編者按：以高通為代表的一些公司正在重新定義網(wǎng)絡(luò)——一個(gè)可以連接一切事物的網(wǎng)絡(luò)，從無人機(jī)到外科手術(shù)器械，一切皆有可能在無線 5G 網(wǎng)絡(luò)里實(shí)現(xiàn)。本文發(fā)布于 FastCompany，作者 Sean Captain，由莫小夏和何忞編譯，雷鋒網(wǎng)做了不改動(dòng)原意的編輯，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。

Michael Coghlan／Flickr 

無線技術(shù)，解釋起來得用一大堆縮寫、術(shù)語(yǔ)還有數(shù)字。如果要進(jìn)行市場(chǎng)推廣，可能讓人聽起來一頭霧水，于是業(yè)界將其簡(jiǎn)化為“4G”，就是現(xiàn)在我們手機(jī)使用的技術(shù)（也被稱作“LTE”，即“長(zhǎng)期演進(jìn) Long-term Evolution”的簡(jiǎn)稱）。

而目前，眾多高科技公司已經(jīng)開始談?wù)?5G 的發(fā)展。其中的佼佼者高通發(fā)布了它的第一個(gè) 5G 調(diào)制解調(diào)器芯片——Snapdragon X50，應(yīng)用于手機(jī)及其他設(shè)備中。毋庸置疑，5G 會(huì)比 4G 更快。但是更令人興奮的是，5G 技術(shù)可以為我們帶來數(shù)百個(gè)甚至數(shù)億個(gè)新的在線設(shè)備發(fā)明。

對(duì)于普通人來說，談到 5G，我們會(huì)想到更快的下載速度，更流暢的高像素視頻效果，但其實(shí)新的標(biāo)準(zhǔn)所帶來的將是一個(gè)全新的互聯(lián)世界。在新世界里，無人機(jī)可以成隊(duì)列飛行；幾十億個(gè)無線傳感器可以持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)地球的各個(gè)方面情況；地球這一端的醫(yī)生可以遠(yuǎn)程指揮另一端的機(jī)器人在手術(shù)臺(tái)上操縱手術(shù)刀……最終，國(guó)界將會(huì)消失，家庭和辦公室的界限也不再明顯。

這些并不只是對(duì)未來世界的推測(cè)，其中的一些場(chǎng)景已經(jīng)發(fā)生?！?G 仍然是基于 LTE 概念發(fā)展的，”技術(shù)研究公司 Gartner 的無線技術(shù)調(diào)查員 Akshay Sharma 說。很多目前應(yīng)用于 4G/LTE 的技術(shù)，比如為手機(jī)加裝額外的天線以實(shí)現(xiàn) GOOSE 實(shí)時(shí)通信，仍會(huì)是 5G 技術(shù)的基礎(chǔ)。

 高通的新產(chǎn)品 X50 芯片使得 5G 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程更加明朗

工程師兼高通產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)投資伙伴 Serge Willenegger（他擁有超過 50 個(gè)無線技術(shù)專利） 說：“新的技術(shù)實(shí)際上是一個(gè)梯度，是很多個(gè)過去技術(shù)進(jìn)步階梯的一個(gè)總和?！盨napdragon X50 調(diào)制解調(diào)器包含了新的 5G 技術(shù)和其他正在發(fā)展的技術(shù)。

但是，你的下一個(gè)手機(jī)，或者下下一個(gè)手機(jī)，應(yīng)該還都不是 5G 制式的。因?yàn)楦咄A(yù)測(cè)，X50 調(diào)制解調(diào)器使用的技術(shù)特點(diǎn)最早會(huì)在 2018 年形成一個(gè)開放的全球性的標(biāo)準(zhǔn)。Willenegger 說：“不進(jìn)行測(cè)試的話，你什么都不會(huì)知道。所以應(yīng)盡早開始該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)?！?高通認(rèn)為，現(xiàn)在離實(shí)驗(yàn)開始的時(shí)間越來越近了，設(shè)備制造者和無線運(yùn)營(yíng)商大約會(huì)在 2017 年下半年開始嘗試新技術(shù)。

如果一切進(jìn)展如高通所愿，那么這個(gè)芯片將會(huì)在 2018 年進(jìn)入最終產(chǎn)品。盡管韓國(guó)希望在2018年冬季奧運(yùn)會(huì)上展示5G 網(wǎng)絡(luò)，但實(shí)際上，5G 技術(shù)可能會(huì)在2019年以后得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，Qualcomm 公司也會(huì)面臨來自其他芯片制造者的激烈的競(jìng)爭(zhēng)，比如英特爾和三星，并且它可能并沒有正確地預(yù)測(cè)最終的標(biāo)準(zhǔn)。英特爾不再為 5G 技術(shù)實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)提供可改編程序的芯片，在能夠提交一個(gè)可以與 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署相一致的芯片設(shè)計(jì)之前，它會(huì)一直等待。

