5G 通訊根本連規(guī)格都還沒定!漫談報導(dǎo)中的謬誤與謎團(tuán)與技術(shù)發(fā)展史
謠言農(nóng)場里說的 5G 到底是啥?
網(wǎng)絡(luò)“謠言農(nóng)場”充滿故作聳動的新聞,有些單純是為了賺稿費(fèi), 有些則是有經(jīng)濟(jì)甚至政治目的。 例如有一篇文章說:某強(qiáng)國的 5G 技術(shù)已經(jīng)在測試中,技術(shù)領(lǐng)先世界。這些說法也許正確,但很可笑,可笑程度如同某國說要領(lǐng)先載人登陸火星一樣。
因為 5G 并不是一個規(guī)格或一種協(xié)議。 而是泛指任何傳送速度比 4G 快 10 倍的技術(shù)。任何人做研究或提建議都是可以的。但是要等確定規(guī)格后做出 IC,然后才能做成手機(jī)。所以正在測試中與已經(jīng)商業(yè)化,不是只差 18000 公里而已。
想要比 4G 速度快 10 倍,先要知道 4G 到底有多快。4G 的速度是有史以來最撲朔迷離的,因為它具有可以無限擴(kuò)展的特性。它的最高速尚未確定。
4G 用 OFDMA 調(diào)制法,每 1MHz 帶寬約可以毛傳送 9Mbps,凈傳送 7.2Mbps ,如果采用載波融合 CA 技術(shù)的話,只要湊滿 25MHz 帶寬,下載速度就可以達(dá) 180Mbps 。 所以如果給它 50MHz 帶寬,就可以傳 360Mbps。但是如果給它無限帶寬,由于 CAT8 技術(shù)的限制,極限速度是 下載 1200 Mbps 上載 600Mbps,但是實務(wù)上旗艦機(jī)現(xiàn)在使用的芯片只能做到 CAT5, 所以最高理論值只能達(dá) 下載 / 上載 = 300/75 Mbps 。
未來的 5G ,理論上它的下載速度應(yīng)該至少要達(dá) 3000 -- 12,000Mbps 以上。也就是 3 -- 12Gbps。才能號稱有 10 倍快。天啊,Gbps 都出來了!而且 4G 還越來越快。將來如果 CAT8 芯片量產(chǎn)成功,4G 速度會升至 12000Mbps 即 1.2Gbps , 那 5G 豈不是要達(dá) 12Gbps 才能算是 10 倍快,也就是約 1.5GBPS,這樣的速度,每 3 秒就可以可以傳一張 DVD 電影了。
好笑的是,當(dāng)年研發(fā) 4G 即第 4 代 LTE 的那群人很自大, 自稱 LTE 是終極技術(shù)。 因為 LTE 是 Long term Evolution 的縮寫。 意思是“子孫萬代代香火永流傳”因為它是積木式結(jié)構(gòu), 速度及功能可以永遠(yuǎn)迭加發(fā)展下去。
單位正確很重要
要講清楚 5G 是啥前,先來談?wù)?ldquo;物理單位”的重要性。
我與另一位諾貝爾獎得主都主張, 學(xué)生考試時只要答案的“單位”對, 就給 90% 分?jǐn)?shù), 至于數(shù)字是否算對只占 10% 分?jǐn)?shù)。數(shù)字在同一個數(shù)量級內(nèi)都是算對, 例如如果精確答案是 47.3 的話,那些答 31、35、50 都一樣是對的。 這是高加索白種人的普世見解, 但是蒙古族亞洲人則相反, 很重視小數(shù)字的正確卻忽略單位是否正確。
其實單位才是物理世界的一切。因為能答出單位是 公里、 公尺、噸、公斤、牛頓、安培、伏特 安培、焦耳、高斯, 比數(shù)字是 107 10.7 還是 0.107 重要多了。
如果“國中”時老師有灌輸正確“單位”觀念,電視播報員就不會再說:“那高壓電高達(dá) 10,000 安培”這類可笑錯誤。文科的電視播報員也常常喜歡說:
“臺風(fēng)風(fēng)速高達(dá) 100 公里”, 或“風(fēng)速 60 公尺”,其實那是非常非常嚴(yán)重的錯誤。正確應(yīng)該說:“風(fēng)速 每小時 150 公里”或是“風(fēng)速 150 公里 / 小時”。只差一點嗎?是天地與地之差。就如同問小孩幾歲, 他答說點心很好吃一樣。如果說 :“新竹離臺北 150 公里”“汽車時速,每小時 130 公里”就對了。至于是 158 還是 151, 對理解問題本身并不重要。
