手機(jī)信號(hào)放大器10美元可以用來(lái)做什么？

能吃一餐飯、買(mǎi)一本《權(quán)利的游戲》、看一個(gè)月Netflix，或者在當(dāng)年可以買(mǎi)下電話的專利權(quán)。

時(shí)間撥回1871年，意大利人安東尼奧·梅烏奇帶著自己的Teletrofono電話系統(tǒng)去申請(qǐng)專利，他花10美元買(mǎi)了需要每年更新的專利權(quán)。3年后，因無(wú)力維系這項(xiàng)支出，梅烏奇的電話專利權(quán)拱手讓人。世界通信史因此發(fā)生了第一個(gè)重要轉(zhuǎn)折-手機(jī)信號(hào)增強(qiáng)器。

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回顧通信歷史，人與人、人與技術(shù)或是技術(shù)與技術(shù)間，存在著無(wú)數(shù)影響與被影響，改變與被改變的關(guān)系。理解這個(gè)世界的規(guī)則，也是理解未來(lái)通信的不二法門(mén)。

1、 通信歷史是從一場(chǎng)丑聞開(kāi)始的；

2、 0G到5G，移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)；

3、5G的關(guān)鍵技術(shù)與價(jià)值實(shí)現(xiàn)脈絡(luò)；

4、 5G之后，未來(lái)通信要往何處去？

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從1990年參加工作以來(lái)，我一直沒(méi)有離開(kāi)過(guò)通信行業(yè)。我是軟件工程師出身，加入亞信前，曾在摩托羅拉核心實(shí)驗(yàn)室工作，參與通信系統(tǒng)的研發(fā)。大部分的通信發(fā)展歷史，我都可以算是以第一視角經(jīng)歷其中。

面向5G研究通信技術(shù)發(fā)展的歷史，一方面可以幫助構(gòu)建對(duì)通信技術(shù)發(fā)展緣由的認(rèn)知；另一方面，可以通過(guò)通信行業(yè)歷史所隱含的一些規(guī)律，判斷未來(lái)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

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01. 從電報(bào)到電話，通信世界的新紀(jì)元

通信發(fā)展的歷史和人類發(fā)展的歷史有些類似，雖然從整體上看是一步一步邁向更加美好，但其某些發(fā)展細(xì)節(jié)卻不免隱藏著丑惡。這些丑惡有時(shí)竟是人類進(jìn)步的重要原因。

通信歷史其實(shí)就是從一個(gè)丑聞開(kāi)始的。

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大部分的通信歷史教科書(shū)上都會(huì)寫(xiě)“電話是貝爾發(fā)明的”，但實(shí)際上，電話的真正發(fā)明者是一個(gè)叫梅烏奇的意大利人，貝爾碰巧和他在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里工作過(guò)。

梅烏奇雖然是一個(gè)偉大的發(fā)明家，但他缺乏商業(yè)意識(shí)。在發(fā)明電話2年之后，由于經(jīng)濟(jì)原因，他暫停了專利費(fèi)的支付。貝爾和格雷，在梅烏奇不知情的情況下，帶著他的關(guān)于電話的所有技術(shù)文檔，相繼去美國(guó)專利局申請(qǐng)了終身專利。

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后來(lái)貝爾又通過(guò)商業(yè)運(yùn)作手段收購(gòu)了格雷的一些內(nèi)容，也另外收購(gòu)了一些愛(ài)迪生的技術(shù)，成為了電話技術(shù)的商業(yè)擁有者，他也一直宣稱自己是電話的發(fā)明者。直到2002年，美國(guó)眾議院才正式把電話發(fā)明權(quán)交還給梅烏奇。

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電話的“發(fā)明人”貝爾，實(shí)際上竟是一個(gè)沽名釣譽(yù)者，這是很難看的通信歷史，但是通信行業(yè)的發(fā)展確實(shí)起源于這個(gè)小偷和騙子。

貝爾雖然不是一個(gè)偉大的發(fā)明家，但他是一個(gè)杰出的商業(yè)天才。他為通信事業(yè)的發(fā)展做了一系列具有奠基意義的事情，其中最重大的就是成立了貝爾電話公司。

貝爾電話公司作為第一家公眾電話服務(wù)公司，把電話這樣一個(gè)在別人眼里的貴族玩具，逐步帶向了一個(gè)面向大規(guī)模公眾服務(wù)的基礎(chǔ)社會(huì)設(shè)施。其后，從貝爾電話公司分離出的AT&T構(gòu)建了公共電話網(wǎng)絡(luò)PSTN，并成為了延續(xù)至20世紀(jì)末的電話交換網(wǎng)絡(luò)的基本形態(tài)。直至今日，AT&T經(jīng)歷幾次反壟斷分拆，仍然是全球范圍的通信巨頭。

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AT&T收購(gòu)了西方電子公司的一個(gè)研究部門(mén)，成立了著名的通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室——貝爾實(shí)驗(yàn)室。而貝爾實(shí)驗(yàn)室則成為了后來(lái)通信技術(shù)發(fā)展的重要引擎，大多數(shù)早期的通信技術(shù)都奠基于貝爾實(shí)驗(yàn)室的科研成果。電信公司有充足的現(xiàn)金流建立這樣的核心實(shí)驗(yàn)室，可以潛心研究未來(lái)技術(shù)，扎實(shí)地將技術(shù)轉(zhuǎn)向市場(chǎng)，以形成推動(dòng)人類通信進(jìn)步的力量。

