香港科技大学商学院许佳龙教授，畅谈5G与其商业潜力

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大家好。我是香港科技大学商学院副院长许家龙。今天，我将与大家分享5g及其商业潜力的话题。

Gartner预测5g网络将于2018年推出，其中首批推出5g的国家是北美(美国和加拿大)、中国大陆和澳大利亚。我们普遍认为欧洲和其他西方国家的发展更好，但这份报告预测5g在欧洲的推出时间可能是最后一批。原因是什么？今天，我想和大家讨论一下什么是5g技术？为什么它与以前的“G”发展方向如此不同？为什么5g会带来更多的争议和挑战？它的商业潜力在哪里？

1.5g是什么？

如果光速不变，无线电波的频率越高，它们跳动的次数越多，它们能传输的信息就越多，这是我们日常生活中无线通信技术的基础。

首先，让我们谈谈5g和以前的g的区别。从技术背景上解释一些基本概念。数字通信通常通过信号传输数据，例如互联网或所谓的有线计算机通过电子信息(零或一)传输数据。无线世界没有通过电线与计算机相连，那么我们如何通过无线电波传输数据呢？事实上，这个概念很简单:我们用无线电波的频率和波长来传输数据，无线电波的每一次跳跃都是一次信号传输。如果无线电波的频率更高，无线电波的频率更频繁，将会传送更多的数据。基本上，无线通信的所有概念都来自无线电波的跳频。这是物理学的基本定律，所有的电磁波都基于这个公式——也就是说，它们的波长乘以频率不能超过光速。因此，这实际上是几代无线通信传输技术的一大区别。无线电波的波长和频率应该根据光速来调节。因此，高频无线电波可以传输相对较多的数据，并且带宽将相对较大；同时，如果频率更高，无线电波信号将更集中，多径干扰将更少。低频衰减、对传播的依赖性低以及携带的数据量少的机会相对较少。这些是无线通信技术的一些基本概念。

移动通信中的另一项重要技术是蜂窝技术，其概念是将待服务的区域划分为小区域，并在每个小小区中重用相同的频率。例如，原始频率可以服务100人。如果这个区域被分成8个单元，它可以服务800人。但是如果只使用一个大电池，它只能为100人服务，不能重复使用。小蜂窝的主要优点是它允许我们在不同的地方重用相同的频率来服务不同的人，并且服务用户的数量大大增加。蜂窝技术之间的差异也是5g技术和其他几种G技术之间的最大区别。

这是不同应用程序使用的频率:我们可以看到，一些传统应用程序，如电视或收音机，使用相对较低频率的无线电波。这些应用需要广泛的覆盖范围，同时需要高频率。事实上，电视或收音机所需的频谱非常低，因为它们传输的数据量很小，所以它们通常可以使用一些低频无线电波。我们正在使用的一些移动网络可以在高频无线电端看到。例如，2g、3g和4g使用的信道都在这些ghz频率。电信运营商可以用移动信号覆盖大面积区域。在右边，看看一些高频应用，比如在家里使用的wi-fi，2.4或5ghz。这些wi-fi频率已经非常接近4g和5g使用的一些频率。但是，它们不是公共应用程序，而是一些在自己家里使用的应用程序，因此与外部移动网络没有冲突。

再往右，我们可以看到5g假设正在许多国家和地区得到应用。这些应用通常使用一些相对较高的频率和无线电波。例如，香港已经为5g频谱颁发了几个许可证，这些频谱可能使用3.3、3.5和4.9ghz频带。中国大陆正准备使用2.5到4.8千兆赫。然而，你可能不理解它或者以前不知道它。事实上，这些所谓的5g应用的频谱非常接近正在使用的4g频谱。因此，单独就无线电传输技术或频谱而言，5g使用的频谱与4g使用的频谱相似，其本质区别不在于它使用的频谱，而在于刚才提到的蜂窝技术。

有许多预期最强大的5g网络应用，希望5g能让我们最终使用毫米波(超高频无线电波)。频率越高，数据量越大。例如，4g现在可能是2点钟或3点钟的频道。如果5g之后的一些应用真的能达到30甚至300 ghz，光是由信道引起的传输数量就可能增加十倍以上。但这些都不是商业应用；这些通常不用于商业应用。现在政府正在发放许可证，5g的一些应用基本上类似于4g。

最大的好处在哪里？这就是国际电信组织所解释的G值之间的差异。例如，1g是一项诞生于20世纪80年代的技术，当时技术水平很低，携带的数据量很小。在等待2g、3g和4g之后，5g可以以很小的延迟达到10 gb/s的速度，这是5g和4g之间最重要的区别。在这张图片中，你可以想象右边是5g网络，左边是4g网络。在4g世界，我们可以用一个大基站覆盖整个地区，比如香港。也许一个3千兆赫的频道可以为香港700万人服务。这样的基站不会在5g网络中使用，我们将整个区域分割成许多小小区。每个小电池都可以使用4g频谱；但是每个基站服务的人都是小小区里的人。

