無線通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展了四代，目前正處于5G產(chǎn)業(yè)化前夕，是當(dāng)下到一個(gè)最熱的話題，5G如何發(fā)展，前景如何，是各個(gè)方面包括學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、投資界以及政府都非常關(guān)心的。另外，中國已經(jīng)啟動6G研究的消息也見諸報(bào)端，未來無線通信產(chǎn)業(yè)如何發(fā)展，是不是會繼續(xù)有6、7、8、9G，也引起了大家的關(guān)切。為了回答這些問題，我們首先簡單地回顧一下無線通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史。

無線通信產(chǎn)業(yè)是由需求和技術(shù)兩個(gè)輪子驅(qū)動前進(jìn)的。早在1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家就提出了蜂窩通信的概念，其中的核心技術(shù)是頻率復(fù)用和切換。基于這一概念，貝爾實(shí)驗(yàn)室于1978年研制出先進(jìn)移動電話系統(tǒng)(Advanced Mobile Phone Service，AMPS)，這就是第一代移動通信系統(tǒng)。AMPS是一個(gè)模擬通信系統(tǒng)，采用頻分多址(FDMA)的復(fù)用技術(shù)，主要技術(shù)手段是濾波器，容易受噪聲的干擾，語音質(zhì)量較差。

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字技術(shù)，并采用TDMA和信道編碼技術(shù)，使得通信系統(tǒng)向?qū)拵Щl(fā)展，語音質(zhì)量得到了較大的改善。 其中歐洲制定的GSM系統(tǒng)非常成功，至今仍在廣泛使用。

20世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，順應(yīng)這一時(shí)代要求，產(chǎn)業(yè)界制訂了3G標(biāo)準(zhǔn)用以實(shí)現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)。3G采用了高通公司開發(fā)的CDMA技術(shù)。CDMA一度被認(rèn)為是一個(gè)神奇的技術(shù)，高通公司宣稱CDMA的頻譜效率可以達(dá)到AMPS的18倍，但是實(shí)踐表明這個(gè)觀點(diǎn)太過于浮夸了，CDMA存在自干擾問題，其頻譜效率只比GSM高10%左右，并且3G的主流標(biāo)準(zhǔn)WCDMA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，導(dǎo)致部署成本比較高，所以一直無法替代GSM系統(tǒng)。

第四代移動通信采用了OFDM技術(shù)，從根本上克服了CDMA的技術(shù)缺陷，并且簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成就了一代成功的移動通信系統(tǒng)。OFDM如何克服CDMA的缺陷，具體可以參考我的《通信之道-從微積分到5G》。

如果我們稍微總結(jié)一下，可以發(fā)現(xiàn)，1G發(fā)掘出了移動通信的巨大需求，但是采用了比較落后的技術(shù)體制，因此長不大。2G進(jìn)行了數(shù)字化革命，從而獲得巨大成功。3G是為了新出現(xiàn)的移動互聯(lián)網(wǎng)需求而誕生，但是在技術(shù)上走了彎路，全球的3G業(yè)務(wù)都不是太成功;而4G回歸了正確的技術(shù)路線，目前4G業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展。

隨著4G的成功商用，按照無線通信十年一代的發(fā)展規(guī)律，產(chǎn)業(yè)界開始了5G的研發(fā)。按照業(yè)界目前的一般口徑，5G在2020年左右開始規(guī)模商用。中國政府已經(jīng)為5G分配了500MHz的頻譜，三大運(yùn)營商也已經(jīng)在多個(gè)城市開展了商用實(shí)驗(yàn)，商用前的準(zhǔn)備工作正在緊鑼密鼓地進(jìn)行。 很多人認(rèn)為5G牌照會在年內(nèi)(2019)發(fā)放。

對于5G的討論，也要從技術(shù)和需求兩條線來討論。

無線通信技術(shù)體制

無線通信產(chǎn)業(yè)基本上可以用“端管云”三個(gè)字進(jìn)行概括。 端就是終端，包括電腦， PAD，手機(jī)等。云就是存儲在網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容，如新浪、百度、淘寶的數(shù)據(jù)中心，而管就是連接終端和云之間的這條通道。

端管云

這條管道可以分為兩段。一段是終端到基站(或者路由器)，這段是無線通信，也叫空中接口;另一段是基站到云，是有線通信。 云都是掛在因特網(wǎng)上的，因此因特網(wǎng)是這條管道當(dāng)中必經(jīng)之路。 移動通信有核心網(wǎng)，基站首先掛在核心網(wǎng)上，再連接到因特網(wǎng)。核心網(wǎng)主要是起運(yùn)營支撐作用，比如身份的識別，計(jì)費(fèi)等等。 而另一個(gè)體系是大家都熟悉的WiFi，沒有核心網(wǎng)，路由器是直接戳到因特網(wǎng)的。 這就構(gòu)成了兩大生態(tài)體系，也就是傳說中的CT和IT，它們之間的合作與競爭將貫穿無線通信產(chǎn)業(yè)的走向。

在無線通信產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，空中接口這一段的產(chǎn)值，包括終端和基站，占絕大部分。如果做一個(gè)類比，通信網(wǎng)絡(luò)可以類比人體的循環(huán)系統(tǒng)或這神經(jīng)系統(tǒng)。 骨干網(wǎng)的部分可以類比中樞神經(jīng)或者主動脈，雖然容量很大，但是只有幾條。骨干網(wǎng)絡(luò)的銷售額不大，但是占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn);而空中接口部分相當(dāng)于神經(jīng)末梢或者毛細(xì)血管，數(shù)量龐大，占據(jù)無線通信產(chǎn)業(yè)的主要市場份額。