90% 的黑手級公司老板或官員常常會信口說:
A 產(chǎn)品產(chǎn)量占全國出貨量的“百分之 40%”。其實這是極為嚴(yán)重的錯誤。西方人算術(shù)雖笨,但是絕對不會犯這種錯誤的。我猜他是想表達(dá) A 產(chǎn)品占全國出貨量的“40%”或 A 產(chǎn)品占“百分之四十”。 因為精確講 ,他們口中的“百分之 40%”數(shù)學(xué)上是等于 40/100/100= 40/10000 = 萬分之 40。 數(shù)值相差 100 倍
回到 5G
移動電話技術(shù)進(jìn)入 2018 時,對文科記者及諸多麻瓜們,將是一種嚴(yán)重虐待。因為我很確定“5 年”內(nèi)一定會有一個移動電話機(jī)型,它是采用“5G”時代的通訊協(xié)議,內(nèi)裝 5GB DRAM 易失存儲器,以及 5GB Flash 不揮發(fā)內(nèi)存,它會使用 5GHz 微波頻率來通訊,它的數(shù)據(jù)傳輸速度是 5Gbps,它的重量是 150g。
這真是驚人的世紀(jì)巧合啊!
1. 第五代通訊協(xié)議 5th G (5th generation 第 5 代)
2. 五十億個字符 5GB (Byte 拜特)
3. 五十億個位 5Gb (bit 比特)
4. 五十億次 / 秒 5GHz (Hertz = 赫芝 = cycle/sec = 周 / 秒)
5. 150 公克重 150g (Gram 公克)
注: 以下都是純數(shù)字, 沒有單位。
1T =10^12= 1,000,000,000,000
1G =10^9= 1,000,000,000
1M =10^6= 1,000,000
1K =10^3=1000
5th Generation (第五代通訊協(xié)議) 怎么來?
要講 5G 就要從 1G 談起,1G 其實是謚號, 因為當(dāng)時不知道未來還有 2 3 4 5G,所以是卒以后才封謚的。
1G:數(shù)據(jù)速度:無,只有語音,語音流量越當(dāng) 9.6 -- 64Kbps 的數(shù)據(jù)
移動電話剛發(fā)明時是使用模擬技術(shù) AMPS,卒謚第一代, 它的技術(shù)與 AM 調(diào)幅、FM 調(diào)頻廣播及古代無線電對講機(jī)一樣, 都是模擬調(diào)制技術(shù)。一個基地臺只能供 8 個人同時使用。頻率資源很不經(jīng)濟(jì)。
2G:數(shù)據(jù)速度:GSM 各代速度不同,為 9.6 -- 384Kbps
世界上上有 3 種 2G 技術(shù), 歐洲的 GSM、美國的 CDMA、日本的 NTT。
歐洲人發(fā)展出令人驕傲, 認(rèn)為可以永遠(yuǎn)使用的 GSM 技術(shù)。將美國的 CDMA 技術(shù)完全打倒,日本 NTT 的數(shù)字技術(shù)雖然很好, 但因怕技術(shù)被日本人壟斷所以沒有其他國家采用,
第二代 GSM 技術(shù)使 Motorola 眾多專利一夜間變成一文不值。GSM 除了將語音數(shù)字化外,同時導(dǎo)入跳頻與分時技術(shù)。分時可以讓同一帶寬被 8 或 16 個人分享,跳頻則可以克服復(fù)路徑傳輸問題,解決訊噪比間歇劣化的問題。也因而使一個基地臺可以同時服務(wù) 64/128 臺手機(jī)。效率比 AMPS 高 8/16 倍,成本低收入高,使全世界運(yùn)營商因而大賺錢。
3G:數(shù)據(jù)速度:各代速度不同 64Kbps -- 21Mbps