想象一下4g的世界。我们用一个基站为700万人服务。现在在5g的世界里，我们把它分成许多小单元，每个单元可以带回和4g一样多的数据，但是现在可能有1000或100个人需要服务，差别很大。在4g世界中，一个频谱服务于许多人，而每个人得到的却很少。然而，在5g的世界中，最大的区别不在于频谱的高和低带回能力，而在于它所服务的区域和人数减少了，每个人都得到更多。这就是为什么许多人说5g可以有巨大的传输容量，也就是说，没有人在同一个频谱中与我竞争，所以我可以使用更多。

另一个很大的区别是延迟。回到国际电信组织的表格，5g的延迟时间可能小于1毫秒，但是4g或3g的延迟时间更长。事实上，即使每个人在相同的服务范围内使用相同的频谱，在4g世界中也有很多人在服务，每个人都被分配了少量的频谱，并且基站需要同时处理的人数特别多。中间的每个过程都是计算机操作的过程。电脑操作需要时间，会有一些延迟。在5g世界中，每个小区都有一个很小的区域，你和基站之间的距离非常近。同时，每个基站服务的人很少，计算量相对较小，所以所有的东西都可以快速计算和传输，所以在5g世界中延迟时间会更短。我们经常可以通过5g网络应用一些对时间特别敏感的应用，这就是另一个5g世界和4g世界的区别。

基本上，5g和以前的G的最大区别之一是通过在5g世界建立更多的基站来减少服务区域。

总而言之:移动用户需要从一个小区切换到另一个小区:因为从一个地方，这个基站最初是和我一起发射的；当到达另一个区域时，它将被传输到另一个基站，因此传输切换的过程需要计算机操作。在4g、3g或之前的g时代，由于基站数量少，用户没有太多机会进行切换。即使我开车或坐在火车上，走很远的路，我也可能仍然与同一个基站保持联系，我们之间很少切换。但是5g是不同的。我们可能已经将几个基站从街道尽头的一栋大楼切换到另一栋大楼。这些开关需要计算机的大量计算能力。你可以看到为什么我们在最近几年开始谈论5g，但是我们在十年或二十年前没有谈论5g。这并不是说当时没有这样的概念，而是当时计算机的计算能力还没有改进到可以提供频繁的切换，而这一代的技术现在可以做到。

5g最基本的概念和最大的优势是它可以用巨大的计算能力来弥补频带的不足。

频谱，如5g，是30-300千兆赫，我们可以使用一些更高的。事实上，我们经常使用的东西，比如x光，是超高频无线电波。你无法想象用x光进行通讯传输，因为x光对健康有害。因此，无线电波在电子通信中的使用是有限的，频率不能无限上升。这就是为什么从2g到3g的技术发展简单易行，从3g到4g也很容易。提高频率对我们是有好处的，但是将来我们降低到5克甚至6克或7克的时候，就不可能继续提高频道了。因此，我们在未来的无线通信技术中需要的是新思维。通过一个小区域，在每个区域服务的人数增加了，这样每个人都可以被分配到更多的频率并带回更多的数据。5g使用的较高频率携带更多数据，高频传输需要高功率。因此，小区面积小有几个优点:第一，它可以服务更多的用户。另一方面，对电力的需求并不高。通常，小型移动电话的功率可能足以与基站一起传输大量数据。

二、5g技术的启示

首先，5g技术可以给你快速的数据量和回报。原因是它在中间使用了一个小单元，每个单元都必须有一个计算机计算来切换。因此，对基础设施的要求很高，投资成本也会很高。在G的前几代中，可能需要的是那些无论人数多少都能提供广泛服务的基站。然而，即使在5g的小城市中，也可能涉及一些小小区，并且每个小区需要一个基站，这是投资成本。第二，我们必须在该地区有一个基础。现在我们谈论的是一个小细胞。如果一些地方太大，无法覆盖5g小区的所有用户，那么在这些小区关闭后，将需要其他无线通信基础设施，以便用户能够连接到网络。

因此，就实际应用而言，如果光纤回程在一个城市是可行的，那么在一个小型5g蜂窝网络中部署的成本约为680万美元；小城市超过5000万美元。小城市的概念约为15平方公里(约为澳门面积的一半)，人口为18万。香港面积约1000平方公里，面积30个澳门，人口超过700万。如果你在香港传播这样一个网络，你必须把这个数字乘以几十，这是非常昂贵的。虽然5g技术很好，但问题是不是每个城市和国家都能提供这样的财力、技术和铺设这样的网络。富裕国家可能更早申请5g；经济能力相对较差的地区可能难以应用5g。当然，5g技术也会给国家或地区带来发展差异。因为5g的每个小小区所能覆盖的面积非常小，如果国家面积很大，比如中国大陆或美国，就不可能将5g小区或基站分布在国家的每个角落。最后，仍需要一个良好的4g或光纤网络，以使用户能够在5g基站之间顺利传输数据。