有線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在都光纖化了。光纖的發(fā)明是基于高錕的理論，他因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 光纖的容量大，成本低，徹底改變了人類通信的面貌。最早的光纖線路的速率只有45Mbps，后來以令人乍舌的速度發(fā)展，目前一根光纖已經(jīng)可以達(dá)到1Tbps。 而光纖要比同等長度面條便宜，這是真正的高科技。 早期光纖只用于骨干線路(比如北京和上海之間)，隨著成本的降低，目前光纖已經(jīng)入戶了。 由于光纖的存在，有線網(wǎng)絡(luò)的主要工作在于怎么組織和利用光纖的容量，如IPV6，SDN等等，基本上是邏輯性的工作，總體來說是比較簡單的。

空中接口部分就比有線網(wǎng)困難多了。在有線通信當(dāng)中，信號在一個(gè)精心制造的介質(zhì)里面?zhèn)鞑?，無論是銅線還是光纖，信號質(zhì)量非常好，隨便搞搞就能達(dá)到很高的速率。 而無線信號的傳播環(huán)境就惡劣得多得多。 無線電波在傳播過程中衰減很快，還受到建筑物、山體、樹木的阻擋，很多時(shí)候需要經(jīng)過反射或者穿透障礙物才能達(dá)到接收機(jī)。 并且，無線電波不是規(guī)規(guī)矩矩地沿著規(guī)定的路線走，會走到不希望的地方，造成對他人的干擾。 但是無線通信有一個(gè)好處，就是擺脫了線的束縛，可以拿著手機(jī)隨便走，這種便利性是有線通信所無法比擬的。 所以盡管挑戰(zhàn)很大，無數(shù)的研究者前仆后繼，攻克無線通信當(dāng)中的道道難關(guān)。

網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議

剛才說的這些事，背后是網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)。比如上圖就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的7層協(xié)議模型，非專業(yè)的讀者不必深究，只需要知道網(wǎng)絡(luò)是分層工作的就好了。 最底下的一層叫物理層，其他的可以和合并起來叫高層。 物理層是處理物理信號的，比如電或者是光，就是如何把信息轉(zhuǎn)換成可以用來傳輸?shù)碾娦盘柣蛘吖庑盘枴?物理層解決的是通信能力的問題，或者是帶寬的問題。有了這么多的帶寬之后，怎么組織和利用是高層要做的事。

這個(gè)和郵政系統(tǒng)非常類似。 物理層相當(dāng)于運(yùn)送信件或者包裹的方式，可以是馬車，汽車、輪船、飛機(jī)，這提供了運(yùn)送的能力。但是寄信的時(shí)候，我們要在信封上寫通信地址，要跑到郵局交給柜臺，后然分揀打包裝車，到了目的地后要有郵遞員送到收信地址，這些都是高層做的事情。

所以大家能看出來，通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)在物理層。當(dāng)然高層也必不可少，但相對來說可以變化的空間不大。 如果說我們的郵政系統(tǒng)比以前先進(jìn)，主要不是體現(xiàn)在郵局的布置上，而是運(yùn)輸方式的改進(jìn)，以前是馬車，現(xiàn)在改飛機(jī)了。雖說郵局也進(jìn)步了，比如裝了玻璃柜臺，或者信件實(shí)現(xiàn)了機(jī)器分揀， 但不是主要的因素。

光纖是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的最重要的基石，就是物理層技術(shù)。高層技術(shù)當(dāng)中大家最熟悉的是IP協(xié)議。IPV4獲得廣泛應(yīng)用后，雖說存在一些問題，試圖通過IPV6去解決。但是IPV6經(jīng)過二三十年也沒有取代IPV4，就是因?yàn)楦邔蛹夹g(shù)相對簡單，改進(jìn)的空間不大。

無線通信技術(shù)演進(jìn)

同樣，空中接口的核心技術(shù)也在物理層，每一代移動通信是由這些核心技術(shù)所定義的。

3G核心技術(shù)

空中接口的核心技術(shù)可以分為5個(gè)大類，分別是調(diào)制、編碼、多址、組網(wǎng)和多天線。 比核心技術(shù)更基礎(chǔ)的是基礎(chǔ)理論，包括電磁理論和信息論。 如上圖所示。

大家都知道，高通公司開發(fā)了CDMA技術(shù)，并且成為3G三大標(biāo)準(zhǔn)( WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA)的核心技術(shù)，從而一躍成為芯片業(yè)巨頭。 上圖所示的是WCDMA的核心技術(shù)。高通的貢獻(xiàn)主要在多址和組網(wǎng)兩個(gè)領(lǐng)域。

雖然普遍認(rèn)為高通開發(fā)了CDMA技術(shù)，但是CDMA并不是高通發(fā)明的，發(fā)明人是好萊塢艷星海蒂.拉瑪。CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)叫Rake接收機(jī)，也于1950年代由貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。 實(shí)際上由于當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為CDMA的保密性好，一直應(yīng)用于軍事通信。 而高通解決的是CDMA的民用問題，這在當(dāng)時(shí)是普遍不被看好的。

高通解決CDMA民用有三招，分別是功率控制(Power Ctrl)、同頻復(fù)用(UFR)和軟切換。 功率控制解決遠(yuǎn)近效應(yīng)，同頻復(fù)用提升頻譜效率，軟切換解決切換連續(xù)性。 這構(gòu)成了高通CDMA的技術(shù)體系。 這里只簡要介紹一下，技術(shù)人員可以參考我的書《通信之道》。因?yàn)閁FR并不是專利，所以高通其實(shí)在CDMA上就兩個(gè)核心專利，其中軟切換專利獲得美國專利局的授權(quán)還載入了高通發(fā)展史。

3G在編碼領(lǐng)域的主要進(jìn)展是采用了Turbo碼，這是法國電信所資助的教授發(fā)明的，是通信發(fā)展史上的里程碑，因?yàn)樗状纬浞直平讼戕r(nóng)在1948年所提出的信道容量。

