無線通信產業前瞻 梳理從1G到5G發展脈絡

作者2000.7~2012.9任職華為，IEEE Senior Member，4G奠基性技術「軟頻率復用」的發明人，《通信之道》作者

原標題為：無線通信產業前瞻

無線通信產業已經發展了四代，目前正處於5G產業化前夕，是當下到一個最熱的話題，5G如何發展，前景如何，是各個方面包括學術界、產業界、投資界以及政府都非常關心的。另外，中國已經啟動6G研究的消息也見諸報端，未來無線通信產業如何發展，是不是會繼續有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業發展的歷史。

無線通信產業是由需求和技術兩個輪子驅動前進的。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。基於這一概念，貝爾實驗室於1978年研製出先進行動電話系統（Advanced Mobile Phone Service，AMPS），這就是第一代移動通信系統。AMPS是一個模擬通信系統，採用頻分多址（FDMA）的復用技術，主要技術手段是濾波器，容易受雜訊的干擾，語音質量較差。隨著集成電路技術的發展，第二代移動通信系統採用了數字技術，並採用TDMA和信道編碼技術，使得通信系統向寬頻化發展，語音質量得到了較大的改善。 其中歐洲制定的GSM系統非常成功，至今仍在廣泛使用。20世紀90年代互聯網蓬勃發展，順應這一時代要求，產業界制訂了3G標準用以實現移動互聯網。3G採用了高通公司開發的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於浮誇了，CDMA存在自干擾問題，其頻譜效率只比GSM高10%左右，並且3G的主流標準WCDMA的系統設計過於複雜，導致部署成本比較高，所以一直無法替代GSM系統。 第四代移動通信採用了OFDM技術，從根本上克服了CDMA的技術缺陷，並且簡化了系統設計，成就了一代成功的移動通信系統。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》。

如果我們稍微總結一下，可以發現，1G發掘出了移動通信的巨大需求，但是採用了比較落後的技術體制，因此長不大；2G進行了數字化革命，從而獲得巨大成功。3G是為了新出現的移動互聯網需求而誕生，但是在技術上走了彎路，全球的3G業務都不是太成功；而4G回歸了正確的技術路線，目前4G業務蓬勃發展。

隨著4G的成功商用，按照無線通信十年一代的發展規律，產業界開始了5G的研發。按照業界目前的一般口徑，5G在2020年左右開始規模商用。中國政府已經為5G分配了500MHz的頻譜，三大運營商也已經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（2019）發放。

對於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

無線通信產業基本上可以用「端管雲」三個字進行概括。 端就是終端，包括電腦， PAD，手機等。雲就是存儲在網路上的內容，如新浪、百度、淘寶的數據中心，而管就是連接終端和雲之間的這條通道。

圖1. 端管雲

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，也叫空中介面；另一段是基站到雲，是有線通信。 雲都是掛在網際網路上的，因此網際網路是這條管道當中必經之路。 移動通信有核心網，基站首先掛在核心網上，再連接到網際網路。核心網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，路由器是直接戳到網際網路的。 這就構成了兩大生態體系，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業的走向。

在無線通信產業當中，空中介面這一段的產值，包括終端和基站，占絕大部分。如果做一個類比，通信網路可以類比人體的循環系統或這神經系統。 骨幹網的部分可以類比中樞神經或者主動脈，雖然容量很大，但是只有幾條。骨幹網路的銷售額不大，但是佔據戰略制高點；而空中介面部分相當於神經末梢或者毛細血管，數量龐大，佔據無線通信產業的主要市場份額。

有線網路現在都光纖化了。光纖的發明是基於高錕的理論，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，後來以令人乍舌的速度發展，目前一根光纖已經可以達到1Tbps。 而光纖要比同等長度麵條便宜，這是真正的高科技。 早期光纖只用於骨幹線路（比如北京和上海之間），隨著成本的降低，目前光纖已經入戶了。 由於光纖的存在，有線網路的主要工作在於怎麼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。

