5G通訊根本連規(guī)格都還沒定！漫談報導中的謬誤與謎團與技術(shù)發(fā)展史

　　作者 Ralph Yang，曾任聯(lián)電集團新興電子董事長特助及耀文電子總經(jīng)理，現(xiàn)已退休。

　　本文以輕松的筆調(diào)來談 5G 網(wǎng)絡技術(shù)基本概念，以及報導中常出現(xiàn)的誤解與謎團，分享給各位讀者參考。

　　謠言農(nóng)場里說的 5G 到底是啥?

　　網(wǎng)絡“謠言農(nóng)場”充滿故作聳動的新聞，有些單純是為了賺稿費， 有些則是有經(jīng)濟甚至政治目的。 例如有一篇文章說：某強國的 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。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 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，但是實務上旗艦機現(xiàn)在使用的芯片只能做到 CAT5， 所以最高理論值只能達 下載 / 上載 = 300/75 Mbps 。

　　未來的 5G ，理論上它的下載速度應該至少要達 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 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，先來談談“物理單位”的重要性。

　　我與另一位諾貝爾獎得主都主張， 學生考試時只要答案的“單位”對， 就給 90% 分數(shù)， 至于數(shù)字是否算對只占 10% 分數(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 10,000 安培”這類可笑錯誤。文科的電視播報員也常常喜歡說：

　　“臺風風速高達 100 公里”， 或“風速 60 公尺”，其實那是非常非常嚴重的錯誤。正確應該說：“風速 每小時 150 公里”或是“風速 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 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)進入 2018 時，對文科記者及諸多麻瓜們，將是一種嚴重虐待。因為我很確定“5 年”內(nèi)一定會有一個移動電話機型，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 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。

　　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， 認為可以永遠使用的 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 64/128 臺手機。效率比 AMPS 高 8/16 倍，成本低收入高，使全世界運營商因而大賺錢。

　　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， 認為可以使用千秋萬世的 GSM 技術(shù)。高速數(shù)據(jù)流，使手機傳送照片成為主流。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 個手機通話， 實務上視環(huán)境約為理論的 70 -- 80%， 比 2G 高 2-3 倍，所以運營成本更低，運營商利潤更高。語音質(zhì)量規(guī)格數(shù)學上雖然與 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)學上采用 FD 或 TD 傳輸量是完全一樣的。實務上經(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 , 當然就沒有那種手機， 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。使人類進入手機分享短片的時代。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)又一直不能順暢運轉(zhuǎn)，所以現(xiàn)在運營商都是讓客戶用 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。 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元的吃到飽費率。這個金額使其 ARPU 接近運營成本， 獲利可能漸漸減少。所以我預測，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 理論上應該是約 1000Mbps 以上。但是 4G 的理論極限是 1200Mbps =1.2Tbps 所以 5G 速度應該是 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 有標到 10MHz ，與飛地 5MHz 兩塊，1800MHz 有標到 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都要有足夠 CAT 等級的 CA 功能，例如都是 CAT5。 CAT5 是 iPhone 及旗艦機主流， CAT8 是技術(shù)極限。

　　bit (比特)

　　是位 ，就是計算機二進制數(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) 如果有更強大 CRC LCC 則可能達 每 Byte 9-10bit。

　　BPS Byte per second 每秒傳送文數(shù)字數(shù)

　　就是每秒可以傳送多少 Byte 文數(shù)字。 一般來說 128K bps 約當 16K BPS，因為 128K bps/8 =16 BPS。

　　ARPU Average Revenue Per User 平均每人貢獻值

　　運營上算出來的每人貢獻數(shù)， 約等于每人每月繳費數(shù)。這數(shù)字應大于 運營成本 / 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。

　　以上文字，觀念也許正確，但是數(shù)字是經(jīng)粗略計算及憑記憶順手捻來，可能不盡正確，看官引用時請自行查證。