使用的是美國 Qualcomm 公司的 WCDMA“寬帶帶散普”技術(shù),它不但具有所有 GSM 的優(yōu)點, 還可以用 GSM 的 10 倍速度傳送數(shù)據(jù),徹底打倒歐洲人自以為傲, 認(rèn)為可以使用千秋萬世的 GSM 技術(shù)。高速數(shù)據(jù)流,使手機(jī)傳送照片成為主流。也引出 WhatsApp 、LINE 、SKYPE 等新時代通訊軟件。
3G 數(shù)據(jù)速度:384K-21Mbps
3G 技術(shù)有兩種。
第一種 3G 全世界各國都使用,是美國 Qualcomm 公司的 FD-WCDMA 調(diào)制方式。同一個基地臺可以處理 256 個手機(jī)通話, 實務(wù)上視環(huán)境約為理論的 70 -- 80%, 比 2G 高 2-3 倍,所以運(yùn)營成本更低,運(yùn)營商利潤更高。語音質(zhì)量規(guī)格數(shù)學(xué)上雖然與 GSM 一樣, 但實際上可靠度稍差,通話常常會卡卡的。所以 3 大公司都會將語音降級至舊的 2G ,新的 3G 只做資料流傳送。而有一家新來的, 它只有 3G 沒有 2G 可降,實務(wù)上就很慘。
第二種 3G 是中國廠商“大唐”稱自行研發(fā)成功,其實那是德國西門子公司 Siemens 在競比技術(shù)時落敗的 TDS-CDMA 技術(shù)。這種技術(shù)全世界只有中國使用。
其實這兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)傳送速度都比 2G 的 GSM 快 10 倍,都可自稱為第三代技術(shù)。它們都是利用“寬帶散譜”技術(shù), 只是一個靠“FD 分頻”做雙工通話,一個靠“TD 分時”做雙工通話, 數(shù)學(xué)上采用 FD 或 TD 傳輸量是完全一樣的。實務(wù)上經(jīng)過 1 年在真實環(huán)境測試后發(fā)現(xiàn) FD 比較穩(wěn)定,所以中選。中國是 FD、TD 兩種都各發(fā)一張執(zhí)照,被指定發(fā)展 TD 的那一家就很慘, 因為市面上沒有那種 IC , 當(dāng)然就沒有那種手機(jī), 如果樣樣都要訂制化, 會很累。上次分到 GSM 而賺爆的錢都要吐出來。反過來上次分到 CDMA 而很慘的那家,后來因分到 FD-WCDMA 而大賺 3 年。
4G:數(shù)據(jù)速度:10 -- 1200Mbps
基本上 4G 是使用 LTE 的“CA 載波融合”技術(shù)而影響可傳送帶寬,視不同的“CAT 等級”下載 / 上傳 速度可以由 10/5Mbps 逐步升高到 1200/600Mbps。 LTE 技術(shù), 上傳時采用 WCDMA, 下載時采用 OFDMA 正交調(diào)制法,也就是夭折的 WiMAX 使用的那種技術(shù),它可使數(shù)據(jù)傳送數(shù)度比 3G 快 10 倍,使電影片傳輸蓬勃發(fā)展。使人類進(jìn)入手機(jī)分享短片的時代。但是如果想傳送 HDTV 甚至 4K 影片就會使它的速度顯得太慢, 于是人類又開始期待速度更高的 5G 新科技。
任何比 3G 快 10 倍的通訊協(xié)議都可以自稱為第四代, LTE 因為不適合語音通訊,而 VoLTE 技術(shù)又一直不能順暢運(yùn)轉(zhuǎn),所以現(xiàn)在運(yùn)營商都是讓客戶用 4G 收發(fā)高速數(shù)據(jù), 通話時則降級至 3G 甚至 2G。 所以臺灣地區(qū)有一家新來的公司,只標(biāo)到 4G 頻率,卻沒有 3G、2G 頻率,只好要找有 3G 、2G 的公司合作。卻被拒絕,只好與那家只有 3G 的公司合并,可惜原來的 3G 覆蓋就不佳,又沒有 2G 可退, 所以經(jīng)經(jīng)營很累。
幸好近幾年 WhatsApp、LINE、SKYPE、Messenger 等通話軟件技術(shù)發(fā)達(dá)。 用 4G 通話已不是問題, 只是電訊商原有的語音、簡訊都已賺不到錢。只能每月收大約人民幣132元的吃到飽費(fèi)率。這個金額使其 ARPU 接近運(yùn)營成本, 獲利可能漸漸減少。所以我預(yù)測,在一場 3 年的惡性競爭后132 元吃到飽一定會被取消。132元頂多一個月給 4-8GB 流量, 是 4G Byte 哦, 不是 4G BPS 也不是 4G bps, 更不是 4G Byte/s 或 4G bit/s 哦。
