5G通讯根本连规格都还没定！漫谈报导中的谬误与谜团与技术发展史

　　作者 Ralph Yang，曾任联电集团新兴电子董事长特助及耀文电子总经理，现已退休。

　　本文以轻松的笔调来谈 5G 网络技术基本概念，以及报导中常出现的误解与谜团，分享给各位读者参考。

　　谣言农场里说的 5G 到底是啥?

　　网络“谣言农场”充满故作耸动的新闻，有些单纯是为了赚稿费， 有些则是有经济甚至政治目的。 例如有一篇文章说：某强国的 5G 技术已经在测试中，技术领先世界。这些说法也许正确，但很可笑，可笑程度如同某国说要领先载人登陆火星一样。

　　因为 5G 并不是一个规格或一种协议。 而是泛指任何传送速度比 4G 快 10 倍的技术。任何人做研究或提建议都是可以的。但是要等确定规格后做出 IC，然后才能做成手机。所以正在测试中与已经商业化，不是只差 18000 公里而已。

　　想要比 4G 速度快 10 倍，先要知道 4G 到底有多快。4G 的速度是有史以来最扑朔迷离的，因为它具有可以无限扩展的特性。它的最高速尚未确定。

　　4G 用 OFDMA 调制法，每 1MHz 带宽约可以毛传送 9Mbps，净传送 7.2Mbps ，如果采用载波融合 CA 技术的话，只要凑满 25MHz 带宽，下载速度就可以达 180Mbps 。 所以如果给它 50MHz 带宽，就可以传 360Mbps。但是如果给它无限带宽，由于 CAT8 技术的限制，极限速度是 下载 1200 Mbps 上载 600Mbps，但是实务上旗舰机现在使用的芯片只能做到 CAT5， 所以最高理论值只能达 下载 / 上载 = 300/75 Mbps 。

　　未来的 5G ，理论上它的下载速度应该至少要达 3000 -- 12,000Mbps 以上。也就是 3 -- 12Gbps。才能号称有 10 倍快。天啊，Gbps 都出来了!而且 4G 还越来越快。将来如果 CAT8 芯片量产成功，4G 速度会升至 12000Mbps 即 1.2Gbps , 那 5G 岂不是要达 12Gbps 才能算是 10 倍快，也就是约 1.5GBPS，这样的速度，每 3 秒就可以可以传一张 DVD 电影了。

　　好笑的是，当年研发 4G 即第 4 代 LTE 的那群人很自大， 自称 LTE 是终极技术。 因为 LTE 是 Long term Evolution 的缩写。 意思是“子孙万代代香火永流传”因为它是积木式结构， 速度及功能可以永远迭加发展下去。

　　单位正确很重要

　　要讲清楚 5G 是啥前，先来谈谈“物理单位”的重要性。

　　我与另一位诺贝尔奖得主都主张， 学生考试时只要答案的“单位”对， 就给 90% 分数， 至于数字是否算对只占 10% 分数。数字在同一个数量级内都是算对， 例如如果精确答案是 47.3 的话，那些答 31、35、50 都一样是对的。 这是高加索白种人的普世见解， 但是蒙古族亚洲人则相反， 很重视小数字的正确却忽略单位是否正确。

　　其实单位才是物理世界的一切。因为能答出单位是 公里、 公尺、吨、公斤、牛顿、安培、伏特 安培、焦耳、高斯， 比数字是 107 10.7 还是 0.107 重要多了。

　　如果“国中”时老师有灌输正确“单位”观念，电视播报员就不会再说：“那高压电高达 10,000 安培”这类可笑错误。文科的电视播报员也常常喜欢说：

　　“台风风速高达 100 公里”， 或“风速 60 公尺”，其实那是非常非常严重的错误。正确应该说：“风速 每小时 150 公里”或是“风速 150 公里 / 小时”。只差一点吗?是天地与地之差。就如同问小孩几岁， 他答说点心很好吃一样。如果说 ：“新竹离台北 150 公里”“汽车时速，每小时 130 公里”就对了。至于是 158 还是 151， 对理解问题本身并不重要。

　　90% 的黑手级公司老板或官员常常会信口说:

　　A 产品产量占全国出货量的“百分之 40%”。其实这是极为严重的错误。西方人算术虽笨，但是绝对不会犯这种错误的。我猜他是想表达 A 产品占全国出货量的“40%”或 A 产品占“百分之四十”。 因为精确讲 ，他们口中的“百分之 40%”数学上是等于 40/100/100= 40/10000 = 万分之 40。 数值相差 100 倍

　　回到 5G

　　移动电话技术进入 2018 时，对文科记者及诸多麻瓜们，将是一种严重虐待。因为我很确定“5 年”内一定会有一个移动电话机型，它是采用“5G”时代的通讯协议，内装 5GB DRAM 易失存储器，以及 5GB Flash 不挥发内存，它会使用 5GHz 微波频率来通讯，它的数据传输速度是 5Gbps，它的重量是 150g。

　　这真是惊人的世纪巧合啊!