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AT&T電報(bào)大樓里接電話的話務(wù)員

02. 從0G到5G，移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

0G 無(wú)線通信技術(shù)時(shí)代 1950s，擺脫P(yáng)STN的連接束縛，移動(dòng)通信技術(shù)的誕生

早在1950年代就有了移動(dòng)通信的技術(shù)應(yīng)用，但人們往往將其稱為“第0代移動(dòng)通信”，而不是第1代移動(dòng)通信。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)代的移動(dòng)通信技術(shù)，并沒(méi)有建立真正意義上可運(yùn)營(yíng)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，它只能被視為固定電話的無(wú)線延伸。運(yùn)營(yíng)商仍然是固定電話網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商，服務(wù)號(hào)碼也是固定電話號(hào)碼，無(wú)線連接能力只是一種增值服務(wù)。

這種拓展無(wú)線連接能力的需求最早來(lái)自于汽車(chē)。由于美國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的人擁有了汽車(chē)，很多人希望在移動(dòng)的汽車(chē)?yán)镆材苋缤诩依镆粯哟螂娫挘@就是移動(dòng)電話的最初需求。這個(gè)需求也喚醒了一代通信巨頭——摩托羅拉。

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摩托羅拉最早是一家做汽車(chē)收音機(jī)的廠商。Motorola的名字就來(lái)自于其非常成功的汽車(chē)收音機(jī)品牌。摩托羅拉在制造車(chē)載半導(dǎo)體收音機(jī)的過(guò)程中，積累了堅(jiān)實(shí)的車(chē)載無(wú)線通信技術(shù)。因此，當(dāng)車(chē)載移動(dòng)通信的需求興起時(shí)，高爾文兄弟極其敏銳地抓住了這一機(jī)遇，Motorola當(dāng)仁不讓地成為了車(chē)載移動(dòng)電話領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。

在摩托羅拉產(chǎn)品的支撐下，美國(guó)伊利諾伊州開(kāi)通了當(dāng)時(shí)世界上最大的無(wú)線通信系統(tǒng)，這個(gè)通信系統(tǒng)一共用64個(gè)頻率覆蓋全城，可以滿足人們?cè)谝苿?dòng)的汽車(chē)上打電話的需求，由于沒(méi)有電話線的束縛，這種通信方式給人們帶來(lái)了巨大的便利。

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但是這個(gè)時(shí)候的通信系統(tǒng)，頻率是獨(dú)占性的，也就是說(shuō)，在某個(gè)地點(diǎn)，只能有一個(gè)人使用該頻率進(jìn)行通話，其它人只能選擇不同的頻率。因此，這個(gè)系統(tǒng)在其天線所覆蓋的范圍內(nèi)，最多只能64個(gè)人打電話，而且人們打電話的過(guò)程中一旦超出了天線的覆蓋范圍，通話就會(huì)被中斷，只能重新連接。通信不連續(xù)的問(wèn)題和系統(tǒng)容量的問(wèn)題被用戶普遍抱怨。不過(guò)這也指明了當(dāng)時(shí)的通信技術(shù)發(fā)展的方向。

1G 蜂窩通信技術(shù)時(shí)代 1980s，從一個(gè)PSTN的增值服務(wù)，到一個(gè)獨(dú)立的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)

得益于摩托羅拉和貝爾實(shí)驗(yàn)室的偉大構(gòu)想——蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以把一個(gè)天線所覆蓋的通信區(qū)域分成若干個(gè)通信單元——扇區(qū)，相鄰扇區(qū)之間采用不同頻率，相隔的扇區(qū)可以進(jìn)行頻率的復(fù)用，扇區(qū)和扇區(qū)的連續(xù)覆蓋構(gòu)建了整個(gè)城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

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由于不同扇區(qū)與移動(dòng)終端的通信可以在基站控制器的指揮下平滑進(jìn)行頻率切換，這使得用戶能夠得到連續(xù)性的移動(dòng)通信服務(wù)。一個(gè)城市也可以因此構(gòu)建無(wú)縫的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。移動(dòng)通話不再會(huì)被時(shí)時(shí)中斷。而且，由于頻率的復(fù)用能力，整個(gè)通信系統(tǒng)的用戶容量得到了大幅度提升。

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除了技術(shù)方面的演進(jìn)，該系統(tǒng)更加重要的改變是移動(dòng)通信設(shè)備不再依附于一個(gè)固定通信設(shè)備，移動(dòng)電話開(kāi)始有了自己的用戶號(hào)碼，它可以與固定電話以平等的身份加入到PSTN的交換網(wǎng)絡(luò)之中。移動(dòng)通信業(yè)務(wù)也自此真正拉開(kāi)序幕。這就是第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)。

雖然1G時(shí)代的移動(dòng)通信服務(wù)受到了普遍贊譽(yù)，但其最大的問(wèn)題就是貴！因此妨礙了這項(xiàng)服務(wù)的大眾化普及。這主要由于當(dāng)時(shí)的蜂窩系統(tǒng)容量有限，因此系統(tǒng)用戶數(shù)量有限，這樣每一個(gè)蜂窩基站建設(shè)成本均攤到每個(gè)用戶身上就會(huì)非常高。

