未來中國5G技術(shù)爭奪戰(zhàn)中該如何占有一席之地

1月17日，華為創(chuàng)始人兼CEO在接受媒體采訪時提到：

5G實際上被夸大了它的作用，也被更多人夸大了華為公司的成就。因為我們跑得太快了，我們的年青人按捺不住自己的興奮，一直講啊講，就把事情夸大了。實際上現(xiàn)在人類社會對5G還沒有這么迫切的需要。人們現(xiàn)在的需要就是寬帶，而5G的主要內(nèi)容不是寬帶。5G有非常非常多的內(nèi)涵，這些內(nèi)涵的發(fā)生還需要更多需求的到來，還需要漫長的時期。不要把5G想象成海浪一樣，浪潮來了，財富來了，趕快撈，撈不到就錯過了。5G的發(fā)展一定是緩慢的。

華為一向被外界認(rèn)為是中國5G技術(shù)的領(lǐng)頭羊，也正因為華為在5G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，才遭到來自包括美國在內(nèi)的多國技術(shù)圍剿。任正非這段話，是想為華為爭取輿論空間，還是5G狂潮里的清醒反思？5G技術(shù)到底有多神奇？未來中國在這場技術(shù)爭奪戰(zhàn)中該如何占有自己的一席之地？

1

現(xiàn)有5G技術(shù)沒有那么神奇

當(dāng)年的一場“聯(lián)想投票門”，引起輿論的巨大關(guān)注，但也造成了很多人的誤解。比如把“編碼”炒得過熱，甚至把LDPC和Polar（5G編碼技術(shù)）等同于5G標(biāo)準(zhǔn)。實際上，編碼只是5G關(guān)鍵技術(shù)之一，而且在提升傳輸效率上還稱不上最關(guān)鍵的技術(shù)。

那么，5G關(guān)鍵技術(shù)有哪些呢？請看下圖。

（圖為5G關(guān)鍵技術(shù)）

就調(diào)制、編碼、多址、組網(wǎng)、多天線等方面看，很多是沿用老技術(shù)，而一些新技術(shù)不成熟、不可用，或者傳輸增益有限。

先來看編碼，被熱炒的LDPC和Polar，對系統(tǒng)效率的提升其實并不明顯。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，其主要意義在于實現(xiàn)了一個理論極限，代表了人類對自然界探索的里程碑，而對實用效率的提升意義有限。

再看多址接入方面，多址是移動通信的核心技術(shù)領(lǐng)域，第一代到第四代移動通信（即1G到4G）分別采用了FDMA、TDMA、CDMA和OFDM技術(shù)?，F(xiàn)在5G多址技術(shù)的主流看法是NOMA（國內(nèi)外設(shè)備商的各種五花八門命名的技術(shù)都是NOMA的修改版本）。

新的技術(shù)意義何在？

NOMA（非正交多址接入）是NTT Docomo于2014年9月首先倡導(dǎo)的。其思想是發(fā)射端不同的用戶分配非正交的通信資源。在正交方案當(dāng)中，如果一塊資源平均分配給N個用戶，那么受正交性的約束，每個用戶只能夠分配到1／N的資源。NOMA擺脫了正交的限制，因此每個用戶分配到的資源可以大于1／N。在極限情況下，每個用戶都可以分配到所有的資源，實現(xiàn)多個用戶的資源共享。

雖然理想很豐滿，但經(jīng)數(shù)學(xué)證明，NOMA路線的頻譜效率增益嚴(yán)格為零。

類似情況在4G時代也發(fā)生過。

在4G標(biāo)準(zhǔn)制定中，愛立信主推的SC-FDMA作為LTE的上行多址方案，是OFDM的一種變體。愛立信宣稱該方案能夠降低峰均比，降低對終端功放的要求。然而，之后的研究和實踐表明，SC-FDMA所帶來的對導(dǎo)頻設(shè)計的負(fù)面影響，甚至超過它的帶來的好處，其綜合性能還不如OFDMA簡單的削波方案。但即便如此，愛立信通過自身影響力，將SC-FDMA納入了4G通信標(biāo)準(zhǔn)專利。這種做法雖然增加了愛立信公司在4G標(biāo)準(zhǔn)的話語權(quán)，能夠收到更多專利費，但卻拉低了整個系統(tǒng)的運行效率。

