为什幺说 4G 之后再也没有 5G 了?

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为什幺说 4G 之后再也没有 5G 了?

在开始这个话题之前先说说无线通讯的历史

为便于大家理解,先从终端侧开始,也就是大家平常使用的手机开始,这样大家比较容易理解,毕竟大多人只是用手机,至于通讯网无线网是怎幺回事并不清楚也不关心。但是通讯网路是为了支撑你应用的,没有后面的通讯网无线网支撑,你的手机与一块砖头没啥区别。而且手机端的需求,套用比较时髦的话就是你的痛点,会影响通讯网的发展方向。所以从这里开始说起,相信大家比较容易理解,毕竟大多数人不是通讯专家。

还记得 BB call、大哥大吗,以前看香港电影里面黑社会老大后面都有一个拿电话的小弟,那电话跟砖头似的,很大很笨重,那就是大哥大,那叫一个威风一个羡慕啊。当然再早之前的手摇电话、磁石电话,大部分人大概都没有见过实物,只是在战争电影里见过,到现在我们手机能上网、看电影、能拍照、能导航,几乎无所不能,这几年的通讯发展尤其是无线通讯的发展,速度之快。以前看似科幻影片中的情形,现在在我们身边实现了,电子科技是人类发展最快的一个产业,短短 100 多年的发展历程超过我们想像。

为什幺说 4G 之后再也没有 5G 了? 当年的大哥大

从最初 1973 年美国摩托罗拉公司发明模拟无线通讯,推出了世界上第一台无线通讯终端,也即是上面说的大哥大,到后来的功能机,以 NOKIA 为代表,到现在的苹果推出的智慧手机时代。终端的功能越来越强大,已不再是单纯的打电话,而是一个个人行动终端,随时随地实现行动网路连线。终端的更新换代也越来越快,今天 3G 明天 4G,新名词、新概念、新技术似乎天天都有,逼得我们手机用户也要经常换新机,否则就跟不上时代了。

前几年苹果 4 出来体验了一把 3G 的高速资料服务,说实话经常连不上,速度也没有宣传的那幺快,流量费还经常超标。这不刚用没几年,又说要上 4G 了,还记得 3G、4G 宣传上的那个人脸对比图吗?给大家看看,多幺夸张。

为什幺说 4G 之后再也没有 5G 了?

那 4G 快到人脸部皮肤都变形了。自从 4G 发牌后,网上就流传着这样一个段子:

可见这速率多快。结果 4G 很多人还没用上,现在又开始宣传 5G 了,这更新换代也太快了。5G 号称的上网速度比 4G 还要快上千倍,这速度估计不敢想像,下载一部电影大概要秒杀了。

当年 NOKIA 就是趁着这波大潮迅速崛起,成长为一个全球瞩目的大型公司,全球通信界的大哥大。写到这里想起之前看网路的一个节目:一中国老兄 1993 年花了 1.7 万人民币买了一部大哥大,但这不是最贵的,最贵的是又花了 1.75 万才上得了网,也就是说他为了能用这部电话,总共花了 3.45 万。1993 年的 3.45 万那是多大的金额呀。

但是随后的几年,使用过手机的都知道,除了在更小、待机长、一些花边的山寨特色功能等上面做做文章外,没什幺革命性的功能出现。这时候的手机基本是比价格,中国更是这擅长这些,深圳华强北满大街打造手机的,各家的手机已经差不多,无论是功能还是品质,基本没什幺本质区别。

这个时候买手机的选择标準就是谁便宜买谁。当时的很多手机厂家已经转产关门,更有业界龙头公司甚至说要卖掉终端不再进入这个领域,因为大家觉得手机已经没什幺可玩的,除了拼价格拼成本外,已经很难挣到钱了。

直到苹果智慧手机的出现,贾伯斯让全世界人民忽然眼前一亮,贾伯斯是个真正的高手,让大家赫然发现手机原来还可以这幺玩,还能提供这幺多的功能。智慧手机的出现促进了行动网路的发展,这之后行动网路才真正开始,由于行动网路的发展,原先的无线通讯网路显得落后了,因为原先的无线通讯网路主要是为语音服务的,也就是为了打电话用的,资料及上网能力很弱。这个时候就必须要升级无线通讯网路了,否则你的手机又变成一块砖头了。关于无线通讯网路发展,我们在后面的网路篇幅中详细介绍。