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1987年11月，廣東省開(kāi)通了全國(guó)第一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)，首批用戶只有700名。當(dāng)時(shí)電話的公開(kāi)價(jià)格在20,000元左右，黑市售價(jià)高達(dá)50,000元。另外入網(wǎng)費(fèi)6,000元，每分鐘通話0.6元，1小時(shí)的市內(nèi)通話費(fèi)用就需要80元。即便是在今天，普通人也未必能負(fù)擔(dān)起這樣的價(jià)格。

所以，如何使通信更加便宜，就成為了當(dāng)時(shí)移動(dòng)通信技術(shù)最核心的演進(jìn)動(dòng)力，這促成了2G時(shí)代序幕的開(kāi)啟。

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2G 數(shù)字通信技術(shù)時(shí)代 1990s，技術(shù)決定生態(tài)，生態(tài)決定商業(yè)規(guī)模

在向第2代移動(dòng)通信演進(jìn)的過(guò)程中，涌現(xiàn)了許多通信技術(shù)的天才構(gòu)想，用于降低通信網(wǎng)絡(luò)的成本，提升通信網(wǎng)絡(luò)的容量。其中最有代表性的兩個(gè)技術(shù)就是時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。當(dāng)時(shí)流行的GSM就是一種時(shí)分多址技術(shù)。

TDMA(Time division multiple access)——把每個(gè)信道按時(shí)間切分成若干時(shí)間片，每個(gè)用戶只在某一個(gè)被分配的時(shí)間片進(jìn)行通話，這就使得頻道容量被虛擬地增加，單個(gè)載頻可以同時(shí)進(jìn)行多用戶的通信。

舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)有2個(gè)人，A在奇數(shù)時(shí)間片通信，B在偶數(shù)時(shí)間片通信，如果你采樣第1，3，5，7……時(shí)間片，你就會(huì)聽(tīng)到A的通話，你如果采樣第2，4，6，8……時(shí)間片，你就會(huì)聽(tīng)到B的通話，發(fā)送方和接收方嚴(yán)格同步，A、B就都可以進(jìn)行自由的通信。雖然時(shí)間切片有間隔，但如果這樣的時(shí)間切片到了毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)，人耳是無(wú)法識(shí)別的，因此人們感受到的是依舊是連續(xù)的通信。實(shí)際工程中，信道不止被分為兩個(gè)切片，而是被細(xì)分為多個(gè)時(shí)間切片，這使得信道容量成倍提高，人均通信成本也就可以成倍地降低。

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CDMA(Code Division Multiple Access)——是一項(xiàng)具有創(chuàng)舉意義的通信技術(shù)，它的基本原理是將通信內(nèi)容與固定編碼序列進(jìn)行運(yùn)算后發(fā)送。因?yàn)榫幋a序列不同，所以不同用戶的通信互不干擾，信道實(shí)現(xiàn)共用。

舉例說(shuō)明，就好比在一個(gè)房間里有n個(gè)人在說(shuō)話，A講英語(yǔ)，B講中文，C講法文……懂中文的人能聽(tīng)到中文，懂英語(yǔ)的人能聽(tīng)到英語(yǔ)。這樣盡管大家在一個(gè)屋子里各說(shuō)各的，但大家各自只關(guān)注自己的語(yǔ)言，濾除其它語(yǔ)言的影響，因此接收方和發(fā)送方就可以自由通信。

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CDMA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)相比于TDMA是明顯的：其系統(tǒng)容量大；通話質(zhì)量高，沒(méi)有頻率干擾，頻率規(guī)劃就更簡(jiǎn)單；建網(wǎng)成本就會(huì)更低。貫穿整個(gè)2G時(shí)代，通信技術(shù)從根本意義上就是這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間的競(jìng)爭(zhēng)。

偉大的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)通常不僅因?yàn)榧夹g(shù)

萬(wàn)字科普，從一場(chǎng)丑聞開(kāi)始的通信行業(yè)發(fā)展史

在這里不得不提的插曲，就是摩托羅拉的“銥星計(jì)劃”。

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銥星計(jì)劃試圖另辟蹊徑解決移動(dòng)通信問(wèn)題。仿照銥原子的77個(gè)核外電子，銥星計(jì)劃向外太空發(fā)射了77顆衛(wèi)星（后來(lái)計(jì)算只需要66顆），讓銥星像大蜂窩系統(tǒng)一樣構(gòu)建全球覆蓋。全球任何一點(diǎn)都有衛(wèi)星的覆蓋，兩地的通話，最多只要經(jīng)過(guò)衛(wèi)星的兩跳，就能得到連接。

這樣通信系統(tǒng)將徹底解決全球通信問(wèn)題，不僅是城市，即便是邊遠(yuǎn)地區(qū)、荒蕪沙漠、海洋，也可以進(jìn)行無(wú)縫的通信服務(wù)，而建立這樣一個(gè)全球范圍的通信系統(tǒng)不過(guò)也就是34億美金的投資！

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這是一個(gè)非常偉大的構(gòu)想，1998年摩托羅拉也順利獲得34億美金的投資，成立了銥星公司，66顆衛(wèi)星也陸續(xù)發(fā)射上天。但這項(xiàng)計(jì)劃的最終結(jié)局卻是失敗。

