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中國啟動6G研發 技術路線選擇是關鍵

鐵流 · 2019-11-17 · 來源:鐵君  
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希望,研究機構和大企業,能夠多靜下心來研究基礎理論,實現基礎理論突破,進而實現通信技術革命。老百姓需要的是廉價好用的通信技術,而不是淪為設備商、運營商專門用來剪羊毛的通信標準。

  11月7日,據科技部消息,科技部近日會同發改委、教育部、工信部、中科院、自然科學基金委在北京組織召開6G技術研發工作啟動會。6G技術研發推進工作組和總體專家組的成立,標志著我國6G技術研發工作正式啟動。

  對于6G鐵流是既期待又悲觀。期待的是,按照歷史慣性,1G、3G不成功,5G十有八九會成為第二個TDS勞民傷財。相比之下,2G、4G比較成功,6G如果能夠改弦易轍,放棄5G有問題的技術路線,想4G那樣,放棄3G被高通帶歪的路線,改弦易轍回到正確的軌道上,那么,6G是可以期待的。悲觀的是,根據當下的宣傳,6G是5G的進一步暴力堆料版本,5G已經證明了用毫米波搞廣域覆蓋不現實,而6G要用太赫茲搞廣域覆蓋,成本會異常高昂,可行性非常低。

  

  5G技術升級疲軟 是暴力堆料的產物

  雖然一些商業公司竭力鼓吹5G改變社會,5G如何偉大,如何厲害,但實際上,這些都是商業公司基于商業利益做浮夸宣傳。事實上5G技術升級是疲軟的,在編碼、多址、組網、多天線、調制等方面,要么延用4G時代的老技術,要么用的新技術是0增益。

  ,5G相對于4G來說,幾乎沒有技術進步。5G和4G的頻譜利用率是差不多的,如果同樣采用2x2mimo,20M帶寬的情況下,用戶會發現,4G和5G的網速是差不多的。

  理論上,4G五載波聚合,100M帶寬,4x4mimo,256QAM,網速可達1.2Gbps,實際上,中國聯通在雄安用三載波就做到了1155.8Mbps。香港4G商用網速也測出過980Mbps。這個網速基本追平現在5G網速。

  

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  在5G和4G的頻譜利用率是差不多的情況下,為了進一步提升網速,那么,就只能增加帶寬,4G用20M、60M帶寬,5G就用100M、500M、800M帶寬。暴力堆料還體現在增加天線數量,4G時代天線一般不超過8跟,5G則用128根、192根天線。同時,隨著天線震子單元的數量暴漲,射頻等元器件也隨之暴漲。繼而使5G的成本和功耗都隨之暴漲。

  

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  根據運營商提供的數據,5G基站功耗是4G基站的2.5至4倍,在基站數量倍增的情況下,基站功耗也倍增,這會使5G的電費以幾何平方基數增長,如果建1000萬個基站,即便中移動日賺3億利潤,全年利潤也不夠支付半年電費。針對這種困局,山西就對5G電價進行補貼,把5G基站用電電價控制在每度0.35元。這等于是全民對5G進行輸血。

  另外,由于帶寬必須翻幾倍,但低頻拿不出這么多帶寬,就只能上高頻。雖然一些廠商的宣傳中把毫米波吹的神乎其神,但選擇毫米波,其實是是技術升級疲軟之下的無奈選擇,因為只有上高頻才能獲得大帶寬。現在中頻的這點帶寬急速測試只能跑1Gbps,網速和4G差不多,要跑PPT上10Gbps,必須用毫米波。

  最初,美國就5G頻譜選的就是高頻——在2018年11月15日,美國聯邦通訊委員會(FCC)召開美國首次5G頻譜拍賣會,開啟28GHz毫米波5G頻譜(27.5-28.35GHz頻段,共計850MHz)拍賣。此前愛立信的一次測試就是在15Ghz這個點上前后開辟800M的寬度,即14.6到15.4Ghz之間的寬度。這些頻段資源超過了過去無線通信已經使用過的頻段的總和——當然,過去是在中低頻率頻段,由于5G對需要大帶寬,因而5G只能動用中高頻率頻段。

  使用毫米波又帶來一個問題,那就是覆蓋很差,特別是室內信號覆蓋如同災難。在2G時代,一個基站可以覆蓋5公里以上,4G時代的一個基站也能覆蓋1到3公里,即便用中頻搞城市密集組網,也有500米左右。根據5G試點,一個5G微基站只能覆蓋100米至300米。就室內信號來說,從窗口往室內走2米,5G信號瞬間銳減。從實踐上看,5G高頻擴容這條技術路線,遭遇了重重障礙。

  即便不及血本投資,可以覆蓋少數城市地區,但無法像2G那樣實現廣域覆蓋。

  

  

  6G藍圖中的技術路線 堪稱暴力堆料威力加強版

  目前,6G被賦予了諸多神奇且科幻的概念,鐵流自然是希望這些概念能夠實現,非常期待6G能夠延續“逢雙成功”的歷史。但實事求是的說,當下6G藍圖中的一些說辭和概念,恐怕是存在一定瑕疵的。以下是公開報道中關于6G的介紹:

  根據一些領先的設備商已經發布了6G要求的初始草案顯示,6G的各項關鍵指標,相比5G要提高10-100倍;

  目前全球移動通信服務的人口覆蓋率約為70%,但受制于經濟成本,技術等因素,僅覆蓋了20%的陸地面積、小于6%的地球表面積。以我國為例,5G時代仍會有80%以上的陸地面積、95%以上的海洋面積無移動網絡信號。在6G時代,將很好地解決這個問題。6G將著力解決海陸空天覆蓋等地域受限的問題,包括整合衛星通信,以便實現全球的無縫覆蓋。

  6G總體愿景是基于5G愿景的進一步擴展:“一念天地”中的“一念”一詞強調實時性,指無處不在的低時延、大帶寬的連接,“念”還體現了思維與思維通信的“深度連接”,“天地”對應空天地海無處不在的“泛在連接”;“萬物隨心”所指的萬物為智能對象,能夠“隨心”所想而智能響應,即“智慧連接”;呈現方式也將支持“隨心”無處不在的沉浸式全息交互體驗,即“全息連接”。

  同時,6G還將向更高頻段擴展以獲取更大傳輸帶寬如毫米波、太赫茲、可見光等,以滿足流量、連接數急劇增長的需求。預計單終端峰值速率指標可以達到100Gbps以上,設備連接的密度可能會增長到每立方米數百個設備。

  此外,6G還將進一步增強 IT+CT+DT 的跨界融合,結合人工智能、大數據、云計算、區塊鏈、新電池技術與量子信息等多項關鍵技術突破,不斷推動通信技術變革。

  6G的高性能對社會有著巨大的吸引力,但要解決的技術難題依然艱巨。業界公認的最大挑戰是攻克尚不成熟的太赫茲通信技術,實現理想中的通信速率。隨著波段頻率增加,天線體積將越來越小,頻率達到250GHZ時,4平方厘米面積上足以安裝1000個天線,這對集成電子、新材料等技術也是巨大挑戰。

  任正非今年10月曾在回答科威特媒體提問時表示,“6G主要是帶寬更寬了,但是覆蓋能力不夠,毫米波的覆蓋距離比較短。這有賴于傳播技術中的理論突破、技術突破。”

  每10年升級一代,6G預計在2030年面世。

  從上述介紹可以看出,6G基本上走的就是5G高頻擴容的路線,外加衛星通信實現其所謂的“一念天地”。用太赫茲獲取超高帶寬,用衛星通信實現所謂的對應空天地海無處不在的“泛在連接”。

  當下,5G毫米波的實踐已經證明了高頻擴容不靠譜,存在成本、功耗、覆蓋等非常嚴重的問題,當下用3.5Gh覆蓋只有300米,美國上毫米波,覆蓋只有190米,如果使用250GHZ,那么,覆蓋將會非常感人,也許要每隔二、三十米就掛一個6G基站,目視可見的范圍內,基站無處不在。

  

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  上千根天線也讓鐵流開眼了,4G用 8根天線,5G用 192根天線,6G用上千根天線......然而,暴力堆料路線是存在問題的,只會讓整套系統的組網成本與維護成本會高到無以復加,即便舉國補貼也難以為繼。

  至于衛星通信,確實有前途,但并非對現有通信體系的革命,而是對現有通信體系的補充。根據香農定理,信息傳輸能力與帶寬和發射功率成正比,與背景噪音功率成反比,這就把衛星通信的上限框死了,傳統的衛星通訊基于C頻段和Ku頻段,而且受到發射功率,天線尺寸等因素的影響,能夠滿足普通老百姓日常使用的普適性衛星通信網絡在技術上難度很大,截至目前,衛星通信的用戶基本鎖定于軍隊、政府、金融機構,以及一些實力雄厚的跨國公司。通信的原則是用有線盡量去靠近用戶,在最近用戶的地方使用無線。而衛星通信卻是背道而馳。鼓吹衛星通信使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站的說辭,就是瞎扯淡。

 

 

  5G技術存在瑕疵 6G研發是政治正確

  中國當下啟動6G,主要還是政治掛帥和產業界的需求。

  一直以來,國內在很多方面喜歡爭第一,當然,很多第一是非常有意義的,比如第一工業大國,第一貿易大國,奧運金牌數量第一等。但也有很多第一其實是沒多大意義的,比如數年前,在一些勢力的影響下,浙江某地要建“東亞第一大洋蔥寺”,在該消息擴散后,直接導致“東亞第一大洋蔥寺”(擬建)附近房價下降30%。又比如地方政府喜歡建第一高樓,各地政府互相攀比一個蓋的比一個高。這些做法對當地經濟發展和人民生活水平提高基本沒啥意義。