在多天線領(lǐng)域，Alamouti編碼應(yīng)用到了廣播信道多編碼。因?yàn)閺V播信道在整個(gè)業(yè)務(wù)當(dāng)中的比重并不大，所以這個(gè)編碼的作用相對重要性低一些。但是這個(gè)編碼是多天線技術(shù)領(lǐng)域的里程碑，有非常大的影響力。

調(diào)制是最基礎(chǔ)的通信技術(shù)，沒有之一。因?yàn)榛A(chǔ)，所以穩(wěn)定，一直到現(xiàn)在的5G都沒有太大的變化。

可以看出，高通在3G的多址和組網(wǎng)兩個(gè)方面擁有核心技術(shù)。當(dāng)然，在把核心技術(shù)工程化的過程當(dāng)中也建立起由幾千個(gè)專利組成的專利組合。 憑著這些專利和芯片的聯(lián)合運(yùn)作，收取了大量的高通稅。

其實(shí)從現(xiàn)在的眼光看，Turbo碼和Alamouti碼是更重要的核心技術(shù)。但這兩個(gè)核心技術(shù)在法國電信和ATT這樣的大公司里面，沒有進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)作的機(jī)制，只是收了一些專利費(fèi)，沒有形成象高通這么大的商業(yè)。

4G核心技術(shù)

到了4G之后，CDMA技術(shù)被OFDM技術(shù)所取代。主要的原因是CDMA存在自干擾的問題。高通的功率控制和軟切換試圖去解決這個(gè)問題，但采取的方法是在CDMA缺陷的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)救，但是怎么補(bǔ)也補(bǔ)不徹底。

而OFDM從根本上克服了CDMA自干擾的缺陷，使得頻譜效率得到了很大的提高，那這些補(bǔ)救措施也就沒必要了。 所以在4G時(shí)代，高通的技術(shù)體系被摧毀了。 采用OFDM技術(shù)帶來了新的問題，解決這些問題導(dǎo)致了三個(gè)創(chuàng)新的出現(xiàn)，這就是我在華為提出的sOFDM和軟頻率復(fù)用(SFR)以及愛立信提出的SC-FDMA技術(shù)。 我在華為還提出了隨機(jī)波束賦形(random beam forming)技術(shù)，解決了非常火熱的循環(huán)延時(shí)分集(Cyclic Delay Diversity)的嚴(yán)重缺陷。 在調(diào)制和編碼領(lǐng)域仍然采用了3G的方案。

可以看出，華為在4G的核心技術(shù)上已經(jīng)取代了高通。 但是很可惜，由于華為公司的跟隨基因，無法發(fā)揮手上的專利核武的威力，還要向高通交錢，也只是向蘋果收了點(diǎn)小錢。 但是華為因此避免了專利核武打擊，加上華為在產(chǎn)品上的優(yōu)勢，所以華為日子過得很好，在4G時(shí)代成為第一大設(shè)備制造商。

5G核心技術(shù)

5G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定完成了，蓋棺定論后已經(jīng)可以看得很清楚了。

首先調(diào)制這塊還是沒有變，太基礎(chǔ)了，想變也變不動。

因?yàn)槁?lián)想投票門的事情，編碼這塊的故事很多人都知道。相比于3G/4G采用的Turbo碼，5G采用了LDPC和Polar碼。 這兩個(gè)碼都是鼎鼎大名，是Turbo碼之后通信技術(shù)發(fā)展的里程碑性的技術(shù)。 但是由于Turbo碼已經(jīng)比較接近香農(nóng)限，雖然這兩個(gè)碼更接近，但是對系統(tǒng)容量的提升已經(jīng)不大，大概是1～2%左右。

多址這塊，對于5G三大場景之一的eMBB這塊沒有變，還是采用了OFDM。其中愛立信提出的SC-FDMA 從4G的必選項(xiàng)變成了可選項(xiàng)，這是因?yàn)樗鄬τ贠FDMA并沒有什么技術(shù)優(yōu)勢。

多址這塊NOMA有很大的熱度，一度被公認(rèn)為5G的必選技術(shù)。5G標(biāo)準(zhǔn)的早期，幾乎所有的廠家都支持這個(gè)方向。 但是經(jīng)過我的論證，NOMA比OFDM的增益嚴(yán)格為零，這是用信息論嚴(yán)格證明的。 所以NOMA既復(fù)雜又沒增益，屬于技術(shù)退步。

另外華為還推了F-OFDM，與sOFDM正好相反。sOFDM的思想是所有的帶寬所有的環(huán)境都用統(tǒng)一的參數(shù)，從而獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。F-OFDM強(qiáng)調(diào)對不同的環(huán)境采用不同參數(shù)從而更好的適應(yīng)環(huán)境。 這種做法并沒有什么增益，反而丟失了規(guī)模效應(yīng)這個(gè)大西瓜，也屬于技術(shù)退步。

組網(wǎng)方面沒有聽到什么消息，工作假設(shè)應(yīng)該還是同頻復(fù)用。SFR和CoMP都是組網(wǎng)方案。SFR非常簡單，不需要標(biāo)準(zhǔn)化。 CoMP雖然一度被認(rèn)為是更先進(jìn)的技術(shù)，但經(jīng)歷了轟轟烈烈的標(biāo)準(zhǔn)工作和產(chǎn)品開發(fā)之后，已經(jīng)是失敗了。

多天線這塊最響亮的就是massive MIMO，號稱可以成百倍地提升系統(tǒng)容量，從媒體上看幾乎可以是5G的代名詞。 MIMO這個(gè)理論1995年提出，已經(jīng)23年了。它所揭示的對容量的巨大提升致使它一直是學(xué)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)。 但是這個(gè)技術(shù)一直到4G都不是很成功。這個(gè)技術(shù)有個(gè)特點(diǎn)，一演示就成功，一實(shí)用就趴窩。 記得20年前我還是小白的時(shí)候，在電信展上就看到廠家演示空分復(fù)用，用相同的時(shí)頻資源實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶的同時(shí)通信，還互不干擾。 在一個(gè)選擇的場景下MIMO技術(shù)是很容易演示成功的，但是在復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境中所涉及的問題的難度，是兩個(gè)數(shù)量級的差別。當(dāng)然MIMO是一個(gè)有潛力的領(lǐng)域，但是其實(shí)用化問題仍然沒有解決。

