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，是當下到一個最熱的話題，5G如何發(fā)展，前景如何，是各個方面包括學術界、產(chǎn)業(yè)界、投資界以及政府都非常關心的。另外，中國已經(jīng)啟動6G研究的消息也見諸報端，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。

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無線通信產(chǎn)業(yè)是由需求和技術兩個輪子驅(qū)動前進的。早在1947年，貝爾實驗室的科學家就提出了蜂窩通信的概念，其中的核心技術是頻率復用和切換。基于這一概念，貝爾實驗室于1978年研制出先進移動電話系統(tǒng)(Advanced Mobile Phone Service，AMPS)，這就是先進一代移動通信系統(tǒng)。AMPS是一個模擬通信系統(tǒng)，采用頻分多址(FDMA)的復用技術，主要技術手段是濾波器，容易受噪聲的干擾，語音質(zhì)量較差。

隨著集成電路技術的發(fā)展，第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字技術，并采用TDMA和信道編碼技術，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90年代互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，順應這一時代要求，產(chǎn)業(yè)界制訂了3G標準用以實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)。3G采用了高通公司開發(fā)的CDMA技術。CDMA一度被認為是一個神奇的技術，高通公司宣稱CDMA的頻譜效率可以達到AMPS的18倍，但是實踐表明這個觀點太過于浮夸了，CDMA存在自干擾問題，其頻譜效率只比GSM高10%左右，并且3G的主流標準WCDMA的系統(tǒng)設計過于復雜，導致部署成本比較高，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，從根本上克服了CDMA的技術缺陷，并且簡化了系統(tǒng)設計，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體制，因此長不大。2G進行了數(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，但是在技術上走了彎路，全球的3G業(yè)務都不是太成功;而4G回歸了正確的技術路線，目前4G業(yè)務蓬勃發(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，三大運營商也已經(jīng)在多個城市開展了商用實驗，商用前的準備工作正在緊鑼密鼓地進行。 很多人認為5G牌照會在年內(nèi)(2019)發(fā)放。

對于5G的討論，也要從技術和需求兩條線來討論。

無線通信技術體制

無線通信產(chǎn)業(yè)基本上可以用“端管云”三個字進行概括。 端就是終端，包括電腦， PAD，手機等。云就是存儲在網(wǎng)絡上的內(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。

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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)主要是起運營支撐作用，比如身份的識別，計費等等。 而另一個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。如果做一個類比，通信網(wǎng)絡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)絡的銷售額不大，但是占據(jù)戰(zhàn)略制高點;而空中接口部分相當于神經(jīng)末梢或者毛細血管，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。 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。在有線通信當中，信號在一個精心制造的介質(zhì)里面?zhèn)鞑ィ瑹o論是銅線還是光纖，信號質(zhì)量非常好，隨便搞搞就能達到很高的速率。 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，很多時候需要經(jīng)過反射或者穿透障礙物才能達到接收機。 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好處，就是擺脫了線的束縛，可以拿著手機隨便走，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，攻克無線通信當中的道道難關。

網(wǎng)絡分層協(xié)議

剛才說的這些事，背后是網(wǎng)絡的分層結(jié)構。比如上圖就是一個網(wǎng)絡的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)絡是分層工作的就好了。 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。

這個和郵政系統(tǒng)非常類似。 物理層相當于運送信件或者包裹的方式，可以是馬車，汽車、輪船、飛機，這提供了運送的能力。但是寄信的時候，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)絡的核心技術在物理層。當然高層也必不可少，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，主要不是體現(xiàn)在郵局的布置上，而是運輸方式的改進，以前是馬車，現(xiàn)在改飛機了。雖說郵局也進步了，比如裝了玻璃柜臺，或者信件實現(xiàn)了機器分揀， 但不是主要的因素。

光纖是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的最重要的基石，就是物理層技術。高層技術當中大家最熟悉的是IP協(xié)議。IPV4獲得廣泛應用后，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，就是因為高層技術相對簡單，改進的空間不大。

