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《經濟學人》:再無6G ,5G將是移動技術進化的終點
《經濟學人》:再無6G ,5G將是移動技術進化的終點
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鈦度要點:哪怕“物聯網”添加幾十億個在電波中交流的數碼設備,5G的技術基礎都能夠提供如此之多的潛在帶寬,以至于使未來幾代的移動網絡成為多余。確實,一些網絡建筑師希望5G就是這一發展歷程的終點。他們表示,此后的一切,都只不過是一些進化性改進。



大約每隔十年左右,就會出現新一代的移動網絡。第一代移動電話始于1980年左右,當時還是依靠模擬技術來實現。而當1991年第二代出現的時候,整個移動網絡開始走上數字化軌道。到2001年,第三代技術用高效的分組交換替代了過時又笨重的線路交換。大約在2010年,第四代移動網絡大規模地采取IP技術,使移動設備能夠通過寬帶接入互聯網。每一代技術的革新都為我們帶來了新的頻帶,使網絡的速度更快。人類不滿足于僅僅傳遞聲音,也越來越關注流動數據。


近來,無線運營商們已經開始思考5G網里應該包含些什么。隨著外界重量級企業(如谷歌和臉譜網)威脅到他們美好的生意,一種緊迫感也隨之襲來。如果移動運營商內部能夠達成一致,則5G網有望在2020年準備就緒。


這樣想可能有點太過狂妄,畢竟未來幾年5G還有待爭論。國家運營商和電信公司認為5G與他們自身的幸福息息相關,而政策制定者和倡導者則要為這一技術進行游說。然而,人們還是看到了希望的火光。5G與之前的幾代移動技術不同,它是真正的全球標準——旅行者在世界任何地方都可以使用自己的手機,免去了到達之后購買本地SIM卡換在手機里的麻煩。


我們期望從5G得到什么?現階段,關于5G我們能夠肯定的幾點之一就是——如果它要迎合社會需求,實現無處不在的即時連接。那么,5G網絡的延遲期(即反應時間)必須達到大約1毫秒。今天,兩個設備通過4G網絡開啟交流的速度大約為50毫秒,而在仍然普遍應用的3G網中,這一速度為500毫秒。


即使4G也遠遠不夠快。例如,4G網絡下,云端系統無法傳輸緊急指示指揮無人駕駛汽車穿過交通流。4G也達不到在遠程會議中提供即時語言翻譯的速度,更不用說在救死扶傷的手術中遙控指揮手術刀。很多即時無線應用的最大延遲期不得超過1毫秒。


另一個關鍵要求是數據速率,它要求初始速率至少是1Gbps(一千兆比特/秒),隨后則是幾Gbps。只有在這樣的速度下,移動用戶才能夠將超高分辨率(即4k和8k)的視頻傳輸到手機和平板電腦上。


今天,以LTE技術為基礎的4G網,按照配置和通信量的不同,速度能達到10~100Mbps(兆位/秒)不等。大多數移動運營商仍然在推行他們的LTE服務,只有幾家已經開始安裝最先進的LTE-Advanced設備,(即真正的4G,與運營商假裝成品的不成熟版本相對應)。據稱,LTE-A的最高比特率達到了1Gbps。但是,在現實中,其速率更有可能是250Mbps。


那么5G網與最理想的4G網相比,又有多大改善呢?這很難說。然而,考慮到我們目睹的以往幾代的十倍進展,5G的平均下載速度達到1Gbps還是比較現實的。如果技術隨著時間逐漸成熟,其速度達到10Gbps也有可能。這樣的無線速度甚至超出了目前互聯網和家庭高清電視所用光纖的極限。


載波聚合和MIMO天線,這兩項技術對于LTE-A的大幅增速功不可沒。雖然不屬于新技術,但兩者在5G的實現中都有望發揮重要作用。


對于載波聚合來說,它一反僅僅收集附近最強信號的做法,可以從許多當地基站收集信號增加下載速度。這些不同的頻道通常位于頻譜上不同的波段,頻率也不同,卻可以組合成一根粗管。與其他的可能設備相比較而言,它能夠更快地傳輸數據。在LTE-A中,多達5個20MHZ帶寬的分量載波能夠會合成一個100MHZ寬的載波。