MIMO的問題還在于，雖然能夠提高容量，但是要增加設(shè)備，有成本的。 其實(shí)MIMO最樸素的應(yīng)用就是古老的三扇區(qū)天線，一個(gè)全向小區(qū)分割成三個(gè)扇區(qū)，容量在理論上增加了三倍，這就是MIMO的原理，雖然說是古板了一點(diǎn)。 所以粗暴一點(diǎn)，搞個(gè)9扇區(qū)，12扇區(qū)，也就是mMIMO了，這個(gè)華為已經(jīng)有產(chǎn)品了。 這和是不是5G沒關(guān)系。

綜合來看，5G相對于4G來說，幾乎沒有技術(shù)進(jìn)步，在一些地方還退步了。 比如說NOMA，F(xiàn)-OFDM，還有為了保證短時(shí)延而采用的自包含結(jié)構(gòu)。

還有，5G采用了更高的頻譜。在中國是3.5GHz，還好一點(diǎn)。美國用了28GHz。頻率越高覆蓋越小，這是無線通信的基本知識。所以同樣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋， 比起4G的2.6GHz，3.5GHz的投資要高出50%(我也是看來的，看起來合理)，而28GHz實(shí)現(xiàn)覆蓋就是開玩笑了，花5倍的銀子也是正常的。

所以從技術(shù)角度看，5G比4G沒有進(jìn)步，成本會更高。

5G需求

5G的需求，大概可以用高速率、低延遲、大連接來概括。

大家知道，4G設(shè)計(jì)當(dāng)初的速率目標(biāo)是100Mbps，隨著技術(shù)的演進(jìn)，4G Cat 11的速率已經(jīng)達(dá)到600Mbps。5G進(jìn)一步把速率目標(biāo)提高到1Gbps以上。為了滿足一些低延遲業(yè)務(wù)的需求，5G要求空中接口的延遲時(shí)間為1ms，而4G的這一指標(biāo)為30ms左右。4G主要是為移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的，強(qiáng)調(diào)的是人與網(wǎng)絡(luò)之間的高速連接，而同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)的終端的數(shù)量并不是一個(gè)需要特別考慮的問題。而在蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每一件物體都有可能有聯(lián)網(wǎng)要求，因此連接數(shù)量會有數(shù)量級的增加，5G需要具有支持海量連接的能力。

5G最抓眼球的就是它的速率。 看新聞經(jīng)常是比光纖還快，一秒下一個(gè)大片，快到把人臉吹成骷髏，等等。

但是有什么樣的業(yè)務(wù)需要這樣的速率呢?

雖然暫時(shí)想不出，但是有一個(gè)非常流行的觀點(diǎn)是，先修好路，自然會有車。3G、4G都是這樣，微博、微信、抖音什么的，以前根本就想不到。等4G來了之后，這些應(yīng)用也就有了。

很顯然，這個(gè)觀點(diǎn)首先在邏輯上就有很大的問題。 修好了路沒有車也很正常啊，你就沒見過沒人走的路嗎? 按照3G、4G的情況去推斷5G，這個(gè)也不靠譜。就像你已經(jīng)活了80歲，不能按此推斷你還能再活80歲。2G和3G都處于帶寬短缺的時(shí)代，所以形成了修好路必有車的錯(cuò)覺。然而到了4G之后，帶寬已經(jīng)不再短缺了。

還有一個(gè)流行的觀點(diǎn)是，科技發(fā)展往往超出人的想象力，所以保守的預(yù)測往往是錯(cuò)誤的。 比如比爾蓋茨當(dāng)年說，計(jì)算機(jī)640k內(nèi)存應(yīng)該是夠了。 而現(xiàn)在已經(jīng)是640G了，6個(gè)數(shù)量級的增長。

必須認(rèn)識到，通信和計(jì)算機(jī)有很大的不同。

計(jì)算機(jī)所涉及的所有零部件，CPU，內(nèi)存，硬盤，都有一個(gè)共同的源泉就是半導(dǎo)體工藝。 半導(dǎo)體集成度在近十年提高了1000倍，大家共同水漲船高。但是通信不一樣。 通信需要一個(gè)受體，以目前最廣泛的eMBB為例，這個(gè)受體就是人。 人是肉長的而不是沙子做的，它能夠處理的最大信息速率，也就是帶寬，是固定的，超過了人的帶寬是沒有意義的。

通俗一點(diǎn)說，我在PAD上看片，我一般看缺省的高清格式，盡管有超清格式，我一般不會主動選擇。為啥? 因?yàn)槲业睦匣ㄑ劭床怀龆叩膮^(qū)別。當(dāng)然眼睛好的人還是應(yīng)該能分出來的。 高清視頻也就是1～2Mbps的速率，目前的WiFi，4G都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出了我的需求。

當(dāng)然，有人會反對。比如目前4K/8K視頻很火熱，有朋友跟我說，看了4K視頻之后，其他的都沒法看了。 我天天看高清格式視頻，倒是沒這種感覺了。 當(dāng)然對于60”的大電視，提高分辨率還是有必要的。但是電影院的屏幕，目前還只是2K， 我認(rèn)為4K/8K更多的是心理上的。 用戶挑電視的時(shí)候會靠在跟前看屏幕上的一小塊區(qū)域，一個(gè)像素一個(gè)像素地檢查，4K/8K當(dāng)然要好。如果在正常觀看距離上，比如2米，4K和2K會有明顯區(qū)別嗎? 我沒試驗(yàn)過啊，有興趣的朋友可以做一下雙盲實(shí)驗(yàn)。