無線通信技術演進

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

3G核心技術

空中接口的核心技術可以分為5個大類，分別是調(diào)制、編碼、多址、組網(wǎng)和多天線。 比核心技術更基礎的是基礎理論，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，并且成為3G三大標準( WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA)的核心技術，從而一躍成為芯片業(yè)巨頭。 上圖所示的是WCDMA的核心技術。高通的貢獻主要在多址和組網(wǎng)兩個領域。

雖然普遍認為高通開發(fā)了CDMA技術，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技術的標準接收機叫Rake接收機，也于1950年代由貝爾實驗室發(fā)明。 實際上由于當時普遍認為CDMA的保密性好，一直應用于軍事通信。 而高通解決的是CDMA的民用問題，這在當時是普遍不被看好的。

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

3G在編碼領域的主要進展是采用了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，因為它頭次充分逼近了香農(nóng)在1948年所提出的信道容量。

在多天線領域，Alamouti編碼應用到了廣播信道多編碼。因為廣播信道在整個業(yè)務當中的比重并不大，所以這個編碼的作用相對重要性低一些。但是這個編碼是多天線技術領域的里程碑，有非常大的影響力。

調(diào)制是最基礎的通信技術，沒有之一。因為基礎，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)兩個方面擁有核心技術。當然，在把核心技術工程化的過程當中也建立起由幾千個專利組成的專利組合。 憑著這些專利和芯片的聯(lián)合運作，收取了大量的高通稅。

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

4G核心技術

到了4G之后，CDMA技術被OFDM技術所取代。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問題，但采取的方法是在CDMA缺陷的基礎上進行補救，但是怎么補也補不徹底。

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，那這些補救措施也就沒必要了。 所以在4G時代，高通的技術體系被摧毀了。 采用OFDM技術帶來了新的問題，解決這些問題導致了三個創(chuàng)新的出現(xiàn)，這就是我在華為提出的sOFDM和軟頻率復用(SFR)以及愛立信提出的SC-FDMA技術。 我在華為還提出了隨機波束賦形(random beam forming)技術，解決了非常火熱的循環(huán)延時分集(Cyclic Delay Diversity)的嚴重缺陷。 在調(diào)制和編碼領域仍然采用了3G的方案。

可以看出，華為在4G的核心技術上已經(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時代成為頭籌大設備制造商。

5G核心技術

5G標準已經(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，太基礎了，想變也變不動。

因為聯(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。 這兩個碼都是鼎鼎大名，是Turbo碼之后通信技術發(fā)展的里程碑性的技術。 但是由于Turbo碼已經(jīng)比較接近香農(nóng)限，雖然這兩個碼更接近，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的必選項變成了可選項，這是因為它相對于OFDMA并沒有什么技術優(yōu)勢。

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

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)濟效應。F-OFDM強調(diào)對不同的環(huán)境采用不同參數(shù)從而更好的適應環(huán)境。 這種做法并沒有什么增益，反而丟失了規(guī)模效應這個大西瓜，也屬于技術退步。

組網(wǎng)方面沒有聽到什么消息，工作假設應該還是同頻復用。SFR和CoMP都是組網(wǎng)方案。SFR非常簡單，不需要標準化。 CoMP雖然一度被認為是更先進的技術，但經(jīng)歷了轟轟烈烈的標準工作和產(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界和工業(yè)界的熱點。 但是這個技術一直到4G都不是很成功。這個技術有個特點，一演示就成功，一實用就趴窩。 記得20年前我還是小白的時候，在電信展上就看到廠家演示空分復用，用相同的時頻資源實現(xiàn)兩個用戶的同時通信，還互不干擾。 在一個選擇的場景下MIMO技術是很容易演示成功的，但是在復雜的實際環(huán)境中所涉及的問題的難度，是兩個數(shù)量級的差別。當然MIMO是一個有潛力的領域，但是其實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，但是要增加設備，有成本的。 其實MIMO最樸素的應用就是古老的三扇區(qū)天線，一個全向小區(qū)分割成三個扇區(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。 所以粗暴一點，搞個9扇區(qū)，12扇區(qū)，也就是mMIMO了，這個華為已經(jīng)有產(chǎn)品了。 這和是不是5G沒關系。