物理學(xué)原理、政府法規(guī)、企業(yè)興趣等等方面的復(fù)雜交纏使得 5G 技術(shù)需要重新考慮不僅僅是公眾可以如何應(yīng)用，而是這個(gè)商業(yè)應(yīng)該如何運(yùn)轉(zhuǎn)。5G 技術(shù)正在面臨的挑戰(zhàn)甚至可能需要等到未來的 6G 技術(shù)來解決。

 不僅僅是多了一個(gè)G

如果你只是聽說過 5G，你第一時(shí)間想到的應(yīng)該是它的速度。目前，最好的 4G 或是最先進(jìn)的 LTE 技術(shù)，普通下載速度可以達(dá)到 225M/s，技術(shù)演示上可達(dá) 1G/s。這個(gè)結(jié)果已經(jīng)很驚人了，因?yàn)榛氐?2010 年 LTE 剛剛起步的時(shí)候，最快的速度僅僅是12M/s。這期間該領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步，接著 5G 技術(shù)將這些進(jìn)步綜合起來，未來可達(dá)到 10G/s。

如此快的速度會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果呢？我們尚不可知，但是至少有兩件事情一定會(huì)發(fā)生。Willenegger 說：“更高性能的產(chǎn)品會(huì)以一種完全不同于設(shè)想的方式為我們所用?！?/strong>

回想十幾年前開始的 4G 技術(shù)時(shí)，他如是說：“2004 年十一月，有一個(gè)關(guān)于現(xiàn)在應(yīng)該叫做 4G 技術(shù)的研討會(huì)，”高通工程高級(jí)副總裁 Durga Prasad Malladi（他擁有多達(dá) 233 個(gè)專利）回憶道，“我跟 Willenegger 都在。我記得那天是選舉日，小布什贏得了第二個(gè)任期，一個(gè)名叫奧巴馬的無名政治家突然聲名鵲起，我們面臨著將要消除種族歧視迎來新總統(tǒng)的時(shí)刻，正在談?wù)摕o法預(yù)知的未來。（正像當(dāng)時(shí)對(duì) 4G 技術(shù)無法預(yù)知一樣迷茫）”

距離 4G 的第一次研討會(huì)兩年之后，蘋果公司發(fā)布了 iPhone，開啟了智能手機(jī)的變革時(shí)代，之后的智能膠囊、無人機(jī)、智能手表、健身追蹤器、虛擬現(xiàn)實(shí)、Snapchat、Tinder、Pokemon Go等等基于 4G 的應(yīng)用便如雨后春筍般出現(xiàn)。在大多數(shù)人還在使用 3G （第一代 iPhone 還不支持）時(shí)開始研究 4G 技術(shù)師是很了不起的一件事。

但是 5G 的另一種速度可能更加重要——快速響應(yīng)時(shí)間。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有延遲，在你點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)或者計(jì)算機(jī)接收信號(hào)的時(shí)候。現(xiàn)今，延遲的數(shù)量級(jí)在數(shù)十毫秒。測(cè)試公司 OpenSignal 發(fā)現(xiàn)美國(guó) Sprint 電話公司的 4G 最短延遲在66ms；AT&T延遲最長(zhǎng)，為85ms。在語(yǔ)音通話情況下，這個(gè)延遲是可以接受的（100ms以下均可接收）。但是對(duì)于不久的將來，這個(gè)時(shí)間還是太長(zhǎng)。比如，汽車和貨車的制造商已經(jīng)著手研究共享信息的自動(dòng)車隊(duì)，當(dāng)車隊(duì)需要離得更近時(shí)，頭車速度會(huì)減慢。

5G 技術(shù)將使用更小的數(shù)據(jù)包和更快的處理過程（基于摩爾定理），希望使延遲先減小到 5ms，如果有必要，將減至 1ms，這基本上就能達(dá)到“即時(shí)”了。對(duì)每個(gè)無線數(shù)據(jù)這樣處理會(huì)產(chǎn)生一些技術(shù)上的負(fù)面作用，但是 5G 網(wǎng)絡(luò)可以在有需要的情況下實(shí)現(xiàn)這樣低的延遲時(shí)間。比如，一個(gè)亞馬遜的無人機(jī)編隊(duì)，在擁擠的城市飛行時(shí)，如果出現(xiàn)數(shù)十毫秒的延遲，將可能發(fā)生問題。 