即使是4K視頻，速率也只有30Mbps，4G支持也不費(fèi)力啊，怎么會有1Gbps的需求呢? 這就要說到虛擬現(xiàn)實(shí)VR了。 VR要求有沉浸式的體驗(yàn)。啥叫沉浸式? 在真實(shí)的場景當(dāng)中，如果我們慢慢地轉(zhuǎn)頭，看到的景物也就連續(xù)地變化，這就是沉浸的意思。VR要實(shí)現(xiàn)這種效果，不光要傳給你正在看的東西，沒看的東西也要傳給你，轉(zhuǎn)頭的時(shí)候要現(xiàn)傳新視角上的數(shù)據(jù)來不及，會出現(xiàn)卡頓，就不是沉浸式體驗(yàn)了。這樣一來，數(shù)據(jù)量再增加30倍，差不多就到1G了。5G的1G速率的需求就是這么來的。

VR作為一種創(chuàng)新的視頻形式，相信能夠獲得一定的應(yīng)用。VR的麻煩在于需要一個(gè)專門的頭盔，哪怕是手機(jī)盒做的簡易型的，都是不方便攜帶的。這么一來VR一般發(fā)生在室內(nèi)，而且一般是專門用途的場景，比如房地產(chǎn)或者旅游景點(diǎn)的體驗(yàn)店什么的。 這些業(yè)務(wù)一般不會走移動通信，更多的是WiFi或者專線。

總是有很多朋友寄希望于未來可能出現(xiàn)的未知業(yè)務(wù)。 雖然具體的業(yè)務(wù)會層出不窮，我們確實(shí)無法預(yù)測，但是只要最終的受體是人，人感受信息的通道就是眼睛和耳朵，鼻子舌頭皮膚還都用不上，人類進(jìn)化出新的感覺器官最少也得是100萬年以后的事情。人眼的帶寬就確定了通信的最大速率，這是一個(gè)物理瓶頸，不管什么應(yīng)用出現(xiàn)都是無法突破的。

從現(xiàn)實(shí)的情況看，WiFi的速率總是領(lǐng)先移動網(wǎng)的，即使WiFi已經(jīng)提供給我們100M的帶寬了，但是我門最多應(yīng)用的速率還是1～2M，超出10M以上的應(yīng)用非常少，也只有下載軟件的時(shí)候有時(shí)會達(dá)到。所以其實(shí)4G的速率已經(jīng)超出需求了，5G的高速率完全是沒必要的。

人的感官能力對時(shí)延同樣是一個(gè)決定因素。

時(shí)延當(dāng)然越短越好，沒有人會不喜歡短時(shí)延，但是信息論的基本原理決定了短時(shí)延會造成高成本。信道編碼依靠的是大數(shù)定律實(shí)現(xiàn)可靠通信，要達(dá)到信道容量，理論上需要無窮的時(shí)延。因此這個(gè)固有原理因素就決定了時(shí)延不能非常短。這里就不說其他的處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延和反饋時(shí)延了。非要實(shí)現(xiàn)低時(shí)延也有方法，就是把效率降低，用很高的信噪比去實(shí)現(xiàn)很低的速率。這個(gè)成本就太高了。 任總一直在說，大速率、低時(shí)延的通信技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)。其實(shí)根本就不存在這樣的技術(shù)。

要知道人的感官時(shí)延大概是100毫秒左右，所以4G 幾十毫秒的時(shí)延是比較合適的，1ms的時(shí)延對人沒有意義。所以，只要有人參與的應(yīng)用，就不需要低時(shí)延。比如常用的微博微信，甚至是很多人認(rèn)為需要低時(shí)延的手機(jī)游戲，在WiFi上不都玩得挺好嗎。

自動駕駛是被廣泛誤解為需要低時(shí)延的應(yīng)用。你可以經(jīng)常看到有文章說，低時(shí)延使得剎車距離更短，從而更安全。 但是這要基于一個(gè)假設(shè)，就是剎車指令是通過5G網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程控制中心傳送給汽車的。 顯然實(shí)際的解決方案不是這樣。 象剎車這種對時(shí)延和可靠性要求都非常高的指令，只能由車在本地產(chǎn)生，采用盡量短的回路。依靠網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，是路線規(guī)劃和路況信息這樣的對可靠性和時(shí)延沒有特殊要求的信息。Google汽車已經(jīng)跑了幾百萬公里了，并不需要一個(gè)低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)。甚至沒有網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，汽車也應(yīng)該能跑，這是起碼的要求。

基于同樣的原因，象無人工廠這些工業(yè)應(yīng)用也無法通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。5G是一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)，對經(jīng)濟(jì)性的要求決定了它無法達(dá)到工業(yè)級的可靠性。不是說技術(shù)上做不到工業(yè)級的可靠性，而是能做到也不做，太貴了公眾用不起。所有的工業(yè)應(yīng)用必須用專線。 遠(yuǎn)程手術(shù)也是同樣的道理。

對于這個(gè)話題，你經(jīng)常會看到一個(gè)很高大上的技術(shù)叫“網(wǎng)絡(luò)切片”，意思是在5G網(wǎng)絡(luò)上切出一個(gè)高可靠性的通道出來，用來滿足工業(yè)應(yīng)用。 但是這實(shí)際是不可能做到的。 一個(gè)系統(tǒng)的可靠性取決于最薄弱的一環(huán)。如果5G網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的硬件設(shè)施，如果不想多花錢，就已經(jīng)決定了這是一個(gè)民用級別的可靠性，是不可能在軟件上做點(diǎn)工作使之達(dá)到工業(yè)級的可靠性。 就像特朗普車隊(duì)，要清道、設(shè)崗，要有探路車、開道車、救護(hù)車、通信車、陸軍一號這些硬東西，要花大把的銀子。單靠在大街上掛幾個(gè)標(biāo)志是無法保證總統(tǒng)安全的。