说实话,你的手机很容易变砖头,因为涉及的环节很多,任何一个环节出现问题,你的手机就会变成砖头,不要觉得奇怪,事实就是如此。

由于终端的发展促进了行动网路的发展,行动网路的发展又逼迫无线通讯网路去进行升级换代,以支援更高的频宽、更高的速率,倒逼无线网路不断发展。而通讯网路的发展又促进了行动网路的发展,提供更多更好的服务,又促进终端变得更强大,相互发展相互促进形成良性迴圈,势头大好前途一片光明。

但是目前看,智慧手机的发展似乎也遇到了之前功能机一样的问题,已经没什幺革命性的功能出现了,随着技术的逐渐成熟,估计后续同质化会越来越严重,白菜价机器应该很快到来。

说完终端史我们来说说网路发展

这个是我们今日讨论重点,毕竟相对于网路,终端更简单更容易理解,大家天天在用,不需要费太多精力解释。

第一代类比无线通讯网路,也就是摩托罗拉公司搞的那个大哥大,70 年代横空出世,实在是很炫的。由于太早,可能很多人没用过。但可以肯定的告诉各位,这时的网路除了能打电话外什幺也做不了,不能发简讯,而且打电话的效果也不怎幺样,杂音大、多数情况听不清,因为容易受干扰啊;很多地方没讯号、基地台少啊;而且说不定高频收音机在附近,还能偷听到他打电话的内容,因为无法加密、保密性差啊。这就是第一代老古董玩意,虽然新奇也是划时代的产品,但是用起来真心不怎幺样,当时花高价买绝对不值。

后来的第二代数位通信网路 GSM 开始快速普及,GSM 是 1990 年代欧洲製订出来的第二代数位通讯标準,这个不同于之前的类比通信网路,是真正现代意义上的先进通讯网路,很先进。很多人第一次接触和使用的行动通讯系统就是这个。

为什幺说 4G 之后再也没有 5G 了?

2G 过后出现了 3G 网路的建设,这也是智慧手机出现、行动网路发展后对无线通讯网路的必然要求,必须提供更快更宽的资料业务,这就引出了无线通讯网为什幺需要不断升级、不断更新换代的原因。

这里我们也顺便同情一下电信商,被这些技术搞得也是疲于奔命,不断的升级换代,本来计划是投资一次受益十几年或者几十年,但是由于技术升级,刚建好没几年的网路又需要升级换代了。大家看看从 GSM 推出后,后面的 GPRS / EDGE,到后面的 3G、4G,不断的升级换代。

而且这 3G 技术还涉及不同的世界标準(有 CDMA2000、WCDMA、TDS-CDMA),电信公司也不容易,为了建好 3G 网路,需要建制 3 套不同标準网路,相当于投资了 3 倍的钱来营运这个 3G 网路。当然由于 WCDMA 标準在全球範围推广早且开放性好,取得发展上的先发优势,其他 2 个标準最后都没落了,电信商在 CDMA2000 及 TDS-CDMA 两个 3G 标準上的网路建设投入,差不多打了水漂,投资收益比超低。说起这个估计电信及行动哭晕在厕所,本来大家可以多发几个奖金的,结果全给了设备商、标準商了。

2013 年底中国发放了 TDD 4G 牌照,正式开始进入 4G 时代。

可惜 4G 没建多久,很多人估计还没来得及用上,没体验到 4G 是如何的快,5G 的概念就又喊得震天响了,现在最不爽的应该是电信商了。4G 刚投资建设完,又开始喊 5G 了,4G 建设投入一分钱收益还没见到,这幺下去我电信商不是为设备商白打工了,赚点钱全买设备了。

好了,终端及网路发展的历史基本说完了,大家对通讯发展有一个大致的了解,但是不要着急,我们还得说说技术层面,因为不讲技术就讨论不清楚我这个话题,也就不能得出我这个文章的结论。为什幺我会说「4G 之后没有明天」。

实际上目前我们使用的通讯技术,无论是电脑、晶片、光传输、无线调製、编码、摩尔定律等,这些新词虽然够炫够专业,但是这些技术背后使用的理论基础都是上个世纪五六十年代的理论,虽然发展了这幺多年,但是都没有突破这些基础理论,只是在这些基础理论上的技术优化。也就是说,现在的这些产品及技术,与上个世纪五六十年代的产品本质上没什幺区别,只不过技术上有了巨大进步,比原来的更小更快更精緻了。就像 100 年前的马拉松比赛,虽然我们穿的鞋更好了、路面更平整了、运动员跑的比以前快了,但是本质上还是人在跑步没变。

从类比通讯开始,无线通讯要传输讯号,都是透过在无线载波的基础上加上讯号源发送并接收,这就是无线通讯,无论资料业务还是语音,都是这幺传输的,这个本质几十年来一直没变。为了更容易解释理解,我们可以做个简单的类比,可以把一个无线载波看成公路上的一个车道,这个车道上跑着的汽车可以看作是我们需要发送并接收的资讯。

那幺为了要传输更多更快的资讯(增加频宽),不可避免的要增加车道上跑的车的数量(提高载波效率),同时大力增加车道数量(增加载波数)。这些在现有无线通讯中,都有对应的技术手段且基本已实现,类似于 FDD / TDD / OFDM 这些专业术语,就是为了增多车辆增加车道的手段,有兴趣的同学可以具体深入的研究一下。

但是这个方法管用吗?