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

還有，5G采用了更高的頻譜。在中國是3.5GHz，還好一點。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。

所以從技術角度看，5G比4G沒有進步，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設計當初的速率目標是100Mbps，隨著技術的演進，4G Cat 11的速率已經(jīng)達到600Mbps。5G進一步把速率目標提高到1Gbps以上。為了滿足一些低延遲業(yè)務的需求，5G要求空中接口的延遲時間為1ms，而4G的這一指標為30ms左右。4G主要是為移動互聯(lián)網(wǎng)設計的，強調(diào)的是人與網(wǎng)絡之間的高速連接，而同時連接到網(wǎng)絡的終端的數(shù)量并不是一個需要特別考慮的問題。而在蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)時代，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，一秒下一個大片，快到把人臉吹成骷髏，等等。

但是有什么樣的業(yè)務需要這樣的速率呢?

雖然暫時想不出，但是有一個非常流行的觀點是，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，這些應用也就有了。

很顯然，這個觀點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代，所以形成了修好路必有車的錯覺。然而到了4G之后，帶寬已經(jīng)不再短缺了。

還有一個流行的觀點是，科技發(fā)展往往超出人的想象力，所以保守的預測往往是錯誤的。 比如比爾蓋茨當年說，計算機640k內(nèi)存應該是夠了。 而現(xiàn)在已經(jīng)是640G了，6個數(shù)量級的增長。

必須認識到，通信和計算機有很大的不同。

計算機所涉及的所有零部件，CPU，內(nèi)存，硬盤，都有一個共同的源泉就是半導體工藝。 半導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。 通信需要一個受體，以目前最廣泛的eMBB為例，這個受體就是人。 人是肉長的而不是沙子做的，它能夠處理的大信息速率，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? 因為我的老花眼看不出二者的區(qū)別。當然眼睛好的人還是應該能分出來的。 高清視頻也就是1～2Mbps的速率，目前的WiFi，4G都遠遠地超出了我的需求。

當然，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， 我認為4K/8K更多的是心理上的。 用戶挑電視的時候會靠在跟前看屏幕上的一小塊區(qū)域，一個像素一個像素地檢查，4K/8K當然要好。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? 我沒試驗過啊，有興趣的朋友可以做一下雙盲實驗。

即使是4K視頻，速率也只有30Mbps，4G支持也不費力啊，怎么會有1Gbps的需求呢? 這就要說到虛擬現(xiàn)實VR了。 VR要求有沉浸式的體驗。啥叫沉浸式? 在真實的場景當中，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用。VR的麻煩在于需要一個專門的頭盔，哪怕是手機盒做的簡易型的，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)或者旅游景點的體驗店什么的。 這些業(yè)務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。 雖然具體的業(yè)務會層出不窮，我們確實無法預測，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大速率，這是一個物理瓶頸，不管什么應用出現(xiàn)都是無法突破的。

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

人的感官能力對時延同樣是一個決定因素。

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

要知道人的感官時延大概是100毫秒左右，所以4G 幾十毫秒的時延是比較合適的，1ms的時延對人沒有意義。所以，只要有人參與的應用，就不需要低時延。比如常用的微博微信，甚至是很多人認為需要低時延的手機游戲，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延的應用。你可以經(jīng)常看到有文章說，低時延使得剎車距離更短，從而更安全。 但是這要基于一個假設，就是剎車指令是通過5G網(wǎng)絡從遠程控制中心傳送給汽車的。 顯然實際的解決方案不是這樣。 象剎車這種對時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)絡傳輸?shù)模锹肪€規(guī)劃和路況信息這樣的對可靠性和時延沒有特殊要求的信息。Google汽車已經(jīng)跑了幾百萬公里了，并不需要一個低時延的網(wǎng)絡。甚至沒有網(wǎng)絡的時候，汽車也應該能跑，這是起碼的要求。