銥星計(jì)劃的失敗不僅對(duì)于摩托羅拉是個(gè)沉重打擊，也開(kāi)始引發(fā)人們對(duì)于通信技術(shù)發(fā)展方向的深思。

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銥星計(jì)劃在技術(shù)上并非不可實(shí)現(xiàn)，但有很多基本內(nèi)容無(wú)法在通信行業(yè)成立：首先，它缺乏合理的運(yùn)營(yíng)主體，而且無(wú)論誰(shuí)來(lái)運(yùn)營(yíng)，都有太多強(qiáng)大的本地通信利益壁壘需要沖破。另外，在人類沒(méi)有達(dá)到政治大同前，這類全球化的移動(dòng)通信系統(tǒng)很難成為大眾通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)家核心的基礎(chǔ)設(shè)施，這一點(diǎn)上技術(shù)主權(quán)就是國(guó)家主權(quán)，所以通信行業(yè)的事情，必須大家商量著來(lái)。所以盡管銥星公司目前仍在慘淡經(jīng)營(yíng)，但其業(yè)務(wù)聚焦已經(jīng)非常邊緣化。

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前3G時(shí)代 走向標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，通信標(biāo)準(zhǔn)必將走向統(tǒng)一，但這是一個(gè)漸進(jìn)的利益均衡的過(guò)程

在2G到3G的過(guò)渡階段，各國(guó)陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)可以說(shuō)“七國(guó)八制”，目標(biāo)想法也不盡一致。1996年，在ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）帶領(lǐng)下，產(chǎn)生了大家達(dá)成共識(shí)的通信系統(tǒng)構(gòu)建藍(lán)圖——IMT-2000，也就是3G第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。后面的4G，5G實(shí)際上就是在IMT-2000基礎(chǔ)上的演進(jìn)， 4G命名為IMT-Advanced，5G命名為IMT-2020。

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面向5G，ITU組織的工作機(jī)理就是這樣：2018年10月份左右，5G標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始征集，任何相關(guān)廠家和標(biāo)準(zhǔn)組織都可以提交建議。截至今年10月份，ITU將正式發(fā)布5G的所有標(biāo)準(zhǔn)。其中最重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織就是3GPP。

通信標(biāo)準(zhǔn)決定了通信產(chǎn)業(yè)的商業(yè)價(jià)值分布，甚至國(guó)家在全球經(jīng)濟(jì)中的位置，因此通信標(biāo)準(zhǔn)就是每一個(gè)利益團(tuán)隊(duì)在尋求進(jìn)步的同時(shí)的必爭(zhēng)之地， Qualcomm就是一個(gè)經(jīng)典案例。

1997年，Qualcomm上市時(shí)的股價(jià)只有14.32$，但CDMA技術(shù)造就了Qualcomm的神奇。作為當(dāng)時(shí)最先進(jìn)技術(shù)的唯一專利芯片提供商，Qualcomm3年之后的股價(jià)就增長(zhǎng)到237.35$，業(yè)務(wù)增長(zhǎng)率達(dá)到了2621%。

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Qualcomm的成功就在于它把握了通信標(biāo)準(zhǔn)的制空權(quán)。Qualcomm之后，大家認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)未來(lái)商業(yè)利益的巨大影響，由此引發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)也進(jìn)入到了白熱化階段。

3G 寬頻通信技術(shù)時(shí)代 2000s，通信標(biāo)準(zhǔn)的白熱化爭(zhēng)奪，通信世界的重新定義

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3G時(shí)代大家都認(rèn)同CDMA代表未來(lái)的方向，但歐洲、中國(guó)與北美都各有自己的標(biāo)準(zhǔn)：歐洲是WCDMA，中國(guó)是TD-SCDMA，北美是CDMA2000。

標(biāo)準(zhǔn)化組織也形成了分裂，一方面是歐洲建立在UMTS技術(shù)愿景之上的3GPP組織，另一方面是美國(guó)建立在CDMA2000基礎(chǔ)之上的3GPP2組織，中國(guó)也開(kāi)始以自己的通信標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA參與到通信標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)之中。除了這些傳統(tǒng)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織外，IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）也雄心勃勃地參與到了3G標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)之中，并提出了第4個(gè)3G的通信標(biāo)準(zhǔn)——802.16，即WiMax。

以Intel為代表的IT廠家主推WiMax作為未來(lái)通信標(biāo)準(zhǔn)，并期待以其PC市場(chǎng)為基礎(chǔ)，迅速推廣WiMax的普及，這一計(jì)劃得到了美國(guó)政府的強(qiáng)力支持。

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WiMax一開(kāi)始在全球電信展會(huì)都非?；馃幔欢葍叭怀蔀槲磥?lái)主角。但是，WiMax最終還是被放棄了，原因有兩點(diǎn)：第一，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法獲得多數(shù)設(shè)備和終端廠家的支持，因此生態(tài)力量不足。第二，它對(duì)未來(lái)通信世界的判斷發(fā)生了偏差，移動(dòng)通信非但沒(méi)有使PC成為主要的移動(dòng)終端，反而使智能終端替代了PC成為主要的計(jì)算終端。WiMax性能無(wú)法與其它為智能終端特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的協(xié)議適配，敗下陣來(lái)理所當(dāng)然！

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CDMA魂斷UMA，一代統(tǒng)治技術(shù)的終結(jié)