　　1. 第五代通讯协议 5th G (5th generation 第 5 代)

　　2. 五十亿个字符 5GB (Byte 拜特)

　　3. 五十亿个位 5Gb (bit 比特)

　　4. 五十亿次 / 秒 5GHz (Hertz = 赫芝 = cycle/sec = 周 / 秒)

　　5. 150 公克重 150g (Gram 公克)

　　注: 以下都是纯数字， 没有单位。

　　1T =10^12= 1,000,000,000,000

　　1G =10^9= 1,000,000,000

　　1M =10^6= 1,000,000

　　1K =10^3=1000

　　5th Generation (第五代通讯协议) 怎么来?

　　要讲 5G 就要从 1G 谈起，1G 其实是谥号， 因为当时不知道未来还有 2 3 4 5G， 所以是卒以后才封谥的。

　　1G：数据速度：无，只有语音，语音流量越当 9.6 -- 64Kbps 的数据

　　移动电话刚发明时是使用模拟技术 AMPS，卒谥第一代， 它的技术与 AM 调幅、FM 调频广播及古代无线电对讲机一样， 都是模拟调制技术。一个基地台只能供 8 个人同时使用。频率资源很不经济。

　　2G：数据速度：GSM 各代速度不同，为 9.6 -- 384Kbps

　　世界上上有 3 种 2G 技术， 欧洲的 GSM、美国的 CDMA、日本的 NTT。

　　欧洲人发展出令人骄傲， 认为可以永远使用的 GSM 技术。将美国的 CDMA 技术完全打倒，日本 NTT 的数字技术虽然很好， 但因怕技术被日本人垄断所以没有其他国家采用，

　　第二代 GSM 技术使 Motorola 众多专利一夜间变成一文不值。GSM 除了将语音数字化外，同时导入跳频与分时技术。分时可以让同一带宽被 8 或 16 个人分享，跳频则可以克服复路径传输问题，解决讯噪比间歇劣化的问题。也因而使一个基地台可以同时服务 64/128 台手机。效率比 AMPS 高 8/16 倍，成本低收入高，使全世界运营商因而大赚钱。

　　3G：数据速度：各代速度不同 64Kbps -- 21Mbps

　　使用的是美国 Qualcomm 公司的 WCDMA“宽带带散普”技术，它不但具有所有 GSM 的优点， 还可以用 GSM 的 10 倍速度传送数据，彻底打倒欧洲人自以为傲， 认为可以使用千秋万世的 GSM 技术。高速数据流，使手机传送照片成为主流。也引出 WhatsApp 、LINE 、SKYPE 等新时代通讯软件。

　　3G 数据速度：384K-21Mbps

　　3G 技术有两种。

　　第一种 3G 全世界各国都使用，是美国 Qualcomm 公司的 FD-WCDMA 调制方式。同一个基地台可以处理 256 个手机通话， 实务上视环境约为理论的 70 -- 80%， 比 2G 高 2-3 倍，所以运营成本更低，运营商利润更高。语音质量规格数学上虽然与 GSM 一样， 但实际上可靠度稍差，通话常常会卡卡的。所以 3 大公司都会将语音降级至旧的 2G ，新的 3G 只做资料流传送。而有一家新来的， 它只有 3G 没有 2G 可降，实务上就很惨。

　　第二种 3G 是中国厂商“大唐”称自行研发成功，其实那是德国西门子公司 Siemens 在竞比技术时落败的 TDS-CDMA 技术。这种技术全世界只有中国使用。

　　其实这两种技术的数据传送速度都比 2G 的 GSM 快 10 倍，都可自称为第三代技术。它们都是利用“宽带散谱”技术， 只是一个靠“FD 分频”做双工通话，一个靠“TD 分时”做双工通话， 数学上采用 FD 或 TD 传输量是完全一样的。实务上经过 1 年在真实环境测试后发现 FD 比较稳定，所以中选。中国是 FD、TD 两种都各发一张执照，被指定发展 TD 的那一家就很惨， 因为市面上没有那种 IC , 当然就没有那种手机， 如果样样都要订制化， 会很累。上次分到 GSM 而赚爆的钱都要吐出来。反过来上次分到 CDMA 而很惨的那家，后来因分到 FD-WCDMA 而大赚 3 年。

