應(yīng)該也注意到了，上面提到的這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，無(wú)一例外的只是把設(shè)備本身連入了互聯(lián)網(wǎng)而已。它們?nèi)匀挥幸粋�(gè)控制中心，這個(gè)中心，要么是一個(gè)人，要么是一個(gè)能暫時(shí)替代人的軟件。這些設(shè)備之間其實(shí)并沒(méi)有互聯(lián)。什么叫真正的互聯(lián)，用交朋友來(lái)打比方，如果我想通過(guò)你認(rèn)識(shí)一位新朋友，我只需要向你要來(lái)新朋友的微信號(hào)，然后加他好友，以后的事兒，就再也不需要你從中聯(lián)系了。這樣才是我和這位新朋友產(chǎn)生了互聯(lián)。
同樣的，5G技術(shù)就好比允許所有的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互相加個(gè)微信，或者拉一個(gè)群。聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備們可以湊到一起商量一下，看看怎么能把一件事兒做得更好。這個(gè)模式就是萬(wàn)物互聯(lián)。
萬(wàn)物互聯(lián)最典型的例子，莫過(guò)于自動(dòng)駕駛了。想象一下，如果一輛自動(dòng)駕駛汽車需要變更車道，而目標(biāo)車道上又勻速排滿了其他汽車，它就必須與目標(biāo)車道上行駛的其他汽車打個(gè)招呼，等其他汽車給這輛想要并線的汽車勻出一塊地方，這輛汽車才能開(kāi)進(jìn)來(lái)。現(xiàn)在，我們是通過(guò)打轉(zhuǎn)彎燈這種方式來(lái)向后方車輛傳遞自己想要變更車道的信號(hào)的。
如果換成自動(dòng)駕駛該怎么處理呢？采用老式的中心化調(diào)度車輛方法，比如依靠現(xiàn)在流行的打車軟件來(lái)控制，就需要發(fā)一個(gè)請(qǐng)求給控制中心，然后再由控制中心協(xié)調(diào)目標(biāo)車道上的汽車略微減速，從而給需要變更車道的汽車空出位置來(lái)。但是，發(fā)往控制中心的信號(hào)，一來(lái)一回就要花費(fèi)幾百毫秒，對(duì)于一輛時(shí)速120公里的汽車，1秒鐘就意味著幾十米的距離，由此帶來(lái)的安全隱患是自動(dòng)駕駛所無(wú)法接受的。
如果借助5G網(wǎng)絡(luò)，每一輛聯(lián)網(wǎng)的汽車就可以不通過(guò)控制中心中轉(zhuǎn)，甚至不通過(guò)5G基站，就能與身邊的車輛保持實(shí)時(shí)的通信聯(lián)系。每次通信，只需要1個(gè)毫秒就完成了。有時(shí)候你會(huì)看到某文章說(shuō)，如果自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)了，就再也不會(huì)有堵車和交通事故了，支撐他這個(gè)觀點(diǎn)的技術(shù)原理就是萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)。
說(shuō)句實(shí)話，目前我們的5G技術(shù)儲(chǔ)備，還遠(yuǎn)沒(méi)有到“萬(wàn)事俱備，只欠推廣”的那一步。還有很多實(shí)用性的難題等待解決。5G之所以在現(xiàn)階段轟轟烈烈地開(kāi)展民用化，真的是實(shí)實(shí)在在的需求驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。
年過(guò)三十的人，回顧一下歷史，應(yīng)該都會(huì)有和我一樣的感受。2000年后，互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)了我們的生活，于是，每個(gè)上班族進(jìn)入到斷網(wǎng)就等同于放假的時(shí)代。2013年前后，智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)了我們的生活，于是，我們走進(jìn)了不怕丟錢(qián)包，就怕丟手機(jī)的時(shí)代。
而即將到來(lái)的5G時(shí)代，將會(huì)是一個(gè)“萬(wàn)物互聯(lián)”的新時(shí)代。而且，我們會(huì)走進(jìn)一旦5G罷工，生活將變得一團(tuán)糟的時(shí)代。
（作者汪詰為科普作家）