5G:數(shù)據(jù)速度:1000-12000Mbps
任何數(shù)據(jù)傳送速度比 4G 快 10 倍的通訊技術(shù)都可以自稱第五代。由于移動電話的專利都被 Motorola、Nokia Qualcomm、Broadcomm、Samsung、Faxconn 等公司所壟斷。新進(jìn)者很痛苦, 研發(fā)時發(fā)現(xiàn)到處都是地雷, 所以有很多公司都希望趁 4G 碰到瓶頸時, 找出新的調(diào)制及通訊協(xié)議來避開現(xiàn)有的專利網(wǎng),找出新的高速通訊方式,就如同當(dāng)年 GSM 完勝 AMPS,WCDMA 大敗 GSM, LTE 打敗 WCDMA 一樣。希望 5G 也能大敗 LTE。
所以現(xiàn)在 歐洲、美國、中國、日本、韓國或任何國家和地區(qū)都可以自稱正在研發(fā)或測試 5G 通訊中,大家也真的都很努力研究測試中, 但是沒有人知道它的技術(shù)規(guī)格是什么 ! 因為目前為止確定的規(guī)格只有一個,就是要比 4G 快 10 倍。 要比 4G 速度快 10 倍,先要知道 4G 有多快, 4G 現(xiàn)在市面上的極速約 80-128Mbps 左右,所以 5G 理論上應(yīng)該是約 1000Mbps 以上。但是 4G 的理論極限是 1200Mbps =1.2Tbps 所以 5G 速度應(yīng)該是 12T bps。
名詞解釋
CAT 8 Catagory 8
第 8 代 CA 技術(shù)。
CA Carrier Aggregation 載波融合
就是可以將相同或不同頻段的帶寬合并使用。例如 900MHz 有標(biāo)到 10MHz ,與飛地 5MHz 兩塊,1800MHz 有標(biāo)到 10MHz 一塊,就可以將 3 個合并為 25MHz 使用。傳送 180Mbps , 但前提是基地臺與手機(jī)都要有足夠 CAT 等級的 CA 功能,例如都是 CAT5。 CAT5 是 iPhone 及旗艦機(jī)主流, CAT8 是技術(shù)極限。
bit (比特)
是位 ,就是計算機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù) 是 0 或 1 的最基本狀態(tài)。
bps bit per second 每秒傳送位數(shù)
就是每秒傳輸幾個 bit , 例如 128K bps 就是一秒傳送 128,000 個位。也就是 128Kbit/S。
Byte (拜特)文數(shù)字
它是“字符”的意思, 代表一個 A-Z 或 0-9 的文數(shù)字,一般情況下, 每字符 (Byte) 內(nèi)含 8 個位 (bit) ,如果有除錯碼時,每字符內(nèi)含 9 個位 (bit) 如果有更強(qiáng)大 CRC LCC 則可能達(dá) 每 Byte 9-10bit。
BPS Byte per second 每秒傳送文數(shù)字?jǐn)?shù)
就是每秒可以傳送多少 Byte 文數(shù)字。 一般來說 128K bps 約當(dāng) 16K BPS,因為 128K bps/8 =16 BPS。
ARPU Average Revenue Per User 平均每人貢獻(xiàn)值
運(yùn)營上算出來的每人貢獻(xiàn)數(shù), 約等于每人每月繳費(fèi)數(shù)。這數(shù)字應(yīng)大于 運(yùn)營成本 / 總有效用戶數(shù),才能永續(xù)經(jīng)營。
OFDMA
Orthogonal Frequency Division Multiple Access 正交頻分多址調(diào)制技術(shù)。詳如附 URL。