再看多天線技術(shù)。5G宣傳的是超多天線技術(shù)（mass MIMO）。MIMO（多天線技術(shù)）是最近20多年的熱門議題，確實是有潛力的，是提高通信能力的一個方向。但通過多年研究發(fā)現(xiàn)，仍然難以實現(xiàn)從實驗室到市場的實用轉(zhuǎn)化，未能實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

至于原因，其實不難理解。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，多天線技術(shù)最初從軍事雷達(dá)領(lǐng)域而來，但轉(zhuǎn)入民用則面臨與天空完全不同的復(fù)雜地形等環(huán)境，難以控制成本就成了其商業(yè)轉(zhuǎn)化的命門。

就組網(wǎng)而言，CoMP相對于4G時代的SFR/MLSFR也幾乎是零增益，甚至可說是負(fù)增益。

再說一下前段時間被熱炒的時分雙工（TDD），前段時間，有文章稱“今天全世界的5G技術(shù)都是TDD技術(shù)”，然而，這種說法容易引起誤會，需要說明。

5G的藍(lán)圖中，用的并不是時分雙工，而是全雙工。

4G時代，TDD-LTE采用時分雙工，F(xiàn)DD-LTE采用頻分雙工。全雙工簡單的說就是集成了時分雙工和頻分雙工的優(yōu)點，實現(xiàn)魚和熊掌可以兼得。

【注：TDD指上下行傳輸采用同一個信道，主要優(yōu)勢在于收發(fā)間不會產(chǎn)生干擾、上下行信道切換靈活等；FDD采用兩個獨立的信道可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要優(yōu)勢在通信速度高、抗外部干擾性能更好等。】

只是，全雙工同樣停留在實驗室，無法商用。因此，仍然只能拿老技術(shù)——時分或頻分雙工湊合著用，而無法取得實質(zhì)性突破。

所以，在這些關(guān)鍵技術(shù)上，現(xiàn)在所謂的5G的技術(shù)升級沒有傳說中的那么神奇，很多新技術(shù)增益有限、或尚不成熟難以實用，部分專利甚至在技術(shù)上有“開倒車”之嫌。

正是因此，有人將現(xiàn)在的5G稱之為商用概念，而不是技術(shù)迭代，將之稱為4.9G。我們當(dāng)前與真正的“5G”，尚有距離。

2

為何運營商不甚熱心

說了這些提升有限、不成熟，但5G的網(wǎng)速是實實在在“肉眼可見”的提高，這是怎么做到的呢？

方法其實頗為“簡單粗暴”，就是擴大占用的頻段、加大投資基站的密度、提升芯片數(shù)據(jù)處理速度等手段。

以頻譜資源來說，5G準(zhǔn)備用1個G左右的帶寬。要知道，GSM（中國移動的2G網(wǎng)絡(luò)）整個移動才5M帶寬，3G是20M帶寬，4G是60M帶寬。

以此前愛立信的極限測試，網(wǎng)速的確驚人，測出高達(dá)20Gbps數(shù)據(jù)傳輸速率，但用了800M帶寬。

因此，不談細(xì)節(jié)，光看網(wǎng)速快慢，意義并不大。當(dāng)前5G條件下的高網(wǎng)速，很大程度上要拜大帶寬頻譜所賜。

這樣，問題就來了。低頻點頻譜非常珍貴，直接劃撥800M帶寬實在太奢侈。在國外，這樣的黃金頻率堪稱天價，運營商對此必須三思而后行。

那么，如果現(xiàn)在要部署5G，就必須用高頻。

但高頻的覆蓋能力差。低頻率（2G使用的頻率段）的頻譜資源衍射能力能夠覆蓋數(shù)平方公里，而高頻率（比如Wifi使用的頻率段）的頻譜資源衍射性通常不會超過一個20平米的房間。也就是說，用黃金頻率建1個基站，其覆蓋范圍可以媲美用高頻建N個基站。