  當下啟動6G也是政治掛帥的結果,因為5G之后本能的認為會有6G,不管是否有新的理論突破,不管6G技術儲備是否成熟,反正6G就是政治正確,不能在6G上落后了,這關系到不少人的仕途,以及大國臉面和民心士氣。所以在5G進入產業化階段后,6G研發啟動也就順理成章。

  同時,很多科研單位都是要吃飯的,必須有項目,有活干。當然,研發的方向可以說純理論突破,比如對香農的理論進行突破,但這個實在太難。相比之下,還是暴力堆料容易,把天線堆到1000根,用太赫茲增加帶寬,立馬就把網速提升上去了。

  基礎理論突破有多重要呢?鐵流打個比方,如果沒有元素周期表等近代化學理論,人類只能造黑火藥,如果沒有愛因斯坦的理論,人類造不出核武器。現在暴力堆料的做法,其實就是理論突破實在太難,要造出比核武器威力更大的武器太難。但把只要堆料,就堆1萬噸TNT,變成堆10萬噸TNT,這個卻比較容易。現在5G和現在媒體報道中的6G,走的就是暴力堆料的路,這比突破基礎理論簡單,但會帶來一系列負面影響。

  另外,諸多商業公司也是要吃飯的。在4G國內建設高峰期過去只會,華為的利潤率立馬下滑2個百分點。如果運營商建成4G網絡之后,只是維護和升級4G網絡,那么,以華為、中興為代表的設備商的運營商業務必然悲劇,由于華為和中興需要從美國博通、高通、Skyworks、英特爾、賽靈思等廠商購買元器件,這又會使諸多美國芯片公司業績下滑。

  事實上,基礎理論的突破,不是每逢10年就能有一次的,這有很多不確定性,基礎理論的創新已經越來越難,很多領域在基礎理論方面,在冷戰甚至二戰結束后就沒有太大的突破,目前,4G其實已經把現有的理論和技術儲備用的比較到位了。通信專業的人一方面很早就知道香濃時代就已經劃定了通信效率的上限,另一方面這個專業結論又是不能大張旗鼓的說的,特別是對公眾、對政治家、對外行、對投資人大張旗鼓的說,否則就會讓他們喪失想象力,從而嫌棄這個行業而去。

  然而,政客和商業公司需要通信技術每10年升級一次,因為這關系到一些人的仕途和商業公司的飯碗。因此,從整機廠到元器件供應商,以及這些廠商的喉舌必須異口同聲“5G改變社會”,“5G技術是革命”,否則政府就不會投資幾萬億到5G。斷人財路如殺人父母,任何敢于說真話的聲音,只要聲音足夠大,都會在第一時間被利益集團扼殺。同樣的道理,當下啟動6G,既有政治因素,也有通信設備商需要10年后能通過6G升級賣一批6G設備和終端。否則整個行業將難以為繼。

  當然,啟動6G研發是不僅是政治正確,還是技術發展必然選擇,目前,5G的暴力堆料路線已經暴露出不少問題。因而啟動6G研發,有助于推進基礎理論突破,使通信發展撥亂反正,回到正確的軌道上。

  

 

 

 

 

  希望改弦易轍實現基礎理論突破

  5G的實踐已經證明,暴力堆料的做法是有問題的,運營商的人就直言5G是第二個TDS。

  某種程度上,通信行業和互聯網行業也有其相似性,都是需要不斷創造概念和想象去跑馬圈地,通過每10年一次的技術升級,人為的創造出一個龐大的市場,并通過運營商強制出高價套餐,并惡化舊有通信網絡(比如此前的4G降速)綁架消費,向全體消費者收取費用,來供養整個通信行業。

  也許有人說,如果不這么搞,通信產業會遭遇嚴冬,所以基于養活一個產業或一些企業,必須搞這種政策輸血。但問題在于任何產業都有從發展到成熟(衰退)的階段,不少曾經的明星企業沒落消逝,沒有理由通信產業必須例外,額外獲得政策保護。比如房地產,當下,城市化已經進入尾聲,房地產行業顯然寒冬是必然的,難不成為了養活這些房地產企業,就必須不斷全民輸血,給房地產企業滿中國造鬼城么?

  在4G以前是流量短缺的時代,因而技術升級是有意義的,但在4G之后,流量已經過剩,大量流量被用于承載低俗、媚俗信息,當下5G基本都是偽需求。中國移動原董事長王建宙就表示,5G現在只能測網速。工信部部長則表示,對于廣大用戶來說,4G手機夠用了。

  當下,消費者需要的是廉價的流量,而不是價格高昂的流量。雖然通過搞一套只是商業概念,而不是技術升級的5G、6G,設備商能賺大錢,運營商能提高ARPU(用戶平均收入),但羊毛出在羊身上,最終這些還是老百姓買單。

  鐵流希望,研究機構和大企業,能夠多靜下心來研究基礎理論,實現基礎理論突破,進而實現通信技術革命。老百姓需要的是廉價好用的通信技術,而不是淪為設備商、運營商專門用來剪羊毛的通信標準。

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