日期：2016-04-14 點(diǎn)擊: 關(guān)鍵詞：無線通訊的下一個(gè)時(shí)代 醞釀中的5G技術(shù)將帶來巨
未來已然在目，只在于我們放眼何方。上海的長(zhǎng)壽路上，目光敏銳的人會(huì)發(fā)現(xiàn)一座辦公樓的樓頂架著奇怪的矩形物體：由128條微型天線組成的設(shè)備。在曼哈頓，行人會(huì)瞥見攝像頭般的裝置立在支架上，不但會(huì)猛然轉(zhuǎn)動(dòng)，而且在本應(yīng)是鏡頭的位置有奇怪的角狀突出。該裝置向建筑物發(fā)射窄束無線電波，經(jīng)過反射的電波可以傳給接收器。薩里大學(xué)(University of Surrey)在英格蘭吉爾福德(Guildford)的校園內(nèi)分布著44臺(tái)天線，形成一套虛擬的無線基站，供手機(jī)使用。
這些天線是新一代無線技術(shù)的前沿成果。雖然許多國(guó)家仍在推廣被統(tǒng)稱為“第四代”(即4G)的前一代無線技術(shù)，但電信業(yè)已經(jīng)邁向下一代技術(shù)即5G的研發(fā)。2月12日，美國(guó)第二大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商AT&T表示將試驗(yàn)5G原型電路能否在室內(nèi)接通。而早在去年9月，美國(guó)第一大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Verizon也做過類似的實(shí)驗(yàn)。韓國(guó)希望在2018年主辦冬季奧運(yùn)會(huì)時(shí)能建成并啟用5G網(wǎng)絡(luò);日本希望在2020年主辦夏季奧運(yùn)會(huì)時(shí)實(shí)現(xiàn)同樣的愿景。2月在無線業(yè)界于巴塞羅那召開的年度峰會(huì)世界移動(dòng)通信大會(huì)(Mobile World Congress)上，5G技術(shù)成為首要議題。
自摩托羅拉的馬丁·庫(kù)帕(Martin Cooper，如圖)在1973年展示其發(fā)明的首款商用手機(jī)DynaTAC以來，移動(dòng)通訊已有長(zhǎng)足的發(fā)展。21世紀(jì)初，3G技術(shù)使手機(jī)上網(wǎng)成為可能，運(yùn)營(yíng)商于是砸出超過千億美元購(gòu)入無線電頻譜牌照，卻發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)大多數(shù)人已同意使用的技術(shù)推廣起來難于預(yù)期。
正當(dāng)4G設(shè)備迎來訂單高峰之際，5G的出現(xiàn)很可能激發(fā)另一輪投資熱潮。目標(biāo)是至少給用戶以 “功能無限的印象”，薩里大學(xué)5G創(chuàng)新中心主任拉希姆·塔法佐利(Rahim Tafazolli)說。將來，從無人駕駛汽車、無人機(jī)到構(gòu)成“物聯(lián)網(wǎng)”的一切傳感器、工業(yè)機(jī)械及家用電器，幾乎所有設(shè)備都能無線聯(lián)網(wǎng)。
視這一切為“炒作”并嗤之以鼻很容易，研究公司CCS Insight的凱斯特·曼(Kester Mann)說道。提到5G，大都未有定論：不只是利用哪一頻段的無線電頻譜及哪些無線技術(shù)未定，還有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及手機(jī)制造商須遵照哪些標(biāo)準(zhǔn)也未確定。電信公司已就一套寬泛的“要求”達(dá)成共識(shí)。最重要的是連接速度最高要達(dá)到10Gbps，而且響應(yīng)時(shí)間(“網(wǎng)絡(luò)延遲”)須低于一毫秒(見圖表)。點(diǎn)擊放大圖片
然而，勢(shì)頭已然成真。韓國(guó)和日本是有線寬帶建設(shè)的領(lǐng)跑國(guó)家，舉辦奧運(yùn)會(huì)是一個(gè)機(jī)會(huì)，向世界展現(xiàn)它們也想要領(lǐng)跑無線領(lǐng)域，即便這意味著在全球標(biāo)準(zhǔn)議定出臺(tái)后它們可能必須升級(jí)其5G網(wǎng)絡(luò)以符合標(biāo)準(zhǔn)要求。AT&T及Verizon均在早期率先投資4G，如今同樣希望在5G上再度領(lǐng)先。正如愛立信和諾基亞最近業(yè)績(jī)所顯示的那樣，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)飽和，因此制造商也需要新一代產(chǎn)品及新的客戶群。