實際上，美國的5G頻譜選的就是高頻。

2018年11月15日，美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）召開美國首次5G頻譜拍賣會，開啟28GHz毫米波5G頻譜（27.5-28.35GHz頻段，共計850MHz）拍賣。此前愛立信的測試也是在15Ghz這個點上前后開辟800M的寬度，即14.6到15.4Ghz之間的寬度。這些頻段資源超過了過去無線通信已經(jīng)使用過的頻段的總和——當(dāng)然，過去是在中低頻率頻段，而5G只能動用高頻率頻段。

現(xiàn)在5G使用高頻、采用毫米波小基站的發(fā)展路線，問題就在覆蓋很差，這將使最終覆蓋結(jié)構(gòu)非?！案腥恕?。按照現(xiàn)在宣傳的傳輸速率的標(biāo)準(zhǔn)，5G要覆蓋目前全球4G覆蓋的區(qū)域，基站數(shù)量至少是4G的5倍，也就是1500萬至2000萬個5G基站。

（圖為中國電信的5G基站）

這個建設(shè)成本可想而知。這也解釋了為什么運營商明知道5G是個“好東西”，卻不像大家想象中那樣熱心。

3

缺乏“殺手級”應(yīng)用

通信領(lǐng)域的發(fā)展，必須充分考慮其用戶對技術(shù)應(yīng)用的需求。

有種說法，聲稱5G主要不是給人用的，而是給“物”用的，也就是說5G將大大超出過去20年無線通信發(fā)展史中以大眾公共通信網(wǎng)絡(luò)為主業(yè)的范疇。

的確，目前全球宣傳5G的主線，即“萬物相連”或稱為“物物連接”。

不過這里卻有一個問題，目前所謂物物連接的很多場景，要么不需要5G，要么不敢信賴公眾性的無線通信。

雖然很多媒體在報道中將物聯(lián)網(wǎng)和5G“捆綁”在一起。但其實物聯(lián)網(wǎng)并非必須配合5G應(yīng)用。因為現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)主要是追求長壽命，設(shè)置一個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，肯定不希望1-2天內(nèi)就去更換一次，且大量應(yīng)用都是低速、小數(shù)據(jù)量的通信連接，用2G、3G、4G就行了。

以目前全世界最大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例——ofo自行車智能鎖為例。其使用的NB-IOT其實就是華為和中國電信北京公司合作出的簡化版、刪減版4G，且只需要用很小的通信容量。

無獨有偶，不久前，國內(nèi)運營商進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)芯片招標(biāo)，中標(biāo)斬獲大單的物聯(lián)網(wǎng)芯片用的就是2G。

所以，物聯(lián)網(wǎng)，至少當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)，和所謂萬物互聯(lián)，和5G沒有必然聯(lián)系。

而另一個被熱捧的應(yīng)用方向——無人駕駛，先不提無人駕駛技術(shù)本身是否成熟，即便是谷歌搞的無人車，也是“胖終端”的無人駕駛，接受信號而做出反應(yīng)的過程是放在車上。而把5G和無人駕駛聯(lián)系在一起的則是“瘦終端”模式，做出決策是在“遙遠(yuǎn)”的服務(wù)器，這種做法是存在極大隱患的。現(xiàn)有條件下，用5G網(wǎng)絡(luò)來搞無人駕駛，可以說是自找麻煩，人為創(chuàng)造了黑客頃刻間把現(xiàn)代社會徹底打亂的空間，這后果看看《速度與激情8》可知一二。