雖然低時(shí)延高可靠性(uRLLC)是5G定義的三大場景之一，但是這與5G作為一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)的基本特征相矛盾，是絕無可能實(shí)現(xiàn)的。

剛才所說的自動駕駛和無人工廠，屬于物聯(lián)網(wǎng)的例子。 接下來我們聊聊普遍意義的物聯(lián)網(wǎng)。

有句非常有名的話，叫做“4G改變生活，5G改變社會”，說的就是物聯(lián)網(wǎng)。5G使我們的社會從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到萬物互聯(lián)的社會。

雖然普遍認(rèn)為目前處于物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)的前夕，但是有個(gè)問題，物聯(lián)網(wǎng)未必是移動通信的菜。

移動通信是怎么來的呢? 起初就是人要打電話，要到處跑，不光在本地跑，還要出差，還要出國。這個(gè)特點(diǎn)要求移動需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全球統(tǒng)一。所以要有個(gè)叫3GPP的組織，幾百個(gè)公司的人一起制定這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，扯來扯去效率是很低的。還要搞個(gè)核心網(wǎng)去支持運(yùn)營，運(yùn)營商還要養(yǎng)著一大票的運(yùn)維人員，這些特點(diǎn)就決定了移動通信會比較貴。

所以說，除非移動，不然沒有必要用移動通信。 這樣移動通信的客戶群就很明確，一是人，二是車，另外還有野生動物。所以eMBB，車聯(lián)網(wǎng)，野外科學(xué)考察等等，是移動通信的正經(jīng)業(yè)務(wù)。

但是大多數(shù)東西是不動的。 在Wifi已經(jīng)普及的情況下，很大的一塊業(yè)務(wù)會被Wifi分流，比如智能家居。 并且eMBB是2C的，而物聯(lián)網(wǎng)多數(shù)是2B的，象油田，電力公司這些大企業(yè)更傾向于自建網(wǎng)絡(luò)，就不用向運(yùn)營商交月租了。以NB-IoT為例，一個(gè)鏈接每年20塊的資費(fèi)對很多應(yīng)用是很大的一個(gè)負(fù)擔(dān)。 這就有了象Lora這樣的系統(tǒng)的生存空間，成本比5G低得多。

所以，從5G的三大需求看，高速率和低時(shí)延的需求都是不存在的，物聯(lián)網(wǎng)只有小部分落入5G的范圍。

移動通信與WiFi

5G與WiFi的關(guān)系是無法回避的問題，這其實(shí)是本文開始就提到了CT與IT兩大生態(tài)體系的關(guān)系問題。

首先有一個(gè)每個(gè)人都能感覺到的事實(shí)，WiFi承載了80%的流量，我們卻不會為它付一分錢，而會為只承載20%流量的4G付月租。這是為什么?

在信息社會，手機(jī)是我們與社會連接的通道。當(dāng)我們習(xí)慣了這種連接之后，丟失連接后就會感到恐慌。 很多人一有機(jī)會就查一下微信，微博，電郵，股票，彩票，生怕遺漏了重大機(jī)會，或者沒能及時(shí)回復(fù)。 也就是說，隨時(shí)隨地與社會連接，是我們的剛需。 要滿足這種剛需，需要一個(gè)廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，這正是移動通信的目標(biāo)和功能。

在WiFi火熱的時(shí)候，有些城市試圖建設(shè)WiFi城市，用WiFi來實(shí)現(xiàn)覆蓋，但是最終都失敗了。 因?yàn)閃iFi是由IT界設(shè)計(jì)的，生來就缺乏實(shí)現(xiàn)廣覆蓋的能力。這表現(xiàn)在技術(shù)方案上，就不在這里細(xì)說了。 后來IT界把WiFi升級到WiMax，試圖與CT競爭，但是IT界的基因還是導(dǎo)致了WiMax的失敗，并且導(dǎo)致北電破產(chǎn)。

由于WiFi無法實(shí)現(xiàn)廣覆蓋，它被定義為固網(wǎng)的延伸，已經(jīng)成功滲透到了多數(shù)的家庭、酒店和辦公室， 目前WiFi的實(shí)測速率已經(jīng)達(dá)到300～400Mbps。 WiFi提供的是特定地點(diǎn)的高速率通信。路由器很便宜，二百塊錢一個(gè)，用戶自己買一個(gè)回來自己就能搞定，想把這些路由器集中控制起來收月租顯然是不可行的。

IT與CT都試圖入侵對方領(lǐng)地。早幾年的WiMax就是IT入侵CT的一次失敗的嘗試。 這幾年，也經(jīng)常聽到各種消息，一會兒是小扎，一會兒是馬斯克，都要建全球免費(fèi)WiFi，周鴻祎說他掌管中國移動，就全免費(fèi)。當(dāng)然都沒能成功。 移動通信所要求的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、廣域覆蓋，網(wǎng)歸網(wǎng)優(yōu)，客戶管理，都決定了運(yùn)營商是一個(gè)分層的官僚體系，與互聯(lián)網(wǎng)基因格格不入。中國移動每年?duì)I收8000億，夠買6個(gè)360了，說免就免了，從哪能撈回來這么些錢? 用戶愿意交這個(gè)錢，非不收，那叫啥呢?

