日期：2016-04-14 點擊: 關鍵詞：無線通訊的下一個時代 醞釀中的5G技術將帶來巨
未來已然在目，只在于我們放眼何方。上海的長壽路上，目光敏銳的人會發(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備。在曼哈頓，行人會瞥見攝像頭般的裝置立在支架上，不但會猛然轉動，而且在本應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(University of Surrey)在英格蘭吉爾福德(Guildford)的校園內(nèi)分布著44臺天線，形成一套虛擬的無線基站，供手機使用。
這些天線是新一代無線技術的前沿成果。雖然許多國家仍在推廣被統(tǒng)稱為“第四代”(即4G)的前一代無線技術，但電信業(yè)已經(jīng)邁向下一代技術即5G的研發(fā)。2月12日，美國第二大移動運營商AT&T表示將試驗5G原型電路能否在室內(nèi)接通。而早在去年9月，美國第一大移動運營商Verizon也做過類似的實驗。韓國希望在2018年主辦冬季奧運會時能建成并啟用5G網(wǎng)絡;日本希望在2020年主辦夏季奧運會時實現(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世界移動通信大會(Mobile World Congress)上，5G技術成為首要議題。
自摩托羅拉的馬丁·庫帕(Martin Cooper，如圖)在1973年展示其發(fā)明的首款商用手機DynaTAC以來，移動通訊已有長足的發(fā)展。21世紀初，3G技術使手機上網(wǎng)成為可能，運營商于是砸出超過千億美元購入無線電頻譜牌照，卻發(fā)現(xiàn)這項大多數(shù)人已同意使用的技術推廣起來難于預期。
正當4G設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。目標是至少給用戶以 “功能無限的印象”，薩里大學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、無人機到構成“物聯(lián)網(wǎng)”的一切傳感器、工業(yè)機械及家用電器，幾乎所有設備都能無線聯(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未定，還有網(wǎng)絡設備及手機制造商須遵照哪些標準也未確定。電信公司已就一套寬泛的“要求”達成共識。最重要的是連接速度最高要達到10Gbps，而且響應時間(“網(wǎng)絡延遲”)須低于一毫秒(見圖表)。點擊放大圖片
然而，勢頭已然成真。韓國和日本是有線寬帶建設的領跑國家，舉辦奧運會是一個機會，向世界展現(xiàn)它們也想要領跑無線領域，即便這意味著在全球標準議定出臺后它們可能必須升級其5G網(wǎng)絡以符合標準要求。AT&T及Verizon均在早期率先投資4G，如今同樣希望在5G上再度領先。正如愛立信和諾基亞最近業(yè)績所顯示的那樣，網(wǎng)絡設備市場已經(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，改善無線基礎設施的呼聲日益迫切。紐約大學無線研究中心(NYU Wireless)的森迪普·蘭根(Sundeep Rangan)表示，在可預見的未來，數(shù)據(jù)流量將繼續(xù)快速增長。據(jù)估計，在本世紀20年代的前五年，網(wǎng)絡需要準備好迎接上千倍的數(shù)據(jù)量增長。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，去年美國一次競拍便賣得450億美元。
但通往5G無線天堂的道路不會一帆風順。對這一“萬網(wǎng)之源”，爭取話事權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，所以它們會希望5G標準重視低功耗。網(wǎng)游公司會擔心網(wǎng)絡延遲的問題：假如延遲過久，玩家會抱怨。
然而，最重要的新登場者是信息技術公司。蘋果、IBM、三星這類企業(yè)不但關心賣出更多的智能手機及其他移動設備，對于物聯(lián)網(wǎng)這據(jù)稱將為其帶來下一波收入巨浪的領域，他們也饒有興致。谷歌已在美國多個城市運營高速光纖網(wǎng)絡業(yè)務，而且可能有意打造無線網(wǎng)絡，目前該公司已對5G表示興趣。2014年，谷歌收購了創(chuàng)業(yè)公司Alpental Technologies，該公司當時正在研發(fā)通過極高頻無線電提供廉價而高速的通訊服務，即所謂的“毫米波”(mmWave，頻段高于3GHz，也是5G預期主要使用的頻段)。
要滿足所有各方所求并非易事，愛立信首席技術官烏爾夫·艾華信(Ulf Ewaldsson)預言道。頻段問題也許是最容易解決的，一方面是因為按國際條約成立的世界無線電通信大會將解決這些問題。大會上一次召開是在去年11月，雖然當時無法就5G所用頻率達成一致，但預計大會下一次在2019年召開時便可達成共識，并很可能會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試已顯示，這些頻段可以用于5G：雖然薄障礙物也會造成阻隔，但可以讓它們通過反射繞過障礙物。
沒有多套技術準則相互競爭，這實屬首次，不像4G推出時的情形，如今普遍采用的LTE標準最初還受到芯片制造商英特爾投資開發(fā)的WiMax標準威脅。這次，似乎沒有誰愿意扮演英特爾的角色。盡管如此，5G將面對一個強大對手，尤其是在室內(nèi)：智能手機用戶除了用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。那意味著他們對接入移動網(wǎng)絡的需求越來越少，不管數(shù)據(jù)的傳輸有多么極速。
漸進還是革命?