（圖片來自電影《速度與激情8》片段）

目前，人流超高密度區(qū)的通信需求，是5G可行的潛在應(yīng)用方向。此前曾出現(xiàn)十一黃金周期間，由于游客過于密集，直接導(dǎo)致杭州西湖附近的4G網(wǎng)絡(luò)癱瘓的狀況。為了應(yīng)對類似情況，中國移動開始力推4G基站密集組網(wǎng)。如果5G組網(wǎng)的性價比能夠優(yōu)于4G基站密集組網(wǎng)（當(dāng)然，現(xiàn)在5G在這方面控制成本的難度相當(dāng)高），這有可能成為當(dāng)下5G一個不錯的應(yīng)用方向。

因此，目前5G的“殺手級”應(yīng)用仍然在水面之下，需要交給時間去發(fā)掘。

4

4G+5G

Wifi傳輸速度這么高（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5G宣稱的速度），但無線電信運營商仍然能夠生存下來，這是為什么呢？

因為用戶對于普遍覆蓋（任何地點任何時間都能接入）的網(wǎng)絡(luò)是剛需，比較而言超高網(wǎng)速反而并非必需。

用戶在離開WIFI的情況下，必須也要有通信網(wǎng)絡(luò)。也就是說，在任何生活角落，都能保持信息連接，因為在最緊要的時候這個信息連接是能救命的。

而Wifi或者此前存在的WiMax做不到這一點，其只能覆蓋很小的領(lǐng)域，或者試圖覆蓋整個城市但效果卻千瘡百孔。WiMax也因此被LTE擊敗，連帶導(dǎo)致押寶WiMax的加拿大北電和摩托羅拉破產(chǎn)。

（圖為2009年1月14日加拿大多倫多北電網(wǎng)絡(luò)公司辦公樓前拍攝的北電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，兩天后公司宣告破產(chǎn)）

然而，按照現(xiàn)在5G毫米波小基站的發(fā)展方向，追求的主要是傳輸速率。原因如我們前面所說，5G需要建設(shè)數(shù)倍于4G的基站，才能以其現(xiàn)在宣傳的標(biāo)準(zhǔn)，要覆蓋目前全球4G覆蓋的區(qū)域，成本極其高昂，使得運營商缺乏足夠興趣。

因此，如果沒有行之有效的商業(yè)模式，運營商不具備建設(shè)一張普遍覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)的能力，那么這就偏離了用戶的剛需。

綜上，從基建成本和實際需求來看，建設(shè)覆蓋全國的5G網(wǎng)絡(luò)并不現(xiàn)實，也不必要。那么，5G組網(wǎng)就不能實現(xiàn)了嗎？

并非如此。

從技術(shù)上來說，4G和2G是非常成功的兩代技術(shù)，而5G處境和3G有些類似。正如過去2G+3G的組網(wǎng)模式，未來5G完全可以采用類似的組網(wǎng)模式。

由于5G不太可能形成一張普遍覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)，就必須采用4G來完成廣域覆蓋。事實上，3GPP就搞出了“4G基站為主+5G基站為輔”的組網(wǎng)方式，也就是用4G完成廣域覆蓋，5G基站建在大城市人流密集區(qū)域。這其實也是國外運營商選擇的主流組網(wǎng)方式。

這樣一來，既可以大幅減少5G基站高昂的建設(shè)成本，又能提升人口密集區(qū)域的網(wǎng)速。

5

理論創(chuàng)新突破至關(guān)重要

從1G到4G傳輸能力的提升，既有系統(tǒng)效率的提升因素，也有暴力堆砌的因素——依靠消耗頻譜資源、用性能更強的芯片和高額投資建設(shè)基站實現(xiàn)。

暴力提升的層面，前文已經(jīng)說明。

系統(tǒng)效率的層面，1G到2G提升較大，但3G的提升就小了很多很多。

當(dāng)年高通的宣傳，CDMA將提升增益18倍，之后發(fā)現(xiàn)沒那么高，但大家還認(rèn)為CDMA比TDMA可以高5-6倍，結(jié)果最終發(fā)現(xiàn)這個增益只高了10%。