所謂“哪里有壓迫，哪里就有反抗”。每一個(gè)終端設(shè)備廠商都要因CDMA付給Qualcomm大量的專利費(fèi)用，于是大家都想盡辦法繞開(kāi)Qualcomm。這使得CDMA的技術(shù)生態(tài)越來(lái)越小。

而隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，CDMA的典型技術(shù)弱點(diǎn)也開(kāi)始暴露：

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1. 信號(hào)衰弱快，導(dǎo)致基站建設(shè)密集，成本升高；

2. 隨著用戶數(shù)量增加，通信質(zhì)量受到影響；

3. 傳輸帶寬消耗大，頻率資源浪費(fèi)嚴(yán)重；

4. 通信帶寬小，需要多載頻聚合才能形成帶寬能力。

這些原因都使CDMA難以形成強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。Qualcomm雖然后來(lái)也提出了UMB(Ultra Mobile Broadband)的技術(shù)愿景，但實(shí)際采用的是與其競(jìng)爭(zhēng)的LTE技術(shù)相仿的技術(shù)內(nèi)容。對(duì)Qualcomm而言，UMB的產(chǎn)業(yè)價(jià)值越來(lái)越小。在2008年，Qualcomm終止了UMB研發(fā)，CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)就此中斷。

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4G 通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)大統(tǒng)一時(shí)代 2010s，看通信世界，天下紛爭(zhēng)，終歸一統(tǒng)

通信網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)目的就是要將人們連接起來(lái)，所以通信標(biāo)準(zhǔn)最終走向統(tǒng)一也是一種技術(shù)必然。4G時(shí)代終結(jié)了歐洲UMTS技術(shù)、美國(guó)CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及中國(guó)TD-SCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立發(fā)展，最終形成了統(tǒng)一全球的LTE( Long Term Evolution)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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雖然在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上LTE仍主要有兩種模式：LTE-FDD（頻分雙工形式）和LTE-TDD（時(shí)分雙工形式），它們使用的頻段也有所不同，但90%的核心技術(shù)內(nèi)容是相同的，所以大部分設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)支持這2種技術(shù)版本。

LTE采用了正交頻分多址技術(shù)(OFDMA)，在信道利用上，基本達(dá)到了極致。如：在2G時(shí)代的時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)，每個(gè)通信信道有自己的時(shí)間切片，但不同信道如有空閑的時(shí)間片是不能被利用的。而在LTE技術(shù)下，所有通信信道的空閑時(shí)間切片可以統(tǒng)一規(guī)劃，這極大地提高了頻率資源使用率、拓展了信道的容量，同時(shí)4G時(shí)代又采用了載波聚合技術(shù)(Carrier Aggregation)，可以將2-5個(gè)載波聚合在一起，從而大大提升了信道的數(shù)據(jù)通信能力。

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走著走著，一切都不一樣了

在人們的傳統(tǒng)認(rèn)知里，“移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是用于人與人之間的訊息傳送的”。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣域覆蓋，主要用于語(yǔ)音通信和簡(jiǎn)單信息傳輸。而那些大數(shù)據(jù)量通信并沒(méi)有強(qiáng)移動(dòng)性需求，因此圖書(shū)館、咖啡廳、辦公室等熱點(diǎn)區(qū)域的通信需求可以通過(guò) “游牧型”(Nomadic)網(wǎng)絡(luò)提供，這種網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性低但數(shù)據(jù)傳輸能力高。這也是WiMax對(duì)未來(lái)通信世界的主要構(gòu)想。

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但人們從2.5G時(shí)代開(kāi)始發(fā)現(xiàn)，除了打電話以外，手機(jī)開(kāi)始可以接收越來(lái)越多的非語(yǔ)音通信內(nèi)容。短信、彩信等開(kāi)始成為通信業(yè)務(wù)成長(zhǎng)的動(dòng)力。隨著這種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)世界開(kāi)始和通信世界走向融合。3G時(shí)代智能終端的出現(xiàn)也對(duì)通信世界產(chǎn)生了根本性的影響。

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以iPhone為代表的智能手機(jī)，是集音樂(lè)播放、收音機(jī)、照相、游戲、電子書(shū)等功能為一身的計(jì)算終端，需要更高帶寬、更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)支持?！耙苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)用于傳送數(shù)據(jù)，移動(dòng)終端集成一切電子設(shè)備”的新認(rèn)知開(kāi)始出現(xiàn)。

在后4G時(shí)代，這種需求變得越來(lái)越強(qiáng)烈，移動(dòng)終端不僅集成了隨身電子設(shè)備，而且移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始將各種電子設(shè)備者納入服務(wù)范疇。

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2009年，物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)，并以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的增速形成洶涌浪潮。據(jù)DigiReach預(yù)測(cè)，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)量將超過(guò)500億；這使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)發(fā)生了根本變化，它不再是僅僅滿足人們的日常通信、娛樂(lè)、信息服務(wù)的需求，而是要廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸需求。

網(wǎng)絡(luò)因此從滿足單一的數(shù)據(jù)傳輸特征需求，演變成需要滿足不同類型的廣泛連接特征需求。網(wǎng)絡(luò)能力的多特征極化，也成為5G時(shí)代的顯著需求。

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5G 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)代 2020s