5g的巨大传输速度从何而来？移动电话与小区中的基站的传输速度很快，但是从基站到外部世界的传输速度非常慢，所以小小区的速度是没有意义的。因此，该地区必须有良好的基础设施，包括光纤网络和4g网络，以便通过这些基本设施发送高速传输。

第三，5g的争议和挑战

经合组织中光纤比例最高的是韩国、日本、立陶宛和拉脱维亚；最不发达的国家是希腊、比利时、英国、以色列、奥地利、德国和意大利，以及一些大家都认为发展得很好的西方国家，如英国、德国和意大利，这些国家的纤维占家庭的比例很小。2018年，FTTH在英国的比例不到10%。mainland China的比例很高，香港肯定超过90%。如果5g网络中基站和手机之间的传输速度非常快，那么必须有一些基本的从基站到外界的高速传输网络来将通信数据连接到外界。然而，如果没有高速光纤网络，即使基站和用户的手机可以使用5g技术进行高速传输，他所传输的内容在离开基站后仍然会受到真实网络的限制。在光纤网络覆盖良好的国家，5g潜力很大。

另一个启示是潜在的经济和投资成本。5g网络很有可能首先在人口稠密的城市应用。在面积大但人口少的国家，投资成本的比例会更高，因此需要5g的动机会更少。例如，香港和深圳的人口密度非常高。尽管投资5g网络的成本非常高，但至少许多用户会愿意花钱建立网络。然而，例如，如果农村面积大而人口少，使用5g网络的成本可能太高，电信运营商可能不愿意投入资源。

更重要的是，5g技术的架构与以前的电信网络非常不同。在之前的2g、3g和4g电信网络中，用户可以用手机从一个地方走到另一个地方进行通信，而4g的世界主要是发送消息和观看图片等应用。但是在5g网络中，5g技术可以用于小区域甚至私人场所，因为它的技术基本上是移动通信技术。但另一方面，想象一个小细胞是一个工厂。我可以让我工厂的所有员工通过他们的移动设备应用一些非常高频率的应用，并与公司网络无缝连接。因此，5g的网络设计是非常复杂的网络。几年前，中国大陆国务院提出了互联网加的蓝图，5g技术基本上为这一计划提供了通信技术基础设施。例子包括工厂规划、家庭装配线和用户智能家居系统。我们可以将许多不同的设备连接到一个小型的5g网络，这样所有的设备都可以通过5g技术连接到广阔的互联网。物联网关注许多事物、许多设备和连接。在5g的世界里，服务于每个小区的人越来越少，每个人可以将更多的设备带到网络中，这些设备可以连接到许多不同的对象。

4.5g的商业潜力？

5g网络使用许多单元，服务于大量用户，每个用户可以带回许多对象，并将它们连接到互联网，这样网络应用就可以渗透到社会的各个层面。联合国国际电信联盟的报告提到了5g网络的使用情况。它考虑了你需要多少数据。另一方面，它是你的申请可以接受的延迟时间。在没有5g的世界里，有许多实际的应用场景，比如有轨电车传感器网络、个人云和汽车自动拨号。这些应用对实时性要求不高，传输的数据量也不高，因此这些应用可以在当前4g或前几代通信网络技术的基础上完成。

另一方面，例如多人视频通话、无人驾驶和增强现实都需要实时通信和海量数据，这可能是5g的实际应用场景。但是我们现在真的需要这些应用吗？这些应用在现实生活中真的如此有价值吗？还是有很多用户对这些应用感兴趣？这实际上是一个很大的问号。另一方面，例如，自动驾驶必须首先通过计算机自动控制你的汽车，所以它需要非常高的时间延迟和非常大量的数据。汽车通过摄像机镜头实时传送道路图像，计算机立即计算出来。这种应用场景当然可能使用5g网络吞吐量和短时延资源。在5g网络中，我们不能保证整个网络是不间断的。毕竟，从一个小区切换到另一个小区是必要的。当移动通信被切换时，如果信号出错，最大的问题是信号中断，呼叫中断。如果一辆汽车从一个蜂窝跑到另一个蜂窝又被切断了怎么办？5g网络的应用能否无缝支持这些应用，目前还没有答案。

事实上，智能家居和楼宇在5g网络中的应用很可能真的会提供很好的支持。例如家庭监控或身体状况监控，我们可以在5g世界中做得更好。在5g技术中，支持无人驾驶或增强现实等应用的机会很大。最终价值能否实现，并不取决于技术本身，而是取决于用户和市场的考虑。

当我们提到5g时，我们会想到技术、带宽、流量、传输速度等等。技术总是好的，但是当你把技术推向市场时，许多技术可能不会被用户接受。因为这些技术非常好，用户不需要它们。在许多情况下，对技术的投资可能是好的，前景是好的，但市场结果可能不是好的，因为它没有得到公众的支持。提供这些应用程序成本很高，其中一些需要转移给用户。最后，是否使用你的技术取决于你的价值是否足够。场景非常迷人和美丽，但是5g技术是否会得到市场用户的支持，或者这项技术的价值是否真的能够实现，还可以在将来进一步讨论。