5G是什么?
5G的全称是「5-Generation」,字面翻译是第五代,但是从2G到3G再到4G,这个词已经在手机电信领域被人们所熟知,所以现在5G特指第五代移动通信技术,而5G这个词的普及,是在2016年MWC大会上,主办方给出的「Mobile
is everything」(移动即是一切)的主题,正式宣告移动通信的5G时代全面到来。
移动通信技术其实就是利用无线频谱的波形来进行数据传输交换的技术,而移动通信5G就是用多个无线波频频段来替代网线光纤所使用的电磁波、光波来传输数据,每个频段相当于一条网线,简单来说,在不考虑价格的情况下,5G技术普及后会全面取代掉网线、取代掉Wi-Fi,当然,未来价格也会逐步降低到目前普遍可接受的4G价格水平,届时,5G将会成为移动互联网以及移动通讯领域的入口级基础功能支撑,所以说,5G决定着未来通信及互联网的发展走势。
曾经有玩笑解释2G、3G和4G的区别:2G可以看小说,3G可以看图片,4G可以看视频。而5G的普及可以在1秒内下载10部大片,而且覆盖范围更广,可以在地铁、地下停车场、偏远山区等现在来看信号弱的地方轻松上网,而且不仅可以同时支持海量设备链接,每平方公里可同时接入100万个设备,5G普及后,学校等集体宿舍里再也不会有占网速的抱怨了。
5G的编码标准是什么?
在3G和4G时代,相信大家都经历过这样的尴尬,同样是支持4G信号,同一手机要针对不同的运营商推出不同的手机:电信4G手机、移动4G手机、联通4G手机等,这是因为不同运营商的编码标准不一致而导致的,而在5G时代到来之际,有望实现全球统一的标准,这就意味着,未来不论是你的手机是联通、电信还是移动的,只要你的手机支持5G,插卡就能用。
目前较为主流的三种编码标准分别是:LDPC、Polar和Turbo。
首先我们来说Turbo,这是由法国人Claude Berrou在1993年发明的编码方案,非常适用于3G通讯领域,但是由于一些原因,最终3G标准并未采用Turbo,而是采用了美国休斯公司的方案,虽然在4G领域沿用了3G的编码方式,而且Turbo也愈加发展成熟,但是在5G高速率的要求上,已经开始有一点吃力。
我们再来看LDPC,这是由美国MIT的教授RobertGallager在1963年发明的编码方案,由于时间久远,这项编码方案的基础专利已经失效。但是LDPC编码技术在20世纪90年代被MacKay重新发现,随后学术界和工业界都进行了深入的研究,其技术已经十分成熟,专利也比较分散。近年来已经被广泛应用于深空探测, 卫星和地面数字电视、Wi-Fi、以及 HDD、SSD存储系统等,通过不同的设计优化可以满足各种不同的需要。
最后,我们再来看Polar,这是由土耳其教授Erdal Arikan在2008年发明的编码方案,被誉为近年来信息论学术界在编码领域继LDPC之后的最大突破。
5G标准为何会引发争端?
很明显,从上述叙述中,我们只看到了三种技术的争端,但是并没有看到高通、华为、联想等公司的身影,那么为什么会引发争端呢?
其实这就像是赌场中赌客下注一样,如果某家公司看中了以上某种技术,那么公司就会开始对这种技术的研究,投入大量的人力、物力,调整公司战略,一切都是为了将来能够赌对方向,在这种技术大行其道的时候来收割。
基于此,各个国家的不同公司就选择了更适合自身发展的技术体系,比如美国的公司主要会强推LDPC,而法国的公司则是主推Turbo,中国并没有在编码上有成为主流的原创性质的编码标准。
基于此,各个国家的不同公司就选择了更适合自身发展的技术体系,比如美国的公司主要会强推LDPC,而法国的公司则是主推Turbo,中国并没有在编码上研发出能成为主流的原创性质的编码标准,所以只能在夹缝中生存,华为没有在LDPC和Turbo占得先机,只能选择还很年轻的Polar,但是Polar出现的较晚,很多研究还只是建立在理论基础上,缺乏实际场景中的应用,换句话说,就是与之绑定的公司较少。
我们都知道一流的公司制定标准、二流的公司打造品牌、三流的公司制造产品,所以大家都想在新技术诞生的时候掌握标准制定权,而现在5G时代来临在即,如何能够把握住机会,在新技术领域占据主导地位成为各家公司的追求。
在5G时代,Turbo已经不适应高速场景下的计算复杂度要求了,所以5G标准的竞争最终落在LDPC和Polar的竞争中,而3G和4G时代一直在高通的高度统治中,由华为挑头的Polar阵营能否获得胜利是能否在通信领域结束高通的统治时代的关键,这也成为全球瞩目的焦点所在。
5G标准谁来定呢?