考慮到頻譜的全球稀缺性,大多數移動電信公司已經在盡可能的地方搶斷了頻率。結果,這些頻譜區域相鄰的概率少之又少。幸運的是,有了載波聚合,移動運營商不僅能夠提升數據速率,還能夠將不相鄰的頻譜段連在一起。當5G 5年多后在更擁擠的無線世界開始服務時,這一點會更加重要。


MIMO(多輸入多輸出)技術幾乎一樣。它的工作原理是通過兩個或更多的天線傳輸兩個以上數據流,同時,接收天線處理的并非最強的信號,而是所有輸入信號。有人已經將它比作用多條小巷的公路代替只有一條小巷的鄉村土路。今天在MIMO應用中,發送和接收方都會使用3或4條天線。但是如果將兩端天線數增加到幾十條,幾百條呢?這會極大地提升下載速度,并且能夠更高效地利用可用頻譜。


然而,那一條頻譜到底是哪一條卻有待決定。今天的無線設備在擁擠的700MHZ~2.6GHZ無線電頻率運行。但也不是說,5G一旦閃亮登場,今天4G甚至3G網用到的大塊頻譜就會立即閑置起來。還會有幾百萬沒有立即升級到最新設備的用戶(至少未來幾年之內可能不會),移動運營商將不得不繼續為他們提供遺留服務。


對于5G而言,顯而易見的解決辦法就是從今天的特高頻轉移到3GHZ和30GHZ之間的超高頻波段,或者30GHZ到300GHZ之間的極高頻波段。目前包括衛星電視,微波中繼連接,航空雷達,射電天文學和業余無線電都在使用這些稀薄頻段(也因波長被稱為毫米波)。在世界上大多數地區, 60GHZ左右的一段頻譜都被劃歸公共使用。隨著最新802.11ad標準的出現,WIFI一族計劃開發免執照的60GHZ波段,用于家庭內部特高清視頻的傳輸。在典型配置中,802.11ad在適度距離內發送速度超過了6Gbps。


然而,凡事總有弊端。它的一個弊端就是,如此極端的頻率容易被墻甚至周圍移動的人阻擋,同時還導致空氣中氧分子產生共振,從而易被氧氣吸收。(盡管只有在100米之外的地方,吸收才會比較嚴重。)但是,如果在70GHZ及以上頻率,空氣吸收問題就完全消失了。據說,芬蘭的一家網絡基礎設施公司——諾基亞在實驗室短距離的70GHZ實驗中,達到了115Gbps的速度。 所有的一切都表明,5G需要的是離用戶較近而不是離蜂窩塔較近的基站。恰好,這樣的基站已經成為一種趨勢。目前,比WIFI調制解調器還要小的微細胞蜂窩,已經主要被用在建筑物內來解決移動接收能力差的問題。為了滿足5G的需要,需要在現有的蜂窩基站之間建立數百個蜂窩接入點來填補空白。很少有人注意到附在燈桿和建筑物四邊的小天線盒子,更不要說對它們的出現表示反感了。在建立新的蜂窩塔時,這是常有的事兒。


想想真是誘人,哪怕“物聯網”添加幾十億個在電波中交流的數碼設備,5G的技術基礎都能夠提供如此之多的潛在帶寬,以至于使未來幾代的移動網絡成為多余。確實,一些網絡建筑師希望5G就是這一發展歷程的終點。他們表示,此后的一切,都只不過是一些進化性改進。想的挺美!但是,過去用別的方法教會我們,哪怕最富智慧的預言家都將敗在未來的手里。

【本文來源于經濟學人雜志,由譯言/落雪進行編譯 】


2015-08-23 08:47

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