為了滿足5G通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于不同連接特征的需求，5G網(wǎng)絡(luò)采用了很多新的無(wú)線通信技術(shù)，其中最具代表性的就是波束賦形(Beamforming)，大規(guī)模天線陣列(Massive MIMO)，以及毫米波通信(mmWave)。

實(shí)際上這些技術(shù)也并非5G所獨(dú)創(chuàng)，在5G之前的各種通信標(biāo)準(zhǔn)之中，就有類似技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，但正是由于ITU的通信標(biāo)準(zhǔn)形成機(jī)制使得5G成為博采眾長(zhǎng)的集大成者。

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關(guān)鍵技術(shù)1：大規(guī)模天線陣列與波束賦形

5G網(wǎng)絡(luò)的靈活性，在于它對(duì)于通信元素的控制能力

大規(guī)模天線陣列(Massive MIMO)與波束賦形(Beamforming)，是5G多特征極化的重要支撐。

大規(guī)模天線陣列(Massive MIMO)是指一根天線有很多的天線頭。每個(gè)天線頭可以與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立的輸入輸出信號(hào)通信，這相當(dāng)于為基站和終端之間建立了眾多通道，天線頭越多，通信信道就越多。在5G時(shí)代，天線可以擁有256個(gè)天線頭，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于4G時(shí)代MIMO的16個(gè)天線頭。這就大大提升了單位網(wǎng)絡(luò)面積能夠支撐的設(shè)備容量。

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建立在Massive MIMO技術(shù)基礎(chǔ)之上的波束賦形技術(shù)(Beamforming)，可以使得天線頭的載波頻率能夠以極小的扇區(qū)夾角以幾乎直線的方式對(duì)準(zhǔn)通信終端建立無(wú)線通信通道?？梢韵胂蟊姸嗟奶炀€頭都對(duì)準(zhǔn)各自終端設(shè)備同時(shí)進(jìn)行通信。不僅如此，這些通道還可以聚合，或者獨(dú)占，使通信的帶寬和可靠性得到不同的結(jié)果。

想象有非常多的車(chē)道，可以聚合形成一條非常寬闊的道路，也可以將車(chē)道細(xì)分支撐更多的車(chē)輛，還可以讓某些車(chē)輛跑在固定的車(chē)道上增強(qiáng)其可靠性。這種靈活動(dòng)態(tài)規(guī)劃車(chē)道的能力，正如5G的通信網(wǎng)絡(luò)可以按照?qǐng)鼍暗男枨?，?shí)現(xiàn)大規(guī)模通信設(shè)備連接、超穩(wěn)定低延遲連接或是超高帶寬連接的能力。

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萬(wàn)字科普，從一場(chǎng)丑聞開(kāi)始的通信行業(yè)發(fā)展史萬(wàn)字科普，從一場(chǎng)丑聞開(kāi)始的通信行業(yè)發(fā)展史

關(guān)鍵技術(shù)2：毫米波通信

毫米波通信是5G最具深遠(yuǎn)意義的技術(shù)演進(jìn)

對(duì)未來(lái)的通信發(fā)展而言，毫米波通信應(yīng)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是最具深遠(yuǎn)意義的技術(shù)演進(jìn)。這應(yīng)該是5G的核心所在，但毫米波產(chǎn)品目前在產(chǎn)品化上也是最不成熟的。大多數(shù)初始5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)瞄準(zhǔn)的也是Sub-6G頻段，而非20G以上的毫米波頻段。

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毫米波指的是波長(zhǎng)為1-10毫米，頻率為30-300GHz的電磁波

毫米波有著明顯的優(yōu)點(diǎn)：1. 毫米波帶寬極高：有200G以上的潛力，可以承載已知的任何應(yīng)用 2.毫米波的波束極窄：1-5度的波束寬度，測(cè)形、測(cè)速及定位精度高 3.毫米波的信道安全：毫米波散射性弱，因此通信安全性高 4.毫米波的元器件小：毫米波器件小，因此通信設(shè)備更容易小型化

盡管如此，毫米波也有著難以避免的缺陷：1.毫米波的信號(hào)衰落快：受大氣衰減和吸收影響，無(wú)法進(jìn)行廣域覆蓋 2.毫米波的信號(hào)穿透力低：能夠穿透煙霧、灰塵等，但難以穿透固體材料 3.毫米波的器件加工精度高：非常小的加工瑕疵都會(huì)對(duì)毫米波設(shè)備性能造成很大影響

毫米波技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)超高帶寬的基礎(chǔ)條件，只有在毫米波的載頻上才可能實(shí)現(xiàn)5G超高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α６撩撞ǖ娜毕菀舱?G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要面臨的問(wèn)題。

關(guān)鍵技術(shù)3：軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)與網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)

5G不僅僅是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的變化，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的其它部分也會(huì)發(fā)生巨大的本質(zhì)變化。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從1G向4G演化過(guò)程中，交換網(wǎng)絡(luò)從線路交換逐漸演變成數(shù)據(jù)包交換。線路交換的本質(zhì)是建立一個(gè)固定連接的過(guò)程，通信雙方的連接建立后，只要通信沒(méi)有被終止，通信鏈路就一直存在。

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后來(lái)誕生了以ATM為代表的虛擬線路交換技術(shù)。它可以將物理鏈路進(jìn)行時(shí)分復(fù)用(TDM)，它把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，切分成一個(gè)個(gè)固定大小的數(shù)據(jù)包，然后在固定的時(shí)間區(qū)間傳送這些數(shù)據(jù)包。這就等同于在一個(gè)物理連接的基礎(chǔ)上，建立了很多虛擬連接，這就大大提升了傳輸信道的通信容量和能力。

