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杨学志:任总讲话,说明华为对5G有清醒的认识
关键字: 无线电技术5G发展5G需求移动通信未来发展华为任正非【文/ 杨学志】
无线通信产业已经发展了四代,目前正处于5G产业化前夕,是当下到一个最热的话题,5G如何发展,前景如何,是各个方面包括学术界、产业界、投资界以及政府都非常关心的。另外,中国已经启动6G研究的消息也见诸报端,未来无线通信产业如何发展,是不是会继续有6、7、8、9G,也引起了大家的关切。为了回答这些问题,我们首先简单地回顾一下无线通信产业发展的历史。
无线通信产业是由需求和技术两个轮子驱动前进的。早在1947年,贝尔实验室的科学家就提出了蜂窝通信的概念,其中的核心技术是频率复用和切换。基于这一概念,贝尔实验室于1978年研制出先进移动电话系统(Advanced Mobile Phone Service,AMPS),这就是第一代移动通信系统。AMPS是一个模拟通信系统,采用频分多址(FDMA)的复用技术,主要技术手段是滤波器,容易受噪声的干扰,语音质量较差。
随着集成电路技术的发展,第二代移动通信系统采用了数字技术,并采用TDMA和信道编码技术,使得通信系统向宽带化发展,语音质量得到了较大的改善。 其中欧洲制定的GSM系统非常成功,至今仍在广泛使用。
20世纪90年代互联网蓬勃发展,顺应这一时代要求,产业界制订了3G标准用以实现移动互联网。3G采用了高通公司开发的CDMA技术。CDMA一度被认为是一个神奇的技术,高通公司宣称CDMA的频谱效率可以达到AMPS的18倍,但是实践表明这个观点太过于浮夸了,CDMA存在自干扰问题,其频谱效率只比GSM高10%左右,并且3G的主流标准WCDMA的系统设计过于复杂,导致部署成本比较高,所以一直无法替代GSM系统。
第四代移动通信采用了OFDM技术,从根本上克服了CDMA的技术缺陷,并且简化了系统设计,成就了一代成功的移动通信系统。OFDM如何克服CDMA的缺陷,具体可以参考我的《通信之道-从微积分到5G》。
如果我们稍微总结一下,可以发现,1G发掘出了移动通信的巨大需求,但是采用了比较落后的技术体制,因此长不大。2G进行了数字化革命,从而获得巨大成功。3G是为了新出现的移动互联网需求而诞生,但是在技术上走了弯路,全球的3G业务都不是太成功;而4G回归了正确的技术路线,目前4G业务蓬勃发展。
随着4G的成功商用,按照无线通信十年一代的发展规律,产业界开始了5G的研发。按照业界目前的一般口径,5G在2020年左右开始规模商用。中国政府已经为5G分配了500MHz的频谱,三大运营商也已经在多个城市开展了商用实验,商用前的准备工作正在紧锣密鼓地进行。 很多人认为5G牌照会在年内(2019)发放。
对于5G的讨论,也要从技术和需求两条线来讨论。
无线通信技术体制
无线通信产业基本上可以用“端管云”三个字进行概括。 端就是终端,包括电脑, PAD,手机等。云就是存储在网络上的内容,如新浪、百度、淘宝的数据中心,而管就是连接终端和云之间的这条通道。
端管云
这条管道可以分为两段。一段是终端到基站(或者路由器),这段是无线通信,也叫空中接口;另一段是基站到云,是有线通信。 云都是挂在因特网上的,因此因特网是这条管道当中必经之路。 移动通信有核心网,基站首先挂在核心网上,再连接到因特网。核心网主要是起运营支撑作用,比如身份的识别,计费等等。 而另一个体系是大家都熟悉的WiFi,没有核心网,路由器是直接戳到因特网的。 这就构成了两大生态体系,也就是传说中的CT和IT,它们之间的合作与竞争将贯穿无线通信产业的走向。
在无线通信产业当中,空中接口这一段的产值,包括终端和基站,占绝大部分。如果做一个类比,通信网络可以类比人体的循环系统或这神经系统。 骨干网的部分可以类比中枢神经或者主动脉,虽然容量很大,但是只有几条。骨干网络的销售额不大,但是占据战略制高点;而空中接口部分相当于神经末梢或者毛细血管,数量庞大,占据无线通信产业的主要市场份额。
有线网络现在都光纤化了。光纤的发明是基于高锟的理论,他因此获得诺贝尔奖。 光纤的容量大,成本低,彻底改变了人类通信的面貌。最早的光纤线路的速率只有45Mbps,后来以令人乍舌的速度发展,目前一根光纤已经可以达到1Tbps。 而光纤要比同等长度面条便宜,这是真正的高科技。 早期光纤只用于骨干线路(比如北京和上海之间),随着成本的降低,目前光纤已经入户了。 由于光纤的存在,有线网络的主要工作在于怎么组织和利用光纤的容量,如IPV6,SDN等等,基本上是逻辑性的工作,总体来说是比较简单的。
空中接口部分就比有线网困难多了。在有线通信当中,信号在一个精心制造的介质里面传播,无论是铜线还是光纤,信号质量非常好,随便搞搞就能达到很高的速率。 而无线信号的传播环境就恶劣得多得多。 无线电波在传播过程中衰减很快,还受到建筑物、山体、树木的阻挡,很多时候需要经过反射或者穿透障碍物才能达到接收机。 并且,无线电波不是规规矩矩地沿着规定的路线走,会走到不希望的地方,造成对他人的干扰。 但是无线通信有一个好处,就是摆脱了线的束缚,可以拿着手机随便走,这种便利性是有线通信所无法比拟的。 所以尽管挑战很大,无数的研究者前仆后继,攻克无线通信当中的道道难关。
网络分层协议
刚才说的这些事,背后是网络的分层结构。比如上图就是一个网络的7层协议模型,非专业的读者不必深究,只需要知道网络是分层工作的就好了。 最底下的一层叫物理层,其他的可以和合并起来叫高层。 物理层是处理物理信号的,比如电或者是光,就是如何把信息转换成可以用来传输的电信号或者光信号。 物理层解决的是通信能力的问题,或者是带宽的问题。有了这么多的带宽之后,怎么组织和利用是高层要做的事。
这个和邮政系统非常类似。 物理层相当于运送信件或者包裹的方式,可以是马车,汽车、轮船、飞机,这提供了运送的能力。但是寄信的时候,我们要在信封上写通信地址,要跑到邮局交给柜台,后然分拣打包装车,到了目的地后要有邮递员送到收信地址,这些都是高层做的事情。
所以大家能看出来,通信网络的核心技术在物理层。当然高层也必不可少,但相对来说可以变化的空间不大。 如果说我们的邮政系统比以前先进,主要不是体现在邮局的布置上,而是运输方式的改进,以前是马车,现在改飞机了。虽说邮局也进步了,比如装了玻璃柜台,或者信件实现了机器分拣, 但不是主要的因素。
光纤是现代通信网络的最重要的基石,就是物理层技术。高层技术当中大家最熟悉的是IP协议。IPV4获得广泛应用后,虽说存在一些问题,试图通过IPV6去解决。但是IPV6经过二三十年也没有取代IPV4,就是因为高层技术相对简单,改进的空间不大。
- 原标题:无线通信产业前瞻 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:程小康
- 最后更新: 2019-01-23 09:27:24
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