既然在学术界有以上三种编码方案,那么在5G时代想要统一编码规范,选择哪一种编码规范该由谁来定呢,显然由某个国家来主导显然难以服众,由某个公司来定更是难脱利己的嫌疑,这时候就需要有一个组织或者机构来主导,而5G标准的制定则是由3GPP这个组织来主导的。
这个组织是干啥的呢?
为了定义完整的端到端系统规范,确保符合行业需求,不同厂商之间实现无缝互操作以及为移动提供其所必需的全球规模,并且也为了实现GSM由2G网络到3G网络的平滑过渡的需求,从而产生了一个组织,如果将全球无线通讯比作一个村的话,那么这个组织绝对是这个村里的村长,它让你「耕什么地」你就得耕什么地,它让你的「庄稼」长多高你的庄稼必须长那么高,否则对不起,你不属于这代通讯技术的标准,这个组织就是3GPP。
这个组织的起源得追溯到移动通讯的发展初期,那时候各国都在讨论谁当「老大」合适,当了「老大」能决定基站的建设、匹配制程的芯片制造、技术研发、采用怎样的频率、运用多少的波段等等事宜,有话语权,有了话语权自然就有了定价权和获取暴利的机会,哪个国家都不合适,最后决定全球各国几个在通讯领域有重要地位或作用的运营商,来做3GPP的成员,先后足足请了七个大佬,它们分别是:日本无线工业及商贸联合会(ARIB)、中国通信标准化协会(CCSA)、美国电信行业解决方案联盟(ATIS)、日本电信技术委员会(TTC)、欧洲电信标准协会(ETSI)、印度电信标准开发协会(TSDSI)、韩国电信技术协会(TTA),慢慢演变为了现在的3GPP。
不得不承认,从第一代移动通讯技术问世开始,注定了它会牵扯到许多的层面,包括用户的使用体验、商家的利益等等,而3GPP的建立并不多余,就像国家需要有政府的支撑、公司要有制度的管理、学校要有老师教育的引领,而3GPP充当的就是这样的一个角色,立好了一个「规则」,各类供应商和用户才能够在科技中进步。
技术是没有国界的,3GPP之所以成功,就是归功于它的国际化,它的罗马论坛式的技术辩论是推动技术优化趋于完善的核心机制。
所以,这次5G的标准也由它来定。
标准制定过程是怎样的?
我们已经明确了5G的标准是由3GPP来制定,那么制定的过程是怎样的呢?
首先是在每次工作组开会的时候,各家公司都会针对既定的议题,以文稿的形式提交自己的技术方案,然后由主席全权决定哪些文稿在会上宣读。主席对会场讨论的问题和方向有很强的引领作用。根据文稿和会场讨论情况,一个公司可以联合其他公司在会场上随时提出提案,并由代表们当场讨论。
根据会议的实际情况,主席可以提出对一个提案进行正向表决或者反向表决,也可以直接提出问题和几个选项,要求在场的代表们当场进行表决。会场讨论只能从技术的角度进行,各个公司经常需要对某一项提案进行表态,当场表示支持或反对。所有技术性的讨论,无论是在一个提案上署名表示赞同, 还是对一个提案表示反对,都只是表示立场,都不是3GPP的正式投票,不过现在外界已经把此过程称为「投票」。
据了解,技术讨论表决的结果,并不根据对其支持或者反对的公司的多少做出最后决定。3GPP的工作方式是以达到共识为目的,甚至并不要求所有公司都对一个提案表态。一个提案得以通过,惟一的要求是没有任何公司反对,而不在于有多少公司赞同。如果一个提案即使只由一个公司提出,而没有任何公司反对,这个提案也将得以通过。相反,如果有一个公司反对一个提案,其他所有的公司都支持,按照3GPP的章程,这个提案也不会通过。
因此,各个公司为了使自己的方案通过,经常会在开会现场对自己的方案进行修改,与其他公司的方案融合,共同提出新的、符合更多公司利益的提案,以期得到更多的支持,而更重要的目的是减少对这一提案的反对。会场上对于一个提案感兴趣的公司都会发表自己的看法。有些公司因其技术实力强大,技术方案更先进或者更全面,或者由于在3GPP的影响力,其观点更有说服力,他们的意见会得到更多公司的尊重;而技术实力薄弱, 或者在这个领域根本没有技术的公司,人微言轻,他们的意见也无足轻重。单纯从一个提案得到的支持或者反对的数量(“支持票”或者“反对票”)来看,说明不了问题,也没有什么意义。而绝大多数公司,考虑到自己的形象和以后在3GPP里面的其他工作,也不会在一个提案获得了绝大多数公司的支持的时候,独自坚定地进行反对,以免引起众怒,让日后的工作变得被动。
RAN1工作组一年有6至9次会议。每次会议为期五天, 会议进行时由主席实时更新并全程公开主席记录。主席记录为会议正式文件,每天都上传到会场的内部网上,会议结束后上传本次会议的最终版本。
编码标准的竞争
我们国家在2016年就开始重点关注5G的发展,11月14日,工信部发布《关于组织“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2017年度课题申报的通知》,其中有两大项目,其中就有5G研发。2017年国家科技重大专项之中的5G研发项目,总数达到了24个之多!