基于同樣的原因，象無人工廠這些工業(yè)應用也無法通過5G網(wǎng)絡實現(xiàn)。5G是一個公共網(wǎng)絡，對經(jīng)濟性的要求決定了它無法達到工業(yè)級的可靠性。不是說技術上做不到工業(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)應用必須用專線。 遠程手術也是同樣的道理。

對于這個話題，你經(jīng)常會看到一個很高大上的技術叫“網(wǎng)絡切片”，意思是在5G網(wǎng)絡上切出一個高可靠性的通道出來，用來滿足工業(yè)應用。 但是這實際是不可能做到的。 一個系統(tǒng)的可靠性取決于最薄弱的一環(huán)。如果5G網(wǎng)絡采用統(tǒng)一的硬件設施，如果不想多花錢，就已經(jīng)決定了這是一個民用級別的可靠性，是不可能在軟件上做點工作使之達到工業(yè)級的可靠性。 就像特朗普車隊，要清道、設崗，要有探路車、開道車、救護車、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標志是無法保證總統(tǒng)安全的。

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

雖然普遍認為目前處于物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)的前夕，但是有個問題，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。這個特點要求移動需要統(tǒng)一標準，全球統(tǒng)一。所以要有個叫3GPP的組織，幾百個公司的人一起制定這個標準，扯來扯去效率是很低的。還要搞個核心網(wǎng)去支持運營，運營商還要養(yǎng)著一大票的運維人員，這些特點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)，野外科學考察等等，是移動通信的正經(jīng)業(yè)務。

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，就不用向運營商交月租了。以NB-IoT為例，一個鏈接每年20塊的資費對很多應用是很大的一個負擔。 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的關系是無法回避的問題，這其實是本文開始就提到了CT與IT兩大生態(tài)體系的關系問題。

首先有一個每個人都能感覺到的事實，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，手機是我們與社會連接的通道。當我們習慣了這種連接之后，丟失連接后就會感到恐慌。 很多人一有機會就查一下微信，微博，電郵，股票，生怕遺漏了重大機會，或者沒能及時回復。 也就是說，隨時隨地與社會連接，是我們的剛需。 要滿足這種剛需，需要一個廣覆蓋的網(wǎng)絡，這正是移動通信的目標和功能。

在WiFi火熱的時候，有些城市試圖建設WiFi城市，用WiFi來實現(xiàn)覆蓋，但是最終都失敗了。 因為WiFi是由IT界設計的，生來就缺乏實現(xiàn)廣覆蓋的能力。這表現(xiàn)在技術方案上，就不在這里細說了。 后來IT界把WiFi升級到WiMax，試圖與CT競爭，但是IT界的基因還是導致了WiMax的失敗，并且導致北電破產(chǎn)。

由于WiFi無法實現(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的實測速率已經(jīng)達到300～400Mbps。 WiFi提供的是特定地點的高速率通信。路由器很便宜，二百塊錢一個，用戶自己買一個回來自己就能搞定，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都試圖危害對方領地。早幾年的WiMax就是IT危害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WiFi，周鴻祎說他掌管中國移動，就全免費。當然都沒能成功。 移動通信所要求的統(tǒng)一標準、廣域覆蓋，網(wǎng)歸網(wǎng)優(yōu)，客戶管理，都決定了運營商是一個分層的官僚體系，與互聯(lián)網(wǎng)基因格格不入。中國移動每年營收8000億，夠買6個360了，說免就免了，從哪能撈回來這么些錢? 用戶愿意交這個錢，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，決定了其免費的必然性。 移動通信要取代WiFi，也必須達到如此低的成本，并且實現(xiàn)免費。 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。 而小廠很難有這個技術能力。 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，但是技術不太好，而2G和4G在原有的需求基礎上，改進了技術，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僅有技術。 但是到了5G，需求是虛構的，技術上并沒有進步，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。但是后來口風變了，任總為自己的講話向產(chǎn)品線道了歉。后來華為發(fā)文表示要堅決打勝5G這一仗。