空中介面部分就比有線網困難多了。在有線通信當中，信號在一個精心製造的介質裡面傳播，無論是銅線還是光纖，信號質量非常好，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，還受到建築物、山體、樹木的阻擋，很多時候需要經過反射或者穿透障礙物才能達到接收機。 並且，無線電波不是規規矩矩地沿著規定的路線走，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。 所以儘管挑戰很大，無數的研究者前仆後繼，攻克無線通信當中的道道難關。

圖2. 網路分層協議

剛才說的這些事，背後是網路的分層結構。比如上圖就是一個網路的7層協議模型，非專業的讀者不必深究，只需要知道網路是分層工作的就好了。 最底下的一層叫物理層，其他的可以和合併起來叫高層。 物理層是處理物理信號的，比如電或者是光，就是如何把信息轉換成可以用來傳輸的電信號或者光信號。 物理層解決的是通信能力的問題，或者是帶寬的問題。有了這麼多的帶寬之後，怎麼組織和利用是高層要做的事。

這個和郵政系統非常類似。 物理層相當於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，要跑到郵局交給櫃檯，後然分揀打包裝車，到了目的地後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，通信網路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比以前先進，主要不是體現在郵局的布置上，而是運輸方式的改進，以前是馬車，現在改飛機了。雖說郵局也進步了，比如裝了玻璃櫃檯，或者信件實現了機器分揀， 但不是主要的因素。

光纖是現代通信網路的最重要的基石，就是物理層技術。高層技術當中大家最熟悉的是IP協議。IPV4獲得廣泛應用後，雖說存在一些問題，試圖通過IPV6去解決。但是IPV6經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，空中介面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。這些核心技術，也就是《通信原理》課程裡面的知識。

3G核心技術

空中介面的核心技術可以分為5個大類，分別是調製、編碼、多址、組網和多天線。 比核心技術更基礎的是基礎理論，包括電磁理論和資訊理論。 如上圖所示。

大家都知道，高通公司開發了CDMA技術，並且成為3G三大標準（ WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA）的核心技術，從而一躍成為晶元業巨頭。 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兩個領域。

雖然普遍認為高通開發了CDMA技術，但是CDMA並不是高通發明的，發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，也於1950年代由貝爾實驗室發明。 實際上由於當時普遍認為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性。 這構成了高通CDMA的技術體系。 這裡只簡要介紹一下，技術人員可以參考我的書《通信之道》。因為UFR並不是專利，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展史。

3G在編碼領域的主要進展是採用了Turbo碼，這是法國電信所資助的教授發明的，是通信發展史上的里程碑，因為它首次充分逼近了香農在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務當中的比重並不大，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。

調製是最基礎的通信技術，沒有之一。因為基礎，所以穩定，一直到現在的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。 憑著這些專利和晶元的聯合運作，收取了大量的高通稅。

其實從現在的眼光看，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這樣的大公司裡面，沒有進行商業化運作的機制，只是收了一些專利費，沒有形成象高通這麼大的商業。

4G核心技術

到了4G之後，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，但採取的方法是在CDMA缺陷的基礎上進行補救，但是怎麼補也補不徹底。

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。 採用OFDM技術帶來了新的問題，解決這些問題導致了三個創新的出現，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延時分集（Cyclic Delay Diversity）的嚴重缺陷。 在調製和編碼領域仍然採用了3G的方案。

可以看出，華為在4G的核心技術上已經取代了高通。 但是很可惜，由於華為公司的跟隨基因，無法發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，加上華為在產品上的優勢，所以華為日子過得很好，在4G時代成為第一大設備製造商。

5G核心技術

5G標準已經制定完成了，蓋棺定論後已經可以看得很清楚了。

首先調製這塊還是沒有變，太基礎了，想變也變不動。

因為聯想投票門的事情，編碼這塊的故事很多人都知道。相比於3G/4G採用的Turbo碼，5G採用了LDPC和Polar碼。 這兩個碼都是鼎鼎大名，是Turbo碼之後通信技術發展的里程碑性的技術。 但是由於Turbo碼已經比較接近香農限，雖然這兩個碼更接近，但是對系統容量的提升已經不大，大概是1～2%左右。