這個(gè)技術(shù)的全名叫做“超可靠低延遲通信技術(shù)（ultra-reliable low latency communication ）”。這到底有多可靠？錯(cuò)誤率大致低于一億分之一，這個(gè)錯(cuò)誤率已經(jīng)安全到可以讓外科醫(yī)生通過互聯(lián)網(wǎng)來控制手術(shù)器械?！爱?dāng)然，”Malladi 說道，“我們還有很長(zhǎng)的路要走。但是，如果我們有了這個(gè)能力，我們一定會(huì)這么做?！?/p>

盡管，5G 技術(shù)廣為人知的是它快速移動(dòng)龐大數(shù)據(jù)能力，但是 5G技術(shù)也是為新設(shè)備較慢地傳輸少量數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，比如環(huán)境或其他功能的傳感器。便宜的云網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)大的人工智能技術(shù)正在為傳感數(shù)據(jù)的發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)大有作為的環(huán)境。

舉例來說，行星上或工廠機(jī)器上的傳感器會(huì)收集并形成大量的數(shù)據(jù)流。但是其他地方如農(nóng)場(chǎng)的土壤濕度傳感器或水深測(cè)量傳感器，每小時(shí)只會(huì)發(fā)出少量信號(hào)。目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作正處在與設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系的重要起步階段。電話或是視頻流的可靠性非常重要（無人機(jī)隊(duì)和機(jī)器人手術(shù)的可靠性當(dāng)然也非常重要）。對(duì)傳感器到網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)偶然的錯(cuò)誤是很致命的，這種錯(cuò)誤可能會(huì)毀掉一個(gè)布滿傳感器的行星上的網(wǎng)絡(luò)。

5G技術(shù)使用一種“無連接接入”的方法，它要求更少的網(wǎng)絡(luò)連接。諾基亞 （這家曾經(jīng)的手機(jī)公司現(xiàn)在專注于研發(fā)網(wǎng)絡(luò)硬件）的5G 發(fā)展經(jīng)理 Jason Elliott說：“簡(jiǎn)單從字面上理解，假設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)包和一個(gè)電臺(tái)頻道，只需要電臺(tái)對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包，我們就能得到它?！疅o連接接入’就像是你向朋友扔球，無需先把球放在盤子里再遞給對(duì)方，你可以直接扔給他。”

偉大的光譜追逐

眾所周知光速是恒定的，但通過使用更高效的算法和更強(qiáng)大的芯片來編碼和解碼信號(hào)，無線工程師們找到了使網(wǎng)絡(luò)更快的方法。 5G 的真正提升來自于載波聚合——同時(shí)使用幾個(gè)無線信號(hào)，如 700 MHz頻帶和 1900 MHz頻帶的光譜。簡(jiǎn)單的說這就像在高速公路增加更多車道，不過它更像是從幾個(gè)不同的、可能相隔數(shù)英里的高速公路來進(jìn)行組合車道?！斑@樣你才能聚合所有你可以找到的無線電資產(chǎn)，以便遞送出可能實(shí)現(xiàn)的最高速率，”Willenegger 說。

早在 4G 時(shí)代，這個(gè)過程就已經(jīng)開始了，它集合了任何兩個(gè) 20 或更多可能的頻段的手機(jī)，可以下載大型電視游戲，或者上傳高清 Snapchat 視頻。5G 想做的遠(yuǎn)不止這些。我們知道 iPhone 7 有兩個(gè)天線，三星 Galaxy S7 有四個(gè)，他們的下一代 5G 產(chǎn)品則可能有 36 個(gè)或更多，而所有這些都集成在一個(gè)一毛錢硬幣大小的芯片上。

 

5G 的毫米波頻率足以支持 800 MHz 寬的信道，而 4G / LTE 則僅為 60 MHz 

猶如開放西部邊疆一樣，政府、企業(yè)正在為 5G 開發(fā)更多的無線頻率—— 11 GHz ，多出的光譜目前用于地球上所有無線數(shù)據(jù)服務(wù)。 （大部分是在 20 GHz 及更高的頻率，通常稱為“毫米波”）。眾多光譜還能用于搭載更多數(shù)據(jù)，無線信道寬度可達(dá) 800 MHz 寬，相比而言 4G 下僅為 60 MHz 寬。

之前沒有人做這樣的嘗試，其實(shí)是有原因的。 “這是個(gè)可怕的光譜，”Willenegger 說。 “物理學(xué)定律并不支持我們（這么做）”，Malladi 補(bǔ)充道。 從 3G 、4G ，到現(xiàn)在的 5G 技術(shù)，兩人已經(jīng)有超過 15 年的合作; 二人在溝通上極有默契。

短波信號(hào)無法傳播得太遠(yuǎn)，畢竟它們會(huì)反射?！叭绻阌缅e(cuò)誤的方式拿手機(jī)，可能會(huì)完全失去信號(hào)覆蓋，”Malladi 說。 Willenegger 笑著說起史蒂夫·喬布斯在告誡因天線位置不佳而失去信號(hào)的 iPhone 4 使用者時(shí)說的那句著名的話“別這樣拿手機(jī)就好”。