反過來，移動通信能取代WiFi嗎。WiFi覆蓋小，高速率，成本低，使用非許可頻段，決定了其免費(fèi)的必然性。 移動通信要取代WiFi，也必須達(dá)到如此低的成本，并且實(shí)現(xiàn)免費(fèi)。 這是否能做到呢? 如果4G能夠利用已有的規(guī)模優(yōu)勢，做低成本的Femto基站，理論上有可能。 但是市場規(guī)模太小，菊花大廠看不上眼，現(xiàn)有的管理體制也不能適應(yīng)。 而小廠很難有這個(gè)技術(shù)能力。 所以說也是比較難的。

所以說，移動通信和WiFi有各自的應(yīng)用場景。 移動通信能夠?qū)崿F(xiàn)anytime，anywhere的連接，能夠滿足用戶的剛需，而WiFi便宜，無月租，滿足用戶高速率的應(yīng)用需求，將長期共存。

5G之局

移動通信經(jīng)過四代的發(fā)展之后，人們得到一個(gè)似乎的規(guī)律，就是單數(shù)代不太成功，而偶數(shù)代很成功。 經(jīng)過我們的分析后發(fā)現(xiàn)，1G和3G，都是新的需求促成的，但是技術(shù)不太好，而2G和4G在原有的需求基礎(chǔ)上，改進(jìn)了技術(shù)，從而很成功。 1G和3G雖然不太成功，但也不能說是失敗，畢竟他們是滿足新需求的唯一技術(shù)。 但是到了5G，需求是虛構(gòu)的，技術(shù)上并沒有進(jìn)步，所以必然是要失敗的。

5G是目前最火熱的話題。 特別是孟晚舟事件之后，美帝組團(tuán)打壓華為，國人已經(jīng)把5G看成是中美對決的戰(zhàn)場。

對于5G的立場，任總曾經(jīng)發(fā)表過一個(gè)講話，說5G的需求并沒有出現(xiàn)。我心里贊嘆任總真是到了從心所欲不逾矩的境界，也不為利益所左右。 后來徐直軍也發(fā)表了對5G相對保守的觀點(diǎn)。但是后來口風(fēng)變了，任總為自己的講話向產(chǎn)品線道了歉。后來華為發(fā)文表示要堅(jiān)決打勝5G這一仗。

我們已經(jīng)知道，移動通信的根本的價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間，任何地點(diǎn)的連接能力，在此基礎(chǔ)上提高網(wǎng)絡(luò)容量。如果沒有覆蓋這個(gè)前提，只是在局部實(shí)現(xiàn)高速率是沒有商業(yè)價(jià)值的。 比如說大家一直談?wù)摰目梢姽馔ㄐ?，因?yàn)楦采w小只能服務(wù)兩三個(gè)人，速率太高超過了人的帶寬，就沒有意義了。 這個(gè)問題對毫米波、太赫茲都是如此。

雖然過高的速率沒夠意義，但是隨著用戶滲透率的提高，資費(fèi)的下降，數(shù)據(jù)量每年增長30%的情況還會持續(xù)很多年。因此移動網(wǎng)絡(luò)還需要擴(kuò)容。

移動通信正確對發(fā)展方向是，保證連續(xù)覆蓋的情況下以低成本提高網(wǎng)絡(luò)容量。當(dāng)然，并不是我一個(gè)人才知道這是正確的方向，實(shí)際上這是通信界的常識，2G和4G的成功就是這種模式。

5G偏離了這種模式，走向了錯(cuò)誤的方向。 這背后的原因有三個(gè)，一是通信原理的創(chuàng)新遇到瓶頸，二是半導(dǎo)體工藝獲得了爆炸性的發(fā)展， 三是無線產(chǎn)業(yè)決策鏈條太長。

通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展百年，因?yàn)槠鋺?zhàn)略地位和創(chuàng)造財(cái)富的能力，全球最強(qiáng)智力投入其中，但凡簡單一點(diǎn)的創(chuàng)新早就發(fā)掘完了。用于Turbo碼解碼的BCJR算法是1970年代發(fā)明的，在我歷經(jīng)艱辛終于看懂之后，感嘆道，這只能與魔鬼做交易才能搞得出來。 到2009年的時(shí)候，隨著Turbo，LDPC，Polar，OFDM，MIMO等領(lǐng)域的進(jìn)展并且逼近理論極限，學(xué)術(shù)界普遍感覺到物理層已經(jīng)死了，再也無法創(chuàng)新了。 象David Tse這樣的被公認(rèn)為傳承香農(nóng)衣缽的大咖，也感覺無處可走，轉(zhuǎn)行做生物信息去了。

在此同時(shí)，半導(dǎo)體技術(shù)得到了爆炸性的發(fā)展。 大家手上的U盤，從10年前128M變成了現(xiàn)在的128G。在通信原理無法獲得突破的情況下，自然地走上利用強(qiáng)大的算力實(shí)現(xiàn)高速率的方向。 高算力使得采用更寬的頻帶，更多的天線成為可能，在通信原理不變的情況下，通過算力使得速率暴力提升1000倍是很簡單的事情。 華為早就整出來115Gbps的樣機(jī)了?？磮?bào)道我國啟動了6G研究，速度比5G高10倍，看得我真是很無奈。

移動通信產(chǎn)業(yè)有著與其他產(chǎn)業(yè)不同的特點(diǎn)。 一般的產(chǎn)業(yè)都是研發(fā)產(chǎn)品上市，獲得反饋并逐步改進(jìn)，是一個(gè)快速迭代的過程。 而移動通信要求在什么還沒有之前，大家共同商定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，然后按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)做產(chǎn)品。 何時(shí)啟動一代通信標(biāo)準(zhǔn)是戰(zhàn)略決策，是由政治領(lǐng)導(dǎo)人和商業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人來做出的。他們當(dāng)然會咨詢技術(shù)專家，但是專家們也未必懂，其中還有巨大的利益博弈，顯然并不靠譜。行業(yè)認(rèn)同的宏觀規(guī)律是十年一代。時(shí)間一到，各方力量合力推動，就動手干了。 大炮一響，黃金萬兩。即使實(shí)際上不能干，也得創(chuàng)造條件干。所以我們看到5G出現(xiàn)了很多奇葩的技術(shù)，如全雙工，毫米波，現(xiàn)在可見光，太赫茲也要上場了。NOMA和F-OFDM比較起來都算是好的。