车道上的车辆能无限增加吗,当车道上都排满了车,把道路变成停车场的时候,还能增加车的数量吗?显然是不能了。

那幺车道能无限增加吗?如果土地允许的话看来是可以无限加宽道路的,修个双向 100 个车道的道路也不是不可能。但是现实生活中土地资源是有限的,不可能这幺浪费资源去造路。那幺加层是不是可以更好的增加车道?一层二层三层,这个在城市中的高架路地铁算是了,增加一层,理论上可以增加一倍的车道数且不增加土地面积,看来是个不错的措施。

但是有一点还是有差异,车道只是物理位置或者高度上的不同,相互之间不会有干扰,也就是说只要国土面积够大高度够高,理论上你可以修无限多个车道、建无限宽的路;但是无线电波的资源是有限的,不同频率的无线电波类似于不同位置的车道,而且由于受无线电波传播特性的影响,能用于无线通讯的电波频率是有範围的,也就是说这个车道的总数是有限制的,不是无限的。既然是有限制的,那幺宽度就会受限,传输的速率就不可能无限增加,也就是在目前的理论基础下,我们的车道不能无限增加。

于是为了能跑更多的车,人们就想了很多的办法,比如编码压缩、TDD / FDD、OFDM、空分等,这些技术很好,也确实改进不少,但是不能本质上解决问题。就类似建高速公路,地面不够宽了,为了增加车道怎幺办呢,只能增加一层,如果需要继续增加车道那就再加一层,目前的无线通讯增加速率的方式基本类似于此。没办法,因为没有基础理论上的突破,所有的改进只是优化,不是变革,只能修修补补,本质上没有质的飞跃,无论 3G、4G 还是 5G。

但是现实生活中我们并没有看到 2 层、3 层的高速公路,少见的高架道路也都是在市区,且是比较繁华的市中心,这是为什幺?相信大多数人都能明白这个道理,就是成本的原因,修高架或者地下立体交通,成本太高了,普通路面增加交通运力的方式只能是增加车道。

但这有一个边际效应,当达到一定程度后,这样的增加就没有意义了,因为投入产出不划算了。这就是现实中我们没看到多层公路的原因。

可能有些人说这无所谓啊,反正实现都是由厂家去做,我只是使用,複杂不複杂我不关心,我只要好用就行了,确实如此。这里做个假设,如果我是一个房地产开发商,假如没有层高及技术上的限制,我修了一个 100 层的楼卖给你,你会不会要?

由于楼高容积率也高,价钱估计比周边普通住宅还会便宜点。但是你肯定不会要,为什幺?因为在目前我们的建筑安全等基础理论没有大的变化前、居家生活方式还是传统的情况下,住在这幺高楼层会存在很多问题。

这就是为什幺在基础理论没有突破之前,使用传统方式一定会走到末路的原因,一定会出现达到极限走不下去的情况。除非出现基础理论的突破,否则只会越来越困难。

还记得我们文章前面说过的话吗?你的手机很容易变成石头。因为随着系统越来越複杂,实现环节越来越多,你手机变石头的可能性只会越来越高。相信大家都有这个体会,我们在还有讯号可以打电话的时候,却没有 3G、4G 的讯号,不能上网。

那幺有没有方案来解决这个问题?

目前看还是有。

这些基础理论的突破会彻底改变现有通信的方式,就像现在汽车在地上跑,你可以改为在天上飞,还可以在多维空间平行世界里穿梭。本质都改变了,那之前所有的问题都不是问题了。

但是基础理论从上个世纪五六十年代被发现到现在,基本没什幺新的理论诞生了,要想突破谈何容易,所以这条路短期看基本没戏。

除此之外是否有更好的解决思路,我觉得还是有。还是以交通来类比,从乡间小道到高速公路,从自行车到飞机火箭,这是一个立体式的交通,满足不同的需求,不会在高速路上既跑牛车又跑飞机,也不会出现一个人在坐飞机的同时还得赶牛车。