而IP網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，引入了數(shù)據(jù)包交換技術(shù)，則消除了所謂連接的概念。像寄信一樣，發(fā)方寫(xiě)對(duì)數(shù)據(jù)包的地址，然后發(fā)出去即可；收方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路由收到數(shù)據(jù)包再做內(nèi)容匯集。語(yǔ)音、圖片、視頻等多媒體內(nèi)容都可以進(jìn)行傳輸。

數(shù)據(jù)包交換技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建變得異常靈活，這種靈活性在4G時(shí)代，已經(jīng)體現(xiàn)在無(wú)線、傳輸、交換等所有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支撐架構(gòu)上。這也是人們將4G時(shí)代稱為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的原因。全I(xiàn)P通信網(wǎng)絡(luò)大幅降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)和運(yùn)維成本也隨之降低。

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傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)

全I(xiàn)P通信網(wǎng)絡(luò)

5G通信網(wǎng)絡(luò)的理想是沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)

建立于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)之上，5G網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)的敏捷性、靈活性更提高了一個(gè)層次。舉例來(lái)說(shuō)：

【小劇場(chǎng)1】

一個(gè)數(shù)據(jù)包每經(jīng)過(guò)一個(gè)路口就要向路由器問(wèn)路

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但是，可能會(huì)有下列情形……

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你走著走著，突然前面道路發(fā)生故障不得不停下來(lái)等故障排除，或者旁邊明明有空閑道路，卻只能擠在擁擠的道路上……

這是由于每個(gè)路口都無(wú)法知道下一路口發(fā)生著什么，更不用提幾個(gè)路口之外的道路情況了。也就是數(shù)據(jù)包一旦發(fā)出，其到達(dá)的時(shí)間和質(zhì)量都是不可控的。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的僵化既不能保障通信質(zhì)量，也不是通信資源最有效的利用方式。

而SDN網(wǎng)絡(luò)則完全不同，它可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地規(guī)劃數(shù)據(jù)包的道路，不僅極大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，也大大降低了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。

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【小劇場(chǎng)2】

你完全不需要問(wèn)路，因?yàn)閷?dǎo)航儀會(huì)告訴你什么時(shí)候該向什么方向轉(zhuǎn)彎，并且根據(jù)道路情況為你規(guī)劃路線。

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隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的簡(jiǎn)化，人們進(jìn)一步提出了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化(NFV)的概念。不僅網(wǎng)絡(luò)本身可以被靈活定義，連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也可以被靈活定義。想象這樣的道路，你的車(chē)輛如果走著走著沒(méi)油了，前面就會(huì)出現(xiàn)加油站；如果你累了，前面就會(huì)出現(xiàn)休息區(qū)，而且這些基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)因?yàn)檐?chē)輛的多少而相應(yīng)出現(xiàn)。這就是NFV給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的靈活性。

在另一方面NFV使得原來(lái)各種各樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以工作在相同的硬件平臺(tái)上以軟件形成網(wǎng)絡(luò)功能。這大大降低了網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運(yùn)維成本；更重要的是網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)也因此發(fā)生了巨大變化，原來(lái)線路糾纏的電信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)槊艚莸慕怦畹腎T平臺(tái)。也正是這些技術(shù)的靈活性，為5G未來(lái)應(yīng)用奠定豐富而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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5G價(jià)值實(shí)現(xiàn)脈絡(luò)

To B：便宜、安全、簡(jiǎn)單， To C：時(shí)尚

就未來(lái)應(yīng)用而言，5G可以分為T(mén)o B和To C兩部分。回溯通信歷史，To B的目標(biāo)會(huì)最終聚焦于：便宜、安全、簡(jiǎn)單。從便宜的角度看，芯片價(jià)格是決定因素，芯片足夠便宜，設(shè)備就足夠便宜；設(shè)備足夠便宜，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也就足夠便宜。

但這個(gè)便宜是需要一個(gè)形成過(guò)程的，只有產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸成長(zhǎng)，需求越來(lái)越多價(jià)格才能越來(lái)越便宜。所以作為產(chǎn)業(yè)參與者，就有兩個(gè)選擇：要么積極投入，要么被動(dòng)等待時(shí)機(jī)更加成熟。

但被動(dòng)等待的風(fēng)險(xiǎn)在于，如果沒(méi)有及時(shí)跟進(jìn)這個(gè)浪潮，等別人的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善你再開(kāi)始建設(shè)時(shí)，用戶早已在你的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成時(shí)流失殆盡。從大的趨勢(shì)上看，5G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和終端成本一定是越來(lái)越低的，而且是一個(gè)加速過(guò)程。

在To C領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)力仍會(huì)來(lái)自于時(shí)尚性。目前，5G爭(zhēng)論最大的內(nèi)容就是超高帶寬的應(yīng)用場(chǎng)景問(wèn)題，其實(shí)完全沒(méi)必要擔(dān)心應(yīng)用場(chǎng)景。只要有網(wǎng)絡(luò)能力，自然會(huì)有很多的應(yīng)用創(chuàng)造者去開(kāi)始想象和創(chuàng)造，通信網(wǎng)絡(luò)總是如此，先有網(wǎng)絡(luò)資源，然后會(huì)誕生出基于資源的應(yīng)用，而其中大量的殺手應(yīng)用都是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之中沒(méi)有想象到的。

