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5G 通讯根本连规格都还没定!漫谈报导中的谬误与谜团与技术发展史

字号+ 作者:Ralph Yang 来源:inside 2017-11-19 09:02

网络谣言充满故作耸动的新闻,有些单纯是为了赚稿费,有些则是有经济甚至政治目的。例如有一篇文章说:某强国的5G技术已经在测试中,技术领先世界。这些说法也许正确,但很可笑,可笑程度如同某国说要领先载人登陆火星一样


 


作者 Ralph Yang,曾任联电集团新兴电子董事长特助及耀文电子总经理,现已退休。
 
 
本文以轻松的笔调来谈 5G 网络技术基本概念,以及报导中常出现的误解与谜团,分享给各位读者参考。

 
谣言农场里说的 5G 到底是啥?
 
网络“谣言农场”充满故作耸动的新闻,有些单纯是为了赚稿费, 有些则是有经济甚至政治目的。 例如有一篇文章说:某强国的 5G 技术已经在测试中,技术领先世界。这些说法也许正确,但很可笑,可笑程度如同某国说要领先载人登陆火星一样。
 
因为 5G 并不是一个规格或一种协议。 而是泛指任何传送速度比 4G 快 10 倍的技术。任何人做研究或提建议都是可以的。但是要等确定规格后做出 IC,然后才能做成手机。所以正在测试中与已经商业化,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 的速度是有史以来最扑朔迷离的,因为它具有可以无限扩展的特性。它的最高速尚未确定。
 
4G 用 OFDMA 调制法,每 1MHz 带宽约可以毛传送 9Mbps,净传送 7.2Mbps ,如果采用载波融合 CA 技术的话,只要凑满 25MHz 带宽,下载速度就可以达 180Mbps 。 所以如果给它 50MHz 带宽,就可以传 360Mbps。但是如果给它无限带宽,由于 CAT8 技术的限制,极限速度是 下载 1200 Mbps 上载 600Mbps,但是实务上旗舰机现在使用的芯片只能做到 CAT5, 所以最高理论值只能达 下载 / 上载 = 300/75 Mbps 。
 
未来的 5G ,理论上它的下载速度应该至少要达 3000 -- 12,000Mbps 以上。也就是 3 -- 12Gbps。才能号称有 10 倍快。天啊,Gbps 都出来了!而且 4G 还越来越快。将来如果 CAT8 芯片量产成功,4G 速度会升至 12000Mbps 即 1.2Gbps , 那 5G 岂不是要达 12Gbps 才能算是 10 倍快,也就是约 1.5GBPS,这样的速度,每 3 秒就可以可以传一张 DVD 电影了。
 
好笑的是,当年研发 4G 即第 4 代 LTE 的那群人很自大, 自称 LTE 是终极技术。 因为 LTE 是 Long term Evolution 的缩写。 意思是“子孙万代代香火永流传”因为它是积木式结构, 速度及功能可以永远迭加发展下去。

 
单位正确很重要

 
要讲清楚 5G 是啥前,先来谈谈“物理单位”的重要性。
 
我与另一位诺贝尔奖得主都主张, 学生考试时只要答案的“单位”对, 就给 90% 分数, 至于数字是否算对只占 10% 分数。数字在同一个数量级内都是算对, 例如如果精确答案是 47.3 的话,那些答 31、35、50 都一样是对的。 这是高加索白种人的普世见解, 但是蒙古族亚洲人则相反, 很重视小数字的正确却忽略单位是否正确。
 
其实单位才是物理世界的一切。因为能答出单位是 公里、 公尺、吨、公斤、牛顿、安培、伏特 安培、焦耳、高斯, 比数字是 107 10.7 还是 0.107 重要多了。
 
如果“国中”时老师有灌输正确“单位”观念,电视播报员就不会再说:“那高压电高达 10,000 安培”这类可笑错误。文科的电视播报员也常常喜欢说:
 

“台风风速高达 100 公里”, 或“风速 60 公尺”,其实那是非常非常严重的错误。正确应该说:“风速 每小时 150 公里”或是“风速 150 公里 / 小时”。只差一点吗?是天地与地之差。就如同问小孩几岁, 他答说点心很好吃一样。如果说 :“新竹离台北 150 公里”“汽车时速,每小时 130 公里”就对了。至于是 158 还是 151, 对理解问题本身并不重要。

 
90% 的黑手级公司老板或官员常常会信口说:
 

A 产品产量占全国出货量的“百分之 40%”。其实这是极为严重的错误。西方人算术虽笨,但是绝对不会犯这种错误的。我猜他是想表达 A 产品占全国出货量的“40%”或 A 产品占“百分之四十”。 因为精确讲 ,他们口中的“百分之 40%”数学上是等于 40/100/100= 40/10000 = 万分之 40。 数值相差 100 倍

 
回到 5G
 
移动电话技术进入 2018 时,对文科记者及诸多麻瓜们,将是一种严重虐待。因为我很确定“5 年”内一定会有一个移动电话机型,它是采用“5G”时代的通讯协议,内装 5GB DRAM 易失存储器,以及 5GB Flash 不挥发内存,它会使用 5GHz 微波频率来通讯,它的数据传输速度是 5Gbps,它的重量是 150g。
 
这真是惊人的世纪巧合啊!
 