多址這塊，對於5G三大場景之一的eMBB這塊沒有變，還是採用了OFDM。其中愛立信提出的SC-FDMA 從4G的必選項變成了可選項，這是因為它相對於OFDMA並沒有什麼技術優勢。

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。 但是經過我的論證，NOMA比OFDM的增益嚴格為零，這是用資訊理論嚴格證明的。 所以NOMA既複雜又沒增益，屬於技術退步。

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境都用統一的參數，從而獲得規模經濟效應。F-OFDM強調對不同的環境採用不同參數從而更好的適應環境。 這種做法並沒有什麼增益，反而丟失了規模效應這個大西瓜，也屬於技術退步。

組網方面沒有聽到什麼消息，工作假設應該還是同頻復用。SFR和CoMP都是組網方案。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，但經歷了轟轟烈烈的標準工作和產品開發之後，已經是失敗了。

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，但是在複雜的實際環境中所涉及的問題的難度，是兩個數量級的差別。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的問題還在於，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天線，一個全向小區分割成三個扇區，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，12扇區，也就是mMIMO了，這個華為已經有產品了。 這和是不是5G沒關係。

綜合來看，5G相對於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-OFDM，還有為了保證短時延而採用的自包含結構。

還有，5G採用了更高的頻譜。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。所以同樣的網路覆蓋， 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務的需求，5G要求空中介面的延遲時間為1ms，而4G的這一指標為30ms左右。4G主要是為移動互聯網設計的，強調的是人與網路之間的高速連接，而同時連接到網路的終端的數量並不是一個需要特別考慮的問題。而在蓬勃發展的物聯網時代，每一件物體都有可能有聯網要求，因此連接數量會有數量級的增加，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。

但是有什麼樣的業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、抖音什麼的，以前根本就想不到。等4G來了之後，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。就像你已經活了80歲，不能按此推斷你還能再活80歲。2G和3G都處於帶寬短缺的時代，所以形成了修好路必有車的錯覺。然而到了4G之後，帶寬已經不再短缺了。

還有一個流行的觀點是，科技發展往往超出人的想像力，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內存應該是夠了。 而現在已經是640G了，6個數量級的增長。

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，內存，硬碟，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。

通俗一點說，我在PAD上看片，我一般看預設的高清格式，儘管有超清格式，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視頻之後，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。 當然對於60」的大電視，提高解析度還是有必要的。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，怎麼會有1Gbps的需求呢？ 這就要說到虛擬現實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，如果我們慢慢地轉頭，看到的景物也就連續地變化，這就是沉浸的意思。VR要實現這種效果，不光要傳給你正在看的東西，沒看的東西也要傳給你，轉頭的時候要現傳新視角上的數據來不及，會出現卡頓，就不是沉浸式體驗了。這樣一來，數據量再增加30倍，差不多就到1G了。5G的1G速率的需求就是這麼來的。

VR作為一種創新的視頻形式，相信能夠獲得一定的應用。VR的麻煩在於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。這麼一來VR一般發生在室內，而且一般是專門用途的場景，比如房地產或者旅遊景點的體驗店什麼的。 這些業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於未來可能出現的未知業務。 雖然具體的業務會層出不窮，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100萬年以後的事情。人眼的帶寬就確定了通信的最大速率，這是一個物理瓶頸，不管什麼應用出現都是無法突破的。

從現實的情況看，WiFi的速率總是領先移動網的，即使WiFi已經提供給我們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，也只有下載軟體的時候有時會達到。所以其實4G的速率已經超出需求了，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，但是資訊理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定律實現可靠通信，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。這裡就不說其他的處理時延、排隊時延和反饋時延了。非要實現低時延也有方法，就是把效率降低，用很高的信噪比去實現很低的速率。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。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遊戲，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。 但是這要基於一個假設，就是剎車指令是通過5G網路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，只能由車在本地產生，採用盡量短的迴路。依靠網路傳輸的，是路線規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汽車已經跑了幾百萬公里了，並不需要一個低時延的網路。甚至沒有網路的時候，汽車也應該能跑，這是起碼的要求。

