5G最强优势亦是最大弱点一文读懂5G背后的科技与商业

2019年末将至,回顾今年科技领域的热点技术,5G可谓是当红炸子鸡,其热度可从A股5G指数的均线走势图上得到直观的验证(见图1)。

与此同时,5G离人们的生活越来越近。截至2019年11月底,中国的5G基站已建成11.3万个,今年年底将达到13万个,5G套餐的预约用户数也已经达到千万。

IMT-2020明确定义了5G针对的应用场景、设计目标以及时间计划,如图2 所示。

张平表示,澳门回归祖国20年来的成功实践,彰显了“一国两制”的优越性和生命力。

因此,若想看清5G,只看到ITU提出的5G实现目标是不全面的。只有理解负责5G具体实施的3GPP组织在技术选型过程中的路径依赖,才能了解5G技术的副作用以及为此付出的代价,进而从全局上看清5G对通信行业、对其他行业,譬如金融行业的影响以及背后的逻辑。

2、M.2410文档。该文档定义了5G网络建成后需达到的性能指标下限。例如,文档定义了增强型移动宽带场景下,需要达到的下行传输峰值速率(Peak data rate)为20Gbps。

5G是由国际电信联盟(ITU)提出的。该组织致力于收集全球通信业运营现状,梳理全球通信行业未来发展需要解决的问题,进而制定全球通信行业的发展目标。2015年10月,ITU认为现有的4G通信网络不足以支撑未来10年通信业的发展需求,因此发布新一代通信网络研究计划IMT-2020,俗称5G标准。

1、M.2803文档。该文档定义了5G网络需要服务的3个典型应用场景,即应用特性:

然而,上述这些技术都不是完美无副作用的,每项技术副作用的叠加构成了5G的路径依赖,如表2所示。

(1)基站数量:5G基站在市区预计平均300米需要部署一个,4G基站大致1公里左右部署一个。因此,如运营商提供相同的信号覆盖度,所需的基站数量将是4G的2-3倍。

(2)高可靠低延时(uRLLC);

从表2可以看出,5G相比2G、3G、4G时代,对基站、网络控制设备需求数量大幅增加,这是5G技术的最大路径依赖。该依赖在5G工程实施过程中产生了4个方面的问题。在这里,笔者收集了一些组网上公开报道的相关数据,给读者直观感受一下:

针对此种挑战,以中国石油勘探开发研究院为主体的科研团队,经过近20年攻关,创建了复杂地质体动态密封理论,突破了复杂断块选库禁区;创建了复杂地质条件下气藏型储气库库容动用理论及优化设计方法,解决了储气空间高效动用难题,并提高了储气库库容利用率;创新了复杂地质条件下储气库工程建设关键技术,解决了巨大力量交替剧烈变化条件下水泥环长期密封、大压差钻井防漏和高压大流量注采关键装备研制难题;创新了复杂地质条件下储气库长期运行风险预警与管控技术,形成了地质体—井筒—地面三位一体的风险管控体系,储气库“注得进,存得住,采得出”,“大吞大吐”运行至今零事故。

(1)增强型移动宽带(eMBB);

下面我们就来简要梳理一下3GPP选定并已标准化的5G关键技术以及其路径依赖。

对于以上提到的5G应用特性和技术指标,有几点注意事项需要特别指出:

5G的正确解读包含3个层面:5G由谁提出;5G的设计指标;5G指标的正确理解。

通过以上数据可以看到,运营商已经至少3年日子不好过了,除了中国联通(600050,股吧)受到混改红利影响,净利润在2018年有较大提升之外,运营商的营收增速在下滑(见图5),净利润增速不是下滑就是一马平川(见图6),而且移动流量高收费的日子一去不复返(见图4)。

因此,笔者认为,5G时代下,客户与运营商,也就是买方与卖方之间的关系会发生变化。同时,笔者还认为运营商会利用5G的基础设施,带来除了基于5G关键技术的2项额外“福利”:

ITU提出的IMT-2020本质上是5G技术的需求文档。它规定了5G所需要达到的目标和要求,并没有规定具体的实施技术和路径。这部分工作实际上交给了由通信产业各大公司代表构成的3GPP标准化组织,该组织负责5G的技术层面的选型与标准化。

本文将从5G标准的正确解读开始,然后梳理5G关键技术及其背后的路径依赖,然后分析路径依赖导致的通信行业商业变化,最后以笔者所在的金融行业为例,预测一下5G对金融业产生的影响。