（圖為美國高通公司，通過CDMA高通可以在全世界“收稅”）

而事實上5G的情況更加極端，對比以往歷次通信技術(shù)升級，其系統(tǒng)效率的提升不顯著，主要是靠暴力堆砌提升性能。

即便3G的提升有“吹牛”的成分，但CDMA相比TDMA還是有10%的提升。而在4G時代，也有SFR、OFDM、Alamouti等重大改進(jìn)，其中SFR還是中國工程師原創(chuàng)性技術(shù)。

SFR——軟頻率復(fù)用（SFR，Soft Frequency Reuse），被外國人用后改了個名字叫ICIC（Inter-cell Interference Coordination），翻譯過來是蜂窩（基站）間互相作用的協(xié)調(diào)。軟頻率復(fù)用在近十年已經(jīng)成為無線通信一個新增的大領(lǐng)域，現(xiàn)在運營商都有ICIC接口功能。SFR在實驗室條件下性能提升高達(dá)100%，即便是商用條件下實戰(zhàn)，最初的性能提升也有10%，相當(dāng)于從TDMA到CDMA的效率提升，進(jìn)一步的深化的MLSFR可以提升30%。

相比之下，由于4G充分運用過去幾十年的技術(shù)儲備，在很多方面已經(jīng)接近現(xiàn)有理論的天花板了，目前的5G在系統(tǒng)效率提升方面空間實在有限。

要想打破如今的局面，需要的是少一些商業(yè)的喧囂，靜下心來，搞理論創(chuàng)新突破。

因為人類科技的根本性進(jìn)步，都需要倚賴?yán)碚撏黄?，否則便永遠(yuǎn)只能是量的累積，無法實現(xiàn)技術(shù)迭代。

5G，也是如此，基礎(chǔ)理論的突破是必需。

6

中國是重要參與者

目前，5G在媒體宣傳和商業(yè)運作中，存在一定“神化”的風(fēng)險，往往會有“5G秒天秒地秒空氣”之感；另有一些媒體極力宣稱5G是中國主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，或5G是中國偉大創(chuàng)新。其實，這并不客觀。

在3G時代之后，全球通信廠商對高通一家獨大心有余悸，因而在之后的標(biāo)準(zhǔn)制定中，大家都在玩平衡，實現(xiàn)決不讓任何一家公司、任何一個國家一家獨大。就5G標(biāo)準(zhǔn)制定而言，中國當(dāng)然是一個重要參與者，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上“主導(dǎo)”。

有人會用中國的專利數(shù)量說事，但實際上，通信標(biāo)準(zhǔn)專利含金量高低相差很大。至少，我們在5G時代，也沒能實現(xiàn)高通在3G時代憑借核心專利全球征收“高通稅”的能力，甚至仍然需要承擔(dān)“高通稅”。這也從側(cè)面說明，專利數(shù)量尚沒能給中國帶來5G的主導(dǎo)地位。

中國在通信產(chǎn)業(yè)上的優(yōu)勢，是強大的國家決策執(zhí)行力，能夠集中力量，擁有三大運營商這樣能夠?qū)崿F(xiàn)“村村通”的國有企業(yè)，以及一批優(yōu)秀的通信設(shè)備整機廠和終端整機廠。

（圖為2018年4月2日印度士兵在中印邊境收到的中國聯(lián)通信號短信，這條被稱為“讓印軍崩潰的中國短信”，展示了中國通信基建的覆蓋能力）

但短板也很明顯，那就是核心器件尚受制于人，一旦核心器件被卡脖子，整個通信產(chǎn)業(yè)將遭遇重大的挫折和困難。

因此，當(dāng)下，動輒“中國主導(dǎo)5G”，“中國5G綜合實力最強”，未免有些過于樂觀。我們走在前進(jìn)的道路上，但道阻且長，腳踏實地不懈努力才可能讓我們真正實現(xiàn)心中的愿景。