我們已經(jīng)知道，移動通信的根本的價值在于實現(xiàn)任何時間，任何地點的連接能力，在此基礎上提高網(wǎng)絡容量。如果沒有覆蓋這個前提，只是在局部實現(xiàn)高速率是沒有商業(yè)價值的。 比如說大家一直談論的可見光通信，因為覆蓋小只能服務兩三個人，速率太高超過了人的帶寬，就沒有意義了。 這個問題對毫米波、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)絡還需要擴容。

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)絡容量。當然，并不是我一個人才知道這是正確的方向，實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，走向了錯誤的方向。 這背后的原因有三個，一是通信原理的創(chuàng)新遇到瓶頸，二是半導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。

通信技術已經(jīng)發(fā)展百年，因為其戰(zhàn)略地位和創(chuàng)造財富的能力，全球很強智力投入其中，但凡簡單一點的創(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年的時候，隨著Turbo，OFDM，MIMO等領域的進展并且逼近理論極限，學術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，半導體技術得到了爆炸性的發(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，自然地走上利用強大的算力實現(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的樣機了。看報道我國啟動了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。 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，是一個快速迭代的過程。 而移動通信要求在什么還沒有之前，大家共同商定一個標準，然后按照這個標準做產(chǎn)品。 何時啟動一代通信標準是戰(zhàn)略決策，是由政治領導人和商業(yè)領導人來做出的。他們當然會咨詢技術專家，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)認同的宏觀規(guī)律是十年一代。時間一到，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，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。

一代移動通信標準一旦啟動，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，中國國力日漸強盛。而通信產(chǎn)業(yè)整體上已經(jīng)獲得了領先地位。在這種競爭格局下，即使美帝也會犯錯。什么銥星啊，Wimax啊，不都是美帝整的嗎? 所以我們要有獨立的判斷，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，澳洲未能按計劃推出5G服務，等等。希望本文能為各方提個醒，盡量減少損失吧。

因為任總的講話，我認為華為對5G是有清醒的認識的，任總新的講話又談到了5G的需求沒有出現(xiàn)。5G成功當然好，又能成為華為的產(chǎn)糧田，況且在輿論上華為5G已經(jīng)領先友商12個月。但5G失敗對華為也是有利的。因為華為有著最齊全的產(chǎn)品線，是行業(yè)老大，沒有技術創(chuàng)新也就意味著現(xiàn)有格局的固化，華為也就能笑到結(jié)束了。當然裁員是避免不了的，這對于通信狗們來說不是個好消息。 對于二線的設備商，卻是災難性的，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，3G專利過期，4G沒專利，然后5G沒有了，怎么收專利費?早些年嫌設備和手機不賺錢甩給別人了，現(xiàn)在有點傻眼。趁手上還有點銀子，想收個恩智浦，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，用低成本的技術提高系統(tǒng)容量。 這背后的使能器是核心技術的突破。 這也是我近二十年的通信技術研究生涯所始終追求的目標。

盡管學界對通信原理的發(fā)展前景很悲觀，但是情況正在起變化。

我在2014年發(fā)布了多級軟頻率復用技術(multilevel soft frequency reuse，MLSFR)，是SFR技術的增強版。 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。 這種幅度技術進步，在最近30年的通信史上，只有Turbo碼可以媲美，遠遠超過高通在CDMA領域的技術創(chuàng)新。MLSFR將成為未來移動通信組網(wǎng)技術的基石。

影響更加深遠的，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信道容量公式：C=log(1+S/N)，是指引著通信技術研究和工業(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)只開了個頭，后來的學者發(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誤的。

這個問題我思考了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認為滿篇都是公式的稿件不符合它們的風格，還是投到應屬期刊IEEE Transactions on Information Theory。經(jīng)過5個月的評審被拒，原因是兩個評委認為論文對信息論存在誤解。想想當年Turbo 碼論文，評委認為存在3dB的誤差。重大突破被誤解恐怕是一個規(guī)律，創(chuàng)新者需要有這樣的心里準備。 但是另外一位評委給予了全面的肯定。 當然，所有的評審意見都很容易回答，稿件修改之后再次投稿后，評審又進行了三個月，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術道德。 不管怎么樣，大家很快就能看到了。

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