　　4G：数据速度：10 -- 1200Mbps

　　基本上 4G 是使用 LTE 的“CA 载波融合”技术而影响可传送带宽，视不同的“CAT 等级”下载 / 上传 速度可以由 10/5Mbps 逐步升高到 1200/600Mbps。 LTE 技术， 上传时采用 WCDMA， 下载时采用 OFDMA 正交调制法，也就是夭折的 WiMAX 使用的那种技术，它可使数据传送数度比 3G 快 10 倍，使电影片传输蓬勃发展。使人类进入手机分享短片的时代。但是如果想传送 HDTV 甚至 4K 影片就会使它的速度显得太慢， 于是人类又开始期待速度更高的 5G 新科技。

　　任何比 3G 快 10 倍的通讯协议都可以自称为第四代， LTE 因为不适合语音通讯，而 VoLTE 技术又一直不能顺畅运转，所以现在运营商都是让客户用 4G 收发高速数据， 通话时则降级至 3G 甚至 2G。 所以台湾地区有一家新来的公司，只标到 4G 频率，却没有 3G、2G 频率，只好要找有 3G 、2G 的公司合作。却被拒绝，只好与那家只有 3G 的公司合并，可惜原来的 3G 覆盖就不佳，又没有 2G 可退， 所以经经营很累。

　　幸好近几年 WhatsApp、LINE、SKYPE、Messenger 等通话软件技术发达。 用 4G 通话已不是问题， 只是电讯商原有的语音、简讯都已赚不到钱。只能每月收大约人民币132元的吃到饱费率。这个金额使其 ARPU 接近运营成本， 获利可能渐渐减少。所以我预测，在一场 3 年的恶性竞争后132 元吃到饱一定会被取消。132元顶多一个月给 4-8GB 流量， 是 4G Byte 哦， 不是 4G BPS 也不是 4G bps， 更不是 4G Byte/s 或 4G bit/s 哦。

　　5G：数据速度：1000-12000Mbps

　　任何数据传送速度比 4G 快 10 倍的通讯技术都可以自称第五代。由于移动电话的专利都被 Motorola、Nokia Qualcomm、Broadcomm、Samsung、Faxconn 等公司所垄断。新进者很痛苦， 研发时发现到处都是地雷， 所以有很多公司都希望趁 4G 碰到瓶颈时， 找出新的调制及通讯协议来避开现有的专利网，找出新的高速通讯方式，就如同当年 GSM 完胜 AMPS，WCDMA 大败 GSM， LTE 打败 WCDMA 一样。希望 5G 也能大败 LTE。

　　所以现在 欧洲、美国、中国、日本、韩国或任何国家和地区都可以自称正在研发或测试 5G 通讯中，大家也真的都很努力研究测试中， 但是没有人知道它的技术规格是什么 ! 因为目前为止确定的规格只有一个，就是要比 4G 快 10 倍。 要比 4G 速度快 10 倍，先要知道 4G 有多快， 4G 现在市面上的极速约 80-128Mbps 左右，所以 5G 理论上应该是约 1000Mbps 以上。但是 4G 的理论极限是 1200Mbps =1.2Tbps 所以 5G 速度应该是 12T bps。

　　名词解释

　　CAT 8 Catagory 8

　　第 8 代 CA 技术。

　　CA Carrier Aggregation 载波融合

　　就是可以将相同或不同频段的带宽合并使用。例如 900MHz 有标到 10MHz ，与飞地 5MHz 两块，1800MHz 有标到 10MHz 一块，就可以将 3 个合并为 25MHz 使用。传送 180Mbps , 但前提是基地台与手机都要有足够 CAT 等级的 CA 功能，例如都是 CAT5。 CAT5 是 iPhone 及旗舰机主流， CAT8 是技术极限。

　　bit (比特)

　　是位 ，就是计算机二进制数据 是 0 或 1 的最基本状态。

　　bps bit per second 每秒传送位数

　　就是每秒传输几个 bit ， 例如 128K bps 就是一秒传送 128,000 个位。也就是 128Kbit/S。

　　Byte (拜特)文数字

　　它是“字符”的意思, 代表一个 A-Z 或 0-9 的文数字，一般情况下, 每字符 (Byte) 内含 8 个位 (bit) ，如果有除错码时，每字符内含 9 个位 (bit) 如果有更强大 CRC LCC 则可能达 每 Byte 9-10bit。

　　BPS Byte per second 每秒传送文数字数

　　就是每秒可以传送多少 Byte 文数字。 一般来说 128K bps 约当 16K BPS，因为 128K bps/8 =16 BPS。

　　ARPU Average Revenue Per User 平均每人贡献值

　　运营上算出来的每人贡献数， 约等于每人每月缴费数。这数字应大于 运营成本 / 总有效用户数，才能永续经营。

　　OFDMA

　　Orthogonal Frequency Division Multiple Access 正交频分多址调制技术。详如附 URL。

　　以上文字，观念也许正确，但是数字是经粗略计算及凭记忆顺手捻来，可能不尽正确，看官引用时请自行查证。