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5G時(shí)代，推動(dòng)電信行業(yè)嬗變的潛在力量

與其說(shuō)5G是一次技術(shù)演進(jìn)，不如說(shuō)它是一次產(chǎn)業(yè)革命

5G時(shí)代的新網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)會(huì)引發(fā)一系列促使產(chǎn)業(yè)變革的因素形成，從技術(shù)角度講，有5個(gè)重大的變革因素。

基于eSIM的新客戶運(yùn)營(yíng)

eSIM誕生之后，使得終端設(shè)備和運(yùn)營(yíng)商的關(guān)系脫離，因此會(huì)形成新的客戶運(yùn)營(yíng)體。這個(gè)運(yùn)營(yíng)體將處于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和最終用戶之間。新的運(yùn)營(yíng)體必然會(huì)整合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)，它們要么形成更加廣泛的全球化連接服務(wù)形式，要么形成聚焦于某一特定行業(yè)的用戶服務(wù)形式。

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基于Network Slicing的新網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

SDN/NFV技術(shù)使得運(yùn)營(yíng)商可以將網(wǎng)絡(luò)按照不同特征需求端到端地劃分成不同的服務(wù)切片，并面向不同行業(yè)提供這種基于網(wǎng)絡(luò)特征的垂直運(yùn)營(yíng)。

基于Network Dicing理念的新網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在5G時(shí)代，由于網(wǎng)絡(luò)需要密集建設(shè)，運(yùn)營(yíng)商必定需要更多利用社會(huì)資源共同建設(shè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋。因此私屬通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)出現(xiàn)，這些網(wǎng)絡(luò)將由網(wǎng)絡(luò)的使用者推動(dòng)其建設(shè)，并僅在一個(gè)固定的區(qū)域內(nèi)提供服務(wù)。這就必然導(dǎo)致專業(yè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者出現(xiàn)，他們具備無(wú)線覆蓋、計(jì)算平臺(tái)搭建和核心網(wǎng)絡(luò)資源的能力。另一方面也會(huì)出現(xiàn)基于物業(yè)權(quán)經(jīng)營(yíng)的共享網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者。

基于Edge Computing的新網(wǎng)絡(luò)能力

5G網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要特征是云網(wǎng)一體化，其中邊緣計(jì)算能力是5G網(wǎng)絡(luò)的新興能力，網(wǎng)絡(luò)的邊緣將不僅僅提供連接，計(jì)算、存儲(chǔ)和智能都可以整合一體作為網(wǎng)絡(luò)能力提供。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣會(huì)出現(xiàn)特定的場(chǎng)景運(yùn)營(yíng)，基于邊緣場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)也將會(huì)出現(xiàn)。

第四塊屏的運(yùn)營(yíng)

隨著VR/AR技術(shù)的不斷發(fā)展，5G時(shí)代，基于XR技術(shù)的智能視覺(jué)設(shè)備將達(dá)到成熟。如XR眼鏡就會(huì)以第四塊屏的形式出現(xiàn)，這塊屏幕將會(huì)從手機(jī)屏幕、電視屏幕、電腦屏幕搶奪用戶的時(shí)間，并構(gòu)建嶄新的內(nèi)容運(yùn)營(yíng)體系，包括新媒體、新社交、新辦公等應(yīng)用內(nèi)容。

03. 未來(lái)的通信

通信的目的是更好、更多、更快地傳輸信息，這個(gè)過(guò)程在1G到5G的發(fā)展過(guò)程中遵從于通信的基本定律——香農(nóng)定律。從香農(nóng)定律來(lái)看，人類未來(lái)如果想做更好的通信，只能走更高的帶寬，更高的頻率。比如：可見(jiàn)光通信技術(shù)支持的Li-Fi作為Wi-Fi的演進(jìn)替代，Wi-Fi速度與之相比，就是蝸牛和獵豹的差距。

除了把通信提到更高的載頻，目前人們對(duì)于6G的想象也只是提出了THz通信理念。THz通信將會(huì)面臨比毫米波GHz通信更高的技術(shù)挑戰(zhàn)，也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署提出新的課題。

在香農(nóng)定律所指明的發(fā)展路徑之外，另一個(gè)方式就是要設(shè)法提高單位信息量的密度。目前的量子計(jì)算和量子通信正是指向了這一方向。一個(gè)量子比特所含有的信息，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)普通比特*，而且字節(jié)越多差距越大，因此傳輸這樣一個(gè)量子比特將在數(shù)量級(jí)上提升通信能力。

傳統(tǒng)比特1G bytes的數(shù)據(jù)，用33個(gè)量子比特就可以存儲(chǔ)

目前的量子比特還不能被自由計(jì)算，因此，量子通信業(yè)也僅僅停留在對(duì)于固有傳輸信息的加密上，并不能改變通信的速度。如同以往任何一場(chǎng)技術(shù)革命，量子計(jì)算也必將被人類所完全掌控。

不過(guò)，這個(gè)過(guò)程將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以往通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)迭代的難度。5G到6G，將會(huì)經(jīng)歷比4G到5G更加漫長(zhǎng)的時(shí)間。

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