基於同樣的原因，象無人工廠這些工業應用也無法通過5G網路實現。5G是一個公共網路，對經濟性的要求決定了它無法達到工業級的可靠性。不是說技術上做不到工業級的可靠性，而是能做到也不做，太貴了公眾用不起。所有的工業應用必須用專線。 遠程手術也是同樣的道理。

對於這個話題，你經常會看到一個很高大上的技術叫「網路切片」，意思是在5G網路上切出一個高可靠性的通道出來，用來滿足工業應用。 但是這實際是不可能做到的。 一個系統的可靠性取決於最薄弱的一環。如果5G網路採用統一的硬體設施，如果不想多花錢，就已經決定了這是一個民用級別的可靠性，是不可能在軟體上做點工作使之達到工業級的可靠性。 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誌是無法保證總統安全的。

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作為一個公共網路的基本特徵相矛盾，是絕無可能實現的。

剛才所說的自動駕駛和無人工廠，屬於物聯網的例子。 接下來我們聊聊普遍意義的物聯網。

有句非常有名的話，叫做「4G改變生活，5G改變社會」，說的就是物聯網。5G使我們的社會從互聯網發展到萬物互聯的社會。

雖然普遍認為目前處於物聯網爆發的前夕，但是有個問題，物聯網未必是移動通信的菜。

移動通信是怎麼來的呢？ 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一標準，全球統一。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。還要搞個核心網去支持運營，運營商還要養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，車聯網，野外科學考察等等，是移動通信的正經業務。

但是大多數東西是不動的。 在Wifi已經普及的情況下，很大的一塊業務會被Wifi分流，比如智能家居。 並且eMBB是2C的，而物聯網多數是2B的，象油田，電力公司這些大企業更傾向於自建網路，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，物聯網只有小部分落入5G的範圍。

移動通信與WiFi

5G與WiFi的關係是無法迴避的問題，這其實是本文開始就提到了CT與IT兩大生態體系的關係問題。

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。這是為什麼？

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後，丟失連接後就會感到恐慌。 很多人一有機會就查一下微信，微博，電郵，股票，彩票，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路，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，生來就缺乏實現廣覆蓋的能力。這表現在技術方案上，就不在這裡細說了。 後來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，並且導致北電破產。

由於WiFi無法實現廣覆蓋，它被定義為固網的延伸，已經成功滲透到了多數的家庭、酒店和辦公室， 目前WiFi的實測速率已經達到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都試圖入侵對方領地。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，周鴻禕說他掌管中國移動，就全免費。當然都沒能成功。 移動通信所要求的統一標準、廣域覆蓋，網歸網優，客戶管理，都決定了運營商是一個分層的官僚體系，與互聯網基因格格不入。中國移動每年營收8000億，夠買6個360了，說免就免了，從哪能撈回來這麼些錢？ 用戶願意交這個錢，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，並且實現免費。 這是否能做到呢？ 如果4G能夠利用已有的規模優勢，做低成本的Femto基站，理論上有可能。 但是市場規模太小，菊花大廠看不上眼，現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。 移動通信能夠實現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

移動通信經過四代的發展之後，人們得到一個似乎的規律，就是單數代不太成功，而偶數代很成功。 經過我們的分析後發現，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唯一技術。 但是到了5G，需求是虛構的，技術上並沒有進步，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後，美帝組團打壓華為，國人已經把5G看成是中美對決的戰場。

對於5G的立場，任總曾經發表過一個講話，說5G的需求並沒有出現。我心裡讚歎任總真是到了從心所欲不逾矩的境界，也不為利益所左右。 後來徐直軍也發表了對5G相對保守的觀點。但是後來口風變了，任總為自己的講話向產品線道了歉。後來華為發文表示要堅決打勝5G這一仗。

我們已經知道，移動通信的根本的價值在於實現任何時間，任何地點的連接能力，在此基礎上提高網路容量。如果沒有覆蓋這個前提，只是在局部實現高速率是沒有商業價值的。 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，數據量每年增長30%的情況還會持續很多年。因此移動網路還需要擴容。