1. 第五代通讯协议 5th G (5th generation 第 5 代)
 
2. 五十亿个字符 5GB (Byte 拜特)
 
3. 五十亿个位 5Gb (bit 比特)
 
4. 五十亿次 / 秒 5GHz (Hertz = 赫芝 = cycle/sec = 周 / 秒)
 
5. 150 公克重 150g (Gram 公克)
 
注: 以下都是纯数字, 没有单位。
 
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 (第五代通讯协议) 怎么来?

 
要讲 5G 就要从 1G 谈起,1G 其实是谥号, 因为当时不知道未来还有 2 3 4 5G, 所以是卒以后才封谥的。
 
1G:数据速度:无,只有语音,语音流量越当 9.6 -- 64Kbps 的数据
 
移动电话刚发明时是使用模拟技术 AMPS,卒谥第一代, 它的技术与 AM 调幅、FM 调频广播及古代无线电对讲机一样, 都是模拟调制技术。一个基地台只能供 8 个人同时使用。频率资源很不经济。
 
2G:数据速度:GSM 各代速度不同,为 9.6 -- 384Kbps
 
世界上上有 3 种 2G 技术, 欧洲的 GSM、美国的 CDMA、日本的 NTT。
 
欧洲人发展出令人骄傲, 认为可以永远使用的 GSM 技术。将美国的 CDMA 技术完全打倒,日本 NTT 的数字技术虽然很好, 但因怕技术被日本人垄断所以没有其他国家采用,
 
第二代 GSM 技术使 Motorola 众多专利一夜间变成一文不值。GSM 除了将语音数字化外,同时导入跳频与分时技术。分时可以让同一带宽被 8 或 16 个人分享,跳频则可以克服复路径传输问题,解决讯噪比间歇劣化的问题。也因而使一个基地台可以同时服务 64/128 台手机。效率比 AMPS 高 8/16 倍,成本低收入高,使全世界运营商因而大赚钱。
 
3G:数据速度:各代速度不同 64Kbps -- 21Mbps
 
使用的是美国 Qualcomm 公司的 WCDMA“宽带带散普”技术,它不但具有所有 GSM 的优点, 还可以用 GSM 的 10 倍速度传送数据,彻底打倒欧洲人自以为傲, 认为可以使用千秋万世的 GSM 技术。高速数据流,使手机传送照片成为主流。也引出 WhatsApp 、LINE 、SKYPE 等新时代通讯软件。
 
3G 数据速度:384K-21Mbps

 
3G 技术有两种。

 
第一种 3G 全世界各国都使用,是美国 Qualcomm 公司的 FD-WCDMA 调制方式。同一个基地台可以处理 256 个手机通话, 实务上视环境约为理论的 70 -- 80%, 比 2G 高 2-3 倍,所以运营成本更低,运营商利润更高。语音质量规格数学上虽然与 GSM 一样, 但实际上可靠度稍差,通话常常会卡卡的。所以 3 大公司都会将语音降级至旧的 2G ,新的 3G 只做资料流传送。而有一家新来的, 它只有 3G 没有 2G 可降,实务上就很惨。
 
第二种 3G 是中国厂商“大唐”称自行研发成功,其实那是德国西门子公司 Siemens 在竞比技术时落败的 TDS-CDMA 技术。这种技术全世界只有中国使用。
 
其实这两种技术的数据传送速度都比 2G 的 GSM 快 10 倍,都可自称为第三代技术。它们都是利用“宽带散谱”技术, 只是一个靠“FD 分频”做双工通话,一个靠“TD 分时”做双工通话, 数学上采用 FD 或 TD 传输量是完全一样的。实务上经过 1 年在真实环境测试后发现 FD 比较稳定,所以中选。中国是 FD、TD 两种都各发一张执照,被指定发展 TD 的那一家就很惨, 因为市面上没有那种 IC , 当然就没有那种手机, 如果样样都要订制化, 会很累。上次分到 GSM 而赚爆的钱都要吐出来。反过来上次分到 CDMA 而很惨的那家,后来因分到 FD-WCDMA 而大赚 3 年。
 