介質(zhì)移動(dòng)時(shí)，無線系統(tǒng)需不斷地跟蹤這些小玩意兒的軌跡。這就需要很多信號(hào)傳送器。 這種盒狀的傳送器只有一個(gè) iPad Mini 大小，遍布建筑物和街道周圍，而并非人們想當(dāng)然的信號(hào)發(fā)射塔。障礙物越多，需要的傳送器越多。每一個(gè)單元和移動(dòng)設(shè)備都指揮著信號(hào)——這個(gè)過程被稱為“波束成型”——哪怕是在拐角處活躍著的信號(hào)也只能束手就擒。 這也是他們需要這么多天線的原因之一：大量的天線被用來相互作用，以引導(dǎo)波束。 這真是物理學(xué)上的一道難題。

波束在角落周圍反射信號(hào)

“為什么要去那里？開發(fā)一個(gè)新區(qū)域的結(jié)果很可能是自食其果，”Willenegger 說。“原因無非是為了獲取資源。那里有石油，但鉆井的成本正在增加，”他用能源工業(yè)做了個(gè)比喻?！拔覀儸F(xiàn)在碰到的難題是水力壓裂，”Malladi 補(bǔ)充道。

他們也在其他地方“鉆井”，例如在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻率上運(yùn)行的，用于 Wi-Fi 的頻率。大多數(shù) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)仍然使用較低的頻率，留下大量 5 GHz 左右的容量。5G 設(shè)備可將它用于蜂窩信號(hào)，也可能只是搭載 Wi-Fi 的額外容量，因?yàn)橐恍┩ㄐ殴疽策\(yùn)營(yíng)公共 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然也可能兩種情況兼而有之。

網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)應(yīng)用程序

動(dòng)態(tài)交錯(cuò)的頻段和無線標(biāo)準(zhǔn)（權(quán)衡了延遲度，精確度和方便度的算法）需要一種迥然不同的網(wǎng)絡(luò)，而不僅僅是另一個(gè)版本的 4G 。 它是從具有特定職責(zé)的“硬件模塊”到被稱之為“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”的飛躍。 “這并不像買一個(gè)特定的盒子，去實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能這么簡(jiǎn)單，”Elliott 說，“我們需要一個(gè)帶服務(wù)器機(jī)架的數(shù)據(jù)中心，您可以在這些服務(wù)器上部署不同的功能”。 （和“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”以及很多東西一樣，5G 已經(jīng)在 4G 系統(tǒng)中雛形化。）英特爾公司不僅希望能為 5G 應(yīng)用出售大量的調(diào)制解調(diào)器芯片，它更希望服務(wù)器的 CPU 、RAM 和固態(tài)硬盤驅(qū)動(dòng)器都能大賣一筆。

軟件定義的網(wǎng)絡(luò)仍涉及硬件的各個(gè)方面。例如，有物理路由器，但它們可以在聯(lián)機(jī)狀態(tài)時(shí)重新配置，以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需要，加寬或縮窄它們之間的連接。

如果 5G 開始耗盡容量，可重復(fù)編程網(wǎng)絡(luò)將變得更加重要，這并非危言聳聽。應(yīng)對(duì)這種不測(cè)的辦法之一是共享無線電波，舉例來說，如果一臺(tái) Verizon 手機(jī)在幾毫秒內(nèi)沒有使用任何一個(gè)頻率，AT＆T（美國(guó)電話電報(bào)公司）在此間隙能偷偷運(yùn)行幾個(gè)數(shù)據(jù)包。美國(guó)軍方坦言，這將制造出高達(dá) 1000 倍的帶寬增加，他們正在發(fā)起一項(xiàng)用于贊助工程師開發(fā)這些頻譜共享技術(shù)的比賽。“包括學(xué)術(shù)界的整個(gè)行業(yè)都頗為關(guān)注?！盡alladi 說。

Willenegger 開玩笑說，頻譜共享可能是 6G 標(biāo)準(zhǔn)。 不過他思索了一下又接著說，新技術(shù)肯定在 5G 的基礎(chǔ)上不斷疊加、累積，量變產(chǎn)生質(zhì)變，然后 6G 才會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，頻譜共享可能就是其中疊加的技術(shù)之一。 “未來將會(huì)產(chǎn)生 5G + ，5G Advanced，5G Turbo 諸如此類的增量?！盬illenegger 說，“有人說，人類已經(jīng)窮極所想，做了能做的一切，世界上不會(huì)產(chǎn)生什么 6G 了?！?/p>

“那可說不準(zhǔn)，”Malladi 接道。

via fastcompany

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