移動通信正確對發展方向是，保證連續覆蓋的情況下以低成本提高網路容量。當然，並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。 這背後的原因有三個，一是通信原理的創新遇到瓶頸，二是半導體工藝獲得了爆炸性的發展， 三是無線產業決策鏈條太長。

通信技術已經發展百年，因為其戰略地位和創造財富的能力，全球最強智力投入其中，但凡簡單一點的創新早就發掘完了。用於Turbo碼解碼的BCJR演算法是1970年代發明的，在我歷經艱辛終於看懂之後，感嘆道，這隻能與魔鬼做交易才能搞得出來。 到2009年的時候，隨著Turbo，LDPC，Polar，OFDM，MIMO等領域的進展並且逼近理論極限，學術界普遍感覺到物理層已經死了，再也無法創新了。 象David Tse這樣的被公認為傳承香農衣缽的大咖，也感覺無處可走，轉行做生物信息去了。

在此同時，半導體技術得到了爆炸性的發展。 大家手上的U盤，從10年前128M變成了現在的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高速率的方向。 高算力使得採用更寬的頻帶，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。

移動通信產業有著與其他產業不同的特點。 一般的產業都是研發產品上市，獲得反饋並逐步改進，是一個快速迭代的過程。 而移動通信要求在什麼還沒有之前，大家共同商定一個標準，然後按照這個標準做產品。 何時啟動一代通信標準是戰略決策，是由政治領導人和商業領導人來做出的。他們當然會諮詢技術專家，但是專家們也未必懂，其中還有巨大的利益博弈，顯然並不靠譜。行業認同的宏觀規律是十年一代。時間一到，各方力量合力推動，就動手幹了。 大炮一響，黃金萬兩。即使實際上不能幹，也得創造條件干。所以我們看到5G出現了很多奇葩的技術，如全雙工，毫米波，現在可見光，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，到產品上市之前，所有的玩家都投入了巨大的成本。鑒於通信產業的戰略地位，政府意志也為之背書。大家都綁在這個戰車上，即使有問題，在碰到南牆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。中國長期以來落後，都以美國為燈塔。但是經過改開40年，中國國力日漸強盛。而通信產業整體上已經獲得了領先地位。在這種競爭格局下，即使美帝也會犯錯。什麼銥星啊，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，任總最新的講話又談到了5G的需求沒有出現。5G成功當然好，又能成為華為的產糧田，況且在輿論上華為5G已經領先友商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品線，是行業老大，沒有技術創新也就意味著現有格局的固化，華為也就能笑到最後了。當然裁員是避免不了的，這對於通信狗們來說不是個好消息。 對於二線的設備商，卻是災難性的，對5G的投入無法回收，現有市場份額也會被華為逐漸蠶食。 對於高通更是滅頂之災，3G專利過期，4G沒專利，然後5G沒有了，怎麼收專利費？早些年嫌設備和手機不賺錢甩給別人了，現在有點傻眼。趁手上還有點銀子，想收個恩智浦，也被貿易戰給攪黃了。這日子怕是過不下去了。

未來之路

前面已經講到，移動通信的發展方向是在保證覆蓋的情況下，用低成本的技術提高系統容量。 這背後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。

儘管學界對通信原理的發展前景很悲觀，但是情況正在起變化。

我在2014年發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體成本的前提下。 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領域的技術創新。MLSFR將成為未來移動通信組網技術的基石。

影響更加深遠的，我已經在資訊理論上獲得了重大突破。 大家知道，香農在1948年創立了資訊理論，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發展的燈塔。

但是香農只給出了最簡單的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只開了個頭，後來的學者發展出了一套衰落信道容量的理論，這些可以在經典的通信原理教科書裡面找到。

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，終於提出了新的衰落信道容量理論並在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。經過5個月的評審被拒，原因是兩個評委認為論文對資訊理論存在誤解。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律，創新者需要有這樣的心裡準備。 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，稿件修改之後再次投稿後，評審又進行了三個月，還沒有出結果。在中美貿易戰的背景下，美國在整華為，也難保政治不會侵蝕學術道德。 不管怎麼樣，大家很快就能看到了。

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

成功的道路並不擁擠，我們砥礪前行。

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