4G:数据速度:10 -- 1200Mbps
 
基本上 4G 是使用 LTE 的“CA 载波融合”技术而影响可传送带宽,视不同的“CAT 等级”下载 / 上传 速度可以由 10/5Mbps 逐步升高到 1200/600Mbps。 LTE 技术, 上传时采用 WCDMA, 下载时采用 OFDMA 正交调制法,也就是夭折的 WiMAX 使用的那种技术,它可使数据传送数度比 3G 快 10 倍,使电影片传输蓬勃发展。使人类进入手机分享短片的时代。但是如果想传送 HDTV 甚至 4K 影片就会使它的速度显得太慢, 于是人类又开始期待速度更高的 5G 新科技。
 
任何比 3G 快 10 倍的通讯协议都可以自称为第四代, LTE 因为不适合语音通讯,而 VoLTE 技术又一直不能顺畅运转,所以现在运营商都是让客户用 4G 收发高速数据, 通话时则降级至 3G 甚至 2G。 所以台湾地区有一家新来的公司,只标到 4G 频率,却没有 3G、2G 频率,只好要找有 3G 、2G 的公司合作。却被拒绝,只好与那家只有 3G 的公司合并,可惜原来的 3G 覆盖就不佳,又没有 2G 可退, 所以经经营很累。
 
幸好近几年 WhatsApp、LINE、SKYPE、Messenger 等通话软件技术发达。 用 4G 通话已不是问题, 只是电讯商原有的语音、简讯都已赚不到钱。只能每月收大约人民币132元的吃到饱费率。这个金额使其 ARPU 接近运营成本, 获利可能渐渐减少。所以我预测,在一场 3 年的恶性竞争后132 元吃到饱一定会被取消。132元顶多一个月给 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:数据速度:1000-12000Mbps
 
任何数据传送速度比 4G 快 10 倍的通讯技术都可以自称第五代。由于移动电话的专利都被 Motorola、Nokia Qualcomm、Broadcomm、Samsung、Faxconn 等公司所垄断。新进者很痛苦, 研发时发现到处都是地雷, 所以有很多公司都希望趁 4G 碰到瓶颈时, 找出新的调制及通讯协议来避开现有的专利网,找出新的高速通讯方式,就如同当年 GSM 完胜 AMPS,WCDMA 大败 GSM, LTE 打败 WCDMA 一样。希望 5G 也能大败 LTE。
 
所以现在 欧洲、美国、中国、日本、韩国或任何国家和地区都可以自称正在研发或测试 5G 通讯中,大家也真的都很努力研究测试中, 但是没有人知道它的技术规格是什么 ! 因为目前为止确定的规格只有一个,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 现在市面上的极速约 80-128Mbps 左右,所以 5G 理论上应该是约 1000Mbps 以上。但是 4G 的理论极限是 1200Mbps =1.2Tbps 所以 5G 速度应该是 12T bps。

 
名词解释
 

CAT 8 Catagory 8
 
第 8 代 CA 技术。
 
CA Carrier Aggregation 载波融合
 
就是可以将相同或不同频段的带宽合并使用。例如 900MHz 有标到 10MHz ,与飞地 5MHz 两块,1800MHz 有标到 10MHz 一块,就可以将 3 个合并为 25MHz 使用。传送 180Mbps , 但前提是基地台与手机都要有足够 CAT 等级的 CA 功能,例如都是 CAT5。 CAT5 是 iPhone 及旗舰机主流, CAT8 是技术极限。
 
bit (比特)
 
是位 ,就是计算机二进制数据 是 0 或 1 的最基本状态。
 
bps bit per second 每秒传送位数
 
就是每秒传输几个 bit , 例如 128K bps 就是一秒传送 128,000 个位。也就是 128Kbit/S。
 
Byte (拜特)文数字
 
它是“字符”的意思, 代表一个 A-Z 或 0-9 的文数字,一般情况下, 每字符 (Byte) 内含 8 个位 (bit) ,如果有除错码时,每字符内含 9 个位 (bit) 如果有更强大 CRC LCC 则可能达 每 Byte 9-10bit。
 
BPS Byte per second 每秒传送文数字数
 
就是每秒可以传送多少 Byte 文数字。 一般来说 128K bps 约当 16K BPS,因为 128K bps/8 =16 BPS。
 
ARPU Average Revenue Per User 平均每人贡献值
 
运营上算出来的每人贡献数, 约等于每人每月缴费数。这数字应大于 运营成本 / 总有效用户数,才能永续经营。
 
OFDMA
 
Orthogonal Frequency Division Multiple Access 正交频分多址调制技术。详如附 URL。
 
以上文字,观念也许正确,但是数字是经粗略计算及凭记忆顺手捻来,可能不尽正确,看官引用时请自行查证。
 
网上高手如有发现错误请私下告诉我 ,公开指责碍于面子恕不接受 。








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