南加州华人总商会会长程远表示,虽然多次与澳门擦肩而过,但从各项报道中了解到澳门回归20年发生的巨大变化。百闻不如一见,希望很快很见到真正的澳门。(杨青)

现在,全新的5G终于上马了,结果成本如此之高,仅靠网络套餐的价格上升是难以消化的。所以,如果运营商自身不做改变,那就是等着本行业发明的技术革了自己的命。与此同时,运营商还面临一个严峻问题,那就是5G网络需要一张物理网络同时支持多种应用场景(eMBB、uRLLC、mMTC),这意味着运营商需要有根据客户需求动态配置网络拓扑结构的能力,此能力只有每个基站都可以被软件定义和控制的情况下才能实现,这本质上和IT领域的云计算异曲同工。

5G的3个应用特性:增强型移动宽带(eMBB)、高可靠低延时(uRLLC)、海量连接(mMTC),是对5G通信网络可灵活配置提出的要求,即一张物理网络,动态配置和调整网络资源。这不是指5G任何时刻对每一个用户都需要同时满足这3个要求。

5G关键技术与路径依赖

(2)基站重量:5G单个基站的设备重量是大约在50-60千克,4G单个基站的设备重量约为20-30千克,因此,现有承重设施需要改造升级。

(4)现有基站配套设施复用程度:预计96%的站点需进行改造,复用率低于4%。

如同摩尔定律指引半导体行业,香农定理(Shannon-Hartley)一直为通信行业发展指明了道路。以下公式就是笔者为方便读者阅读而简化的版本:

(3)海量连接(mMTC)。

前文提到5G的8项指标中,峰值速率是基础,该指标相比4G提高了20倍。其实,峰值速率又称信道容量,一直是通信业发展的主线。本节笔者想阐述的是3点:(1)5G如何做到20倍增长的;(2)它的路径依赖是什么;(3)这些路径依赖,对通信业产生了哪些重大变化。

从以上数据可以看出,5G时代的网络运营商不仅将承担大量的网络基建成本,还将承担比4G高得多的电力与运维成本。

在5G已来的背景下,如何正确理解5G被提上日程。笔者注意到,网络上很多与5G相关的文章,对5G的理解和诠释不清晰:有些对5G标准的理解出现了偏差;有些强调5G技术的优势,却没有看到5G技术的弱点;有些着重阐述5G对其他行业的影响,却忽略了其背后的商业逻辑。

此外,该文档还制定了衡量5G网络性能的8项指标,如图3所示。

因此,笔者在这里借用希腊哲学家亚里士多德的“第一性原理”,为读者做一次年终盘点,希望让读者一文读懂5G。

(3)基站功耗:5G设备耗能约是4G设备的2-3倍, 5G基站满载功率约为3700瓦,4G约为1000瓦。

通信系统是由发送端和接收端构成的,5G的8项指标(见图2)有针对发送端(基站设备厂商)提出的要求,有针对接收端(手机终端厂商)提出的要求,还有针对通信运营商提出的要求,并不都是站在终端用户角度衡量的。在这8项指标中,有主有次,5G最核心的指标是峰值速率(又称信道容量),因为该指标是其他多数指标实现的基础。需要注意的是,该指标主要是针对基站设备商、运营商提出的要求:假设运营商将所有的带宽资源都分配给单一用户,在理想无错误的无线信道条件下,运营商必须能有传输20Gbps的能力,这不代表用户的下载速度。实际上,5G承诺的用户下载速度为100Mbps,这在M.2410文档中已明确定义。

5G的核心技术都是遵循此定理发展的,如表1所示,5G利用与香农定理各项变量对应的相关技术,对其进行优化和升级,实现信道容量这一根本指标的突破。

其中代表性的文档为M.2083和M.2410。这2份文档具体定义了5G需要支持的应用场景以及5G标准的性能指标。下面简单做个介绍:

专业组成员、中国科学院院士贾承造表示,我国天然气“产输储销”全产业链中,储历来是较弱的一环,主要缘于我国储气库建设的独特复杂性。他介绍,我国枯竭气藏地质条件复杂,主体为复杂断块气藏,构造破碎、储层低渗、非均质性强、流体复杂、埋藏深,给建设储气库带来巨大挑战。

换言之,由于5G技术的路径依赖,强推着5G时代下的运营商既需要赶快具备云服务的能力,又需要解决如何利用5G高密度的基站创造新的业务模式和收入,来抵消5G的高额成本。