技術還以另一種方式分割電信行業(yè)，市場研究公司IHS的斯特凡·泰拉爾(Stéphane Téral)認為。他說，一個陣營希望5G“走上漸進的道路，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)絡設備廠商及部分運營商，它們希望保護已有的投資，逐步改進。比如，2月11日，芯片設計公司高通(Qualcomm)推出全球首款數(shù)據(jù)傳輸速度高達1Gbps的4G芯片組。所運用的技術名為“載波聚合”，意味著每秒可以聚合多達十個100Mbps的數(shù)據(jù)流。
泰拉爾解釋說，另一陣營主張采取革命性的方式：直接躍升至尖端技術。這可能意味著，舉例說，靠單一天線與基站覆蓋范圍內(nèi)的所有設備作通信的傳統(tǒng)蜂窩結構移動網(wǎng)絡將被舍棄。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備，在搜索到設備后，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)來預測無線用戶下一步需要何種連接性能，然后對網(wǎng)絡做相應調(diào)整——這正是薩里大學的5G創(chuàng)新中心希望開發(fā)的技術。
這一革命陣營中最直言不諱的代表是中國移動。其首席科學家易芝玲認為，按目前的設計，無線網(wǎng)絡難以持續(xù)。要傳輸更多數(shù)據(jù)，天線能耗會越來越大。易芝玲表示，其公司的立場是基于必要性：中國移動是全球最大的通信運營商，擁有110萬4G基站及8.25億用戶(超過歐洲所有運營商的總和)，公司的規(guī)模進一步加劇了現(xiàn)有網(wǎng)絡結構面臨的問題。持懷疑態(tài)度者猜測其中也許存在一套“產(chǎn)業(yè)化安排”，偏袒中國設備制造商并降低這些公司須支付的專利使用費。5G與4G的差異越大，中國就越可趁機讓自己的知識產(chǎn)權成為全球標準的一部分。
不論動機如何，大家普遍認同易芝玲對5G網(wǎng)絡最終設計的展望。她說，這些網(wǎng)絡不止“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)絡的專用硬件(例如每一基站上的處理器單元)大部分會“虛擬化”，即會由軟件取代，重新配置起來容易得多。無線網(wǎng)絡將變得有點像在線“云”計算，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5G將如何改變通信行業(yè)結構的討論已經(jīng)展開。一個問題是，“無線接入”服務會否變得更像是一種日用商品，電信咨詢師切坦·沙爾瑪(Chetan Sharma)認為。據(jù)其估計，在美國電信業(yè)的總收入中，運營商所占的份額已跌至50%以下，其余份額為移動服務商所占據(jù)，比如像Facebook的智能手機應用，它們通過廣告盈利。
向5G轉型，運營商或許可以通過銷售自有視頻內(nèi)容等方式逆轉目前的頹勢。但更可能的是其業(yè)務加速下滑，淪為低利潤的“啞管道”。倘若如此，這個本來已經(jīng)高度集中的行業(yè)可能難免進一步整合：部分國家也許會只剩一個無線基礎網(wǎng)絡供應商，正如它們往往只有一家供水公司那樣。
縱觀云計算崛起之后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)絡設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營商代管網(wǎng)絡而取得。另一咨詢公司Northstream的本特·諾思通(Bengt Nordstrom)表示，5G可能最終會令人們一直談論的一件事成為現(xiàn)實：在標準化生產(chǎn)及低利潤的壓力下，計算機制造商和電信設備商將合二為一。去年，愛立信先后與惠普及思科締結合作伙伴關系。日后可能出現(xiàn)全面并購整合。
巨大而丑陋的移動通信天線桿也將變得蹤影難尋。天線會變多，但體積肯定會縮小。除了中國移動在上海測試中的矩形天線陣列，公司還在試驗采用更小型隱蔽的“瓷片”(tile)天線，可以組合并嵌入建筑物墻面的文字中。在這個意義上，遑論其他，移動通信的前景將變得難以覺察。
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來源：互聯(lián)網(wǎng)
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