一代移動通信標(biāo)準(zhǔn)一旦啟動，到產(chǎn)品上市之前，所有的玩家都投入了巨大的成本。鑒于通信產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位，政府意志也為之背書。大家都綁在這個(gè)戰(zhàn)車上，即使有問題，在碰到南墻之前是不會停下來的。

所以5G的問題，不光是華為的問題，或者是中國的問題，美國、歐洲也都是如此。很多網(wǎng)友看到美帝在5G上整華為，就覺得美帝反對的東西肯定很重要。中國長期以來落后，都以美國為燈塔。但是經(jīng)過改開40年，中國國力日漸強(qiáng)盛。而通信產(chǎn)業(yè)整體上已經(jīng)獲得了領(lǐng)先地位。在這種競爭格局下，即使美帝也會犯錯(cuò)。什么銥星啊，Wimax啊，不都是美帝整的嗎? 所以我們要有獨(dú)立的判斷，而不是被對方的判斷左右。 隨著商用的日益迫近，5G的問題會逐漸暴露出來。比如最近ATT的5G造假，韓國5G被指無用，澳洲未能按計(jì)劃推出5G服務(wù)，等等。希望本文能為各方提個(gè)醒，盡量減少損失吧。

因?yàn)槿慰偟闹v話，我認(rèn)為華為對5G是有清醒的認(rèn)識的，任總最新的講話又談到了5G的需求沒有出現(xiàn)。5G成功當(dāng)然好，又能成為華為的產(chǎn)糧田，況且在輿論上華為5G已經(jīng)領(lǐng)先友商12個(gè)月。但5G失敗對華為也是有利的。因?yàn)槿A為有著最齊全的產(chǎn)品線，是行業(yè)老大，沒有技術(shù)創(chuàng)新也就意味著現(xiàn)有格局的固化，華為也就能笑到最后了。當(dāng)然裁員是避免不了的，這對于通信狗們來說不是個(gè)好消息。 對于二線的設(shè)備商，卻是災(zāi)難性的，對5G的投入無法回收，現(xiàn)有市場份額也會被華為逐漸蠶食。 對于高通更是滅頂之災(zāi)，3G專利過期，4G沒專利，然后5G沒有了，怎么收專利費(fèi)?早些年嫌設(shè)備和手機(jī)不賺錢甩給別人了，現(xiàn)在有點(diǎn)傻眼。趁手上還有點(diǎn)銀子，想收個(gè)恩智浦，也被貿(mào)易戰(zhàn)給攪黃了。這日子怕是過不下去了。

未來之路

前面已經(jīng)講到，移動通信的發(fā)展方向是在保證覆蓋的情況下，用低成本的技術(shù)提高系統(tǒng)容量。 這背后的使能器是核心技術(shù)的突破。 這也是我近二十年的通信技術(shù)研究生涯所始終追求的目標(biāo)。

盡管學(xué)界對通信原理的發(fā)展前景很悲觀，但是情況正在起變化。

我在2014年發(fā)布了多級軟頻率復(fù)用技術(shù)(multilevel soft frequency reuse，MLSFR)，是SFR技術(shù)的增強(qiáng)版。 理論表明，SFR可以提升頻譜效率10%左右，MLSFR可以提高30%。 值得注意的，這是在不增加任何硬件成本的前提下。 這種幅度技術(shù)進(jìn)步，在最近30年的通信史上，只有Turbo碼可以媲美，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高通在CDMA領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。MLSFR將成為未來移動通信組網(wǎng)技術(shù)的基石。

影響更加深遠(yuǎn)的，我已經(jīng)在信息論上獲得了重大突破。 大家知道，香農(nóng)在1948年創(chuàng)立了信息論，其中最重要的成果是這個(gè)信道容量公式：C=log(1+S/N)，是指引著通信技術(shù)研究和工業(yè)發(fā)展的燈塔。

但是香農(nóng)只給出了最簡單的AWGN信道的容量。 無線通信的信道都是衰落信道，而衰落信道的容量香農(nóng)只開了個(gè)頭，后來的學(xué)者發(fā)展出了一套衰落信道容量的理論，這些可以在經(jīng)典的通信原理教科書里面找到。

但是，目前的衰落信道容量理論是錯(cuò)誤的。

這個(gè)問題我思考了14年，終于提出了新的衰落信道容量理論并在2018年3月份完成了論文初稿。大家可以體會一下基礎(chǔ)研究的周期。 審稿的過程也非常艱苦。開始投稿了Nature，但是Nature認(rèn)為滿篇都是公式的稿件不符合它們的風(fēng)格，還是投到應(yīng)屬期刊IEEE Transactions on Information Theory。經(jīng)過5個(gè)月的評審被拒，原因是兩個(gè)評委認(rèn)為論文對信息論存在誤解。想想當(dāng)年Turbo 碼論文，評委認(rèn)為存在3dB的誤差。重大突破被誤解恐怕是一個(gè)規(guī)律，創(chuàng)新者需要有這樣的心里準(zhǔn)備。 但是另外一位評委給予了全面的肯定。 當(dāng)然，所有的評審意見都很容易回答，稿件修改之后再次投稿后，評審又進(jìn)行了三個(gè)月，還沒有出結(jié)果。在中美貿(mào)易戰(zhàn)的背景下，美國在整華為，也難保政治不會侵蝕學(xué)術(shù)道德。 不管怎么樣，大家很快就能看到了。

基礎(chǔ)理論的突破預(yù)示著無線通信產(chǎn)業(yè)的又一次技術(shù)革命，而中國就是這次革命的源頭。