美国也于同年7月份宣布,将投资4亿美元支持5G无线技术研究,以保持美国在无线技术领域的领先地位。5G之争已不仅是企业之间的竞争,同时也是国家实力的比拼。
在之前的2G时代我国选择做一个虚心学习的小弟,同时引进美国和法国的方案,日夜苦读;在3G时代,,得益于美法争斗,实力开始逐步壮大;到了4G时代,美国和法国对信道编码产生了分歧,美国提出LDPC编码方案被WiMax采纳为标准信道编码方式,法国则承袭了研究多年,用起来得心应手的Turbo码的技术路线。美国的WiMax则被我国和法国联合绞杀,梁子算是结下了。
4G商用没几年,5G标准化工作就被提上日程。美国仍心心念念想赢得蜂窝通信的老大地位,办法就一种:抢占5G核心技术。但是随着经济实力的提升,中国大手笔投入科研,效果立竿见影。以华为为例:在无线通讯领域积累深厚,经验丰富,坐拥专利无数,5G研发立项早,进展快,成果多。
此时美国心里没底,那就用老技术好了,早早联合了欧洲、韩国、日本的公司,制定自己的5G标准(V5G),照搬4G的LTE,不用新技术。换汤不换药谈何5G?美国想到了改编码,在通信系统中,编码模块相对独立,不会影响其他模块的相互匹配,对于美国而言,说服别人不采用别的新技术,采用自家的V5G(伪5G)才是最迫切的问题。
美国想到的就是闪电战!提速标准进程,这在3GPP的历史时间表上速度之快,堪称史上罕有:不给考虑的时间,不给充分分析各个新技术的时间。有了Deadline,大家就会趋于保守,自然而然地保留现成的技术。
针对5G编码标准的投票主要包括三个方面:控制信道、数据信道长码和数据信道短码。
3GPP首先定义了5G的三大应用场景:
增强型移动宽带(eMBB):3D/超高清视频等大流量移动宽带业务
海量物联网通信(mMTC):大规模物联网业务
低时延、高可靠通信(URLLC):需要低时延、高可靠连接的业务,如无人车等
eMBB场景下分控制信道和数据信道,前者用于传输控制信息,后者则用于传输数据信息。在传输信息前,需要对信息进行信道编码。在信道编码中,常用的编码为短码,不常用的编码为长码,这么做可以降低平均码长,提高通信效率。此次事件的争论点是,3GPP会议上,关于eMBB场景下控制编码和数据编码方案的投票。
联想投票争议到底是怎么回事?
3GPP对于eMBB场景下的数据信道和控制信道的编码标准分别开了两次会议来投票决定,分别是:2016年10月14日的葡萄牙里斯本3GPP RAN1#86会议和2016年11月17日美国里诺3GPP RAN1#87会议。
首先我们来看葡萄牙里斯本3GPP RAN1#86会议的决议。
2016年10月14日,在葡萄牙里斯本,阿尔蒂斯大酒店,3GPP RAN1#86会议将投票决定采用何种编码作为eMBB业务数据信息的长码块编码方案。
美国以高通领队,法国派出了Claude Berrou最强团队,中国则以华为为首。这是一场美、欧、中三方的通信标准之争。