需求方面也一樣，改善無線基礎(chǔ)設(shè)施的呼聲日益迫切。紐約大學(xué)無線研究中心(NYU Wireless)的森迪普·蘭根(Sundeep Rangan)表示，在可預(yù)見的未來，數(shù)據(jù)流量將繼續(xù)快速增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，在本世紀(jì)20年代的前五年，網(wǎng)絡(luò)需要準(zhǔn)備好迎接上千倍的數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)。而4G所用的無線電頻段(大多低于3GHz)已逐漸稀缺，且愈加昂貴，去年美國(guó)一次競(jìng)拍便賣得450億美元。
但通往5G無線天堂的道路不會(huì)一帆風(fēng)順。對(duì)這一“萬網(wǎng)之源”，爭(zhēng)取話事權(quán)的不單是慣常那些電信企業(yè)。媒體公司希望優(yōu)先獲得更高的帶寬，以便其以更高分辨率在線播放影片。大部分物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)不需要太大的帶寬，而是想自己的傳感器能靠一組電池續(xù)航數(shù)年，所以它們會(huì)希望5G標(biāo)準(zhǔn)重視低功耗。網(wǎng)游公司會(huì)擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)延遲的問題：假如延遲過久，玩家會(huì)抱怨。
然而，最重要的新登場(chǎng)者是信息技術(shù)公司。蘋果、IBM、三星這類企業(yè)不但關(guān)心賣出更多的智能手機(jī)及其他移動(dòng)設(shè)備，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)這據(jù)稱將為其帶來下一波收入巨浪的領(lǐng)域，他們也饒有興致。谷歌已在美國(guó)多個(gè)城市運(yùn)營(yíng)高速光纖網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，而且可能有意打造無線網(wǎng)絡(luò)，目前該公司已對(duì)5G表示興趣。2014年，谷歌收購(gòu)了創(chuàng)業(yè)公司Alpental Technologies，該公司當(dāng)時(shí)正在研發(fā)通過極高頻無線電提供廉價(jià)而高速的通訊服務(wù)，即所謂的“毫米波”(mmWave，頻段高于3GHz，也是5G預(yù)期主要使用的頻段)。
要滿足所有各方所求并非易事，愛立信首席技術(shù)官烏爾夫·艾華信(Ulf Ewaldsson)預(yù)言道。頻段問題也許是最容易解決的，一方面是因?yàn)榘磭?guó)際條約成立的世界無線電通信大會(huì)將解決這些問題。大會(huì)上一次召開是在去年11月，雖然當(dāng)時(shí)無法就5G所用頻率達(dá)成一致，但預(yù)計(jì)大會(huì)下一次在2019年召開時(shí)便可達(dá)成共識(shí)，并很可能會(huì)在毫米波頻段中開辟空間。諸如上文提及由NYU無線研究中心研究人員在曼哈頓所做的測(cè)試已顯示，這些頻段可以用于5G：雖然薄障礙物也會(huì)造成阻隔，但可以讓它們通過反射繞過障礙物。
沒有多套技術(shù)準(zhǔn)則相互競(jìng)爭(zhēng)，這實(shí)屬首次，不像4G推出時(shí)的情形，如今普遍采用的LTE標(biāo)準(zhǔn)最初還受到芯片制造商英特爾投資開發(fā)的WiMax標(biāo)準(zhǔn)威脅。這次，似乎沒有誰愿意扮演英特爾的角色。盡管如此，5G將面對(duì)一個(gè)強(qiáng)大對(duì)手，尤其是在室內(nèi)：智能手機(jī)用戶除了用Wi-Fi傳輸數(shù)據(jù)之外，也越來越多地用其打電話及發(fā)短信。那意味著他們對(duì)接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求越來越少，不管數(shù)據(jù)的傳輸有多么極速。
漸進(jìn)還是革命?
技術(shù)還以另一種方式分割電信行業(yè)，市場(chǎng)研究公司IHS的斯特凡·泰拉爾(Stéphane Téral)認(rèn)為。他說，一個(gè)陣營(yíng)希望5G“走上漸進(jìn)的道路，利用現(xiàn)有一切，逐步改善”。這里面包括了許多現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商及部分運(yùn)營(yíng)商，它們希望保護(hù)已有的投資，逐步改進(jìn)。比如，2月11日，芯片設(shè)計(jì)公司高通(Qualcomm)推出全球首款數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)1Gbps的4G芯片組。所運(yùn)用的技術(shù)名為“載波聚合”，意味著每秒可以聚合多達(dá)十個(gè)100Mbps的數(shù)據(jù)流。
泰拉爾解釋說，另一陣營(yíng)主張采取革命性的方式：直接躍升至尖端技術(shù)。這可能意味著，舉例說，靠單一天線與基站覆蓋范圍內(nèi)的所有設(shè)備作通信的傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將被舍棄。取而代之的是，一組小型天線將發(fā)射集合無線電波束掃描設(shè)備，在搜索到設(shè)備后，第二組天線將逐一接管。這也意味著可能需要分析使用數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)無線用戶下一步需要何種連接性能，然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)做相應(yīng)調(diào)整——這正是薩里大學(xué)的5G創(chuàng)新中心希望開發(fā)的技術(shù)。
這一革命陣營(yíng)中最直言不諱的代表是中國(guó)移動(dòng)。其首席科學(xué)家易芝玲認(rèn)為，按目前的設(shè)計(jì)，無線網(wǎng)絡(luò)難以持續(xù)。要傳輸更多數(shù)據(jù)，天線能耗會(huì)越來越大。易芝玲表示，其公司的立場(chǎng)是基于必要性：中國(guó)移動(dòng)是全球最大的通信運(yùn)營(yíng)商，擁有110萬4G基站及8.25億用戶(超過歐洲所有運(yùn)營(yíng)商的總和)，公司的規(guī)模進(jìn)一步加劇了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)面臨的問題。持懷疑態(tài)度者猜測(cè)其中也許存在一套“產(chǎn)業(yè)化安排”，偏袒中國(guó)設(shè)備制造商并降低這些公司須支付的專利使用費(fèi)。5G與4G的差異越大，中國(guó)就越可趁機(jī)讓自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成為全球標(biāo)準(zhǔn)的一部分。
不論動(dòng)機(jī)如何，大家普遍認(rèn)同易芝玲對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)最終設(shè)計(jì)的展望。她說，這些網(wǎng)絡(luò)不止“超快”，還是“綠色和軟性”的，即耗能低得多，且完全由軟件控制。跟此前的電腦系統(tǒng)一樣，5G網(wǎng)絡(luò)的專用硬件(例如每一基站上的處理器單元)大部分會(huì)“虛擬化”，即會(huì)由軟件取代，重新配置起來容易得多。無線網(wǎng)絡(luò)將變得有點(diǎn)像在線“云”計(jì)算，而且在某種意義上將與之融合，使用相同的現(xiàn)成硬件。
有關(guān)5G將如何改變通信行業(yè)結(jié)構(gòu)的討論已經(jīng)展開。一個(gè)問題是，“無線接入”服務(wù)會(huì)否變得更像是一種日用商品，電信咨詢師切坦·沙爾瑪(Chetan Sharma)認(rèn)為。據(jù)其估計(jì)，在美國(guó)電信業(yè)的總收入中，運(yùn)營(yíng)商所占的份額已跌至50%以下，其余份額為移動(dòng)服務(wù)商所占據(jù)，比如像Facebook的智能手機(jī)應(yīng)用，它們通過廣告盈利。
向5G轉(zhuǎn)型，運(yùn)營(yíng)商或許可以通過銷售自有視頻內(nèi)容等方式逆轉(zhuǎn)目前的頹勢(shì)。但更可能的是其業(yè)務(wù)加速下滑，淪為低利潤(rùn)的“啞管道”。倘若如此，這個(gè)本來已經(jīng)高度集中的行業(yè)可能難免進(jìn)一步整合：部分國(guó)家也許會(huì)只剩一個(gè)無線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，正如它們往往只有一家供水公司那樣。
縱觀云計(jì)算崛起之后IT行業(yè)近來的發(fā)展(戴爾、惠普、IBM這類公司難以跟上步伐)，如果有所啟示，那就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商也將受到擠壓。愛立信和諾基亞已有近半銷售額是通過為運(yùn)營(yíng)商代管網(wǎng)絡(luò)而取得。另一咨詢公司Northstream的本特·諾思通(Bengt Nordstrom)表示，5G可能最終會(huì)令人們一直談?wù)摰囊患鲁蔀楝F(xiàn)實(shí)：在標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及低利潤(rùn)的壓力下，計(jì)算機(jī)制造商和電信設(shè)備商將合二為一。去年，愛立信先后與惠普及思科締結(jié)合作伙伴關(guān)系。日后可能出現(xiàn)全面并購(gòu)整合。
巨大而丑陋的移動(dòng)通信天線桿也將變得蹤影難尋。天線會(huì)變多，但體積肯定會(huì)縮小。除了中國(guó)移動(dòng)在上海測(cè)試中的矩形天線陣列，公司還在試驗(yàn)采用更小型隱蔽的“瓷片”(tile)天線，可以組合并嵌入建筑物墻面的文字中。在這個(gè)意義上，遑論其他，移動(dòng)通信的前景將變得難以覺察。
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