Friday, February 1, 2019

5G 的世代


最近5G在臺灣是個熱門的話題。看了一些近似神話傳奇的論述,覺得義不容辭的要談一下。

傳說中5G的神奇功效是速度超快,反應時間超短,而且一旦5G上市,4G/LTE就會人間蒸發。要談5G之前必須先談一些基本概念。5G的兩個主要頻段,一個是現在LTE的頻段。這個頻段能提供的改進不大。主要是讓電信業者能再使用已經擁有的頻段。另一個是在25GHz以上的頻段。這才是傳奇中5G的厲害之處。但是這個頻段有個物理上的限制,不會因為那個頻段叫5G,就變得不一樣。
電磁波在大氣中傳播,頻率越高,衰減越快。這意味著5G需要更多的基地台,構成高密度的無線網格。每個基地台不會因為通電了,就自動連上互聯網。每個基地台都需要一條資料鏈路(back hauling)連上廣域網路(WAN)或城市網路(MAN)。這些連網線路也不能是省油的燈。5G說我讓大家上網速度大增。如果每個人都拿一條消防栓噴水,這後面的水管就得粗的像條河。今天5G佈建的資金和時間的需求問題是在這𥚃。加基地台要錢要時間。牽線也要錢要時間。如果上5G的月費是現在的三到十倍,還有多少人要用。如果不這麼貴,電信業者就得慢慢來。台北好不容易蓋好蓋滿了,新北只有一半的覆蓋率。桃園新竹更少了。拿一個5G的手機,一上高速公路就回到美好的舊時光。傳說中的應用,比如說像是虛擬互動,在大安森林公園也許可以,過了泰山收費站可能就有問題了。4G/LTE還是得頂著先。更不要説自動駕駛,上下三義交流道還是自己開比較「即時」。
5G加IoT也只是一個帶動唱的噱頭。在百貨公司,超級市場,辦公室或是家裏是不須要5G的。因為沒有高速移動,其他的科技產品可以取代的,就不用花大錢用5G設備。因為那些5G設備都有很高的專利成本。
反應速度快這說法也只是半個事實。資料都在數據中心裏,基地台再快也要等資料到了才能送。谷歌的搜尋不會因為是5G就突然快得不得了。資料如果不在臺灣,就要到日本或新加坡的數據中心去拿。如果網站在中國,就還要過電子長城。那也不會因為上了5G網路就忽然變快了。
5G不是一個根本的改變(revolution)。因為高頻寬的用處二、三十年前就知道了。但是物理及技術上的限制,造成龐大的資金需求,進而影響佈建的速度。最近臺灣節目中談論5G的內容,根本是「財經專家談物理,政論名嘴説工程」。然後又把華為的5G技術捧得太高了。我先前轉貼了一個有關5G SEP(Standard Essential Patent)的報告。華為是名列前茅,但是並不具有決定性的影響力。更不要説要以一當十。華為最厲害的技術是作生意可以不用看成本。這個專利是資本主義國家裏的公司沒有的。如果了解這點,就可以了解最近各種媒體的報導,只是一種有計劃的政經宣傳,用來打貿易戰。與事實有一段很大的差距。而臺灣如果想要藉5G帶回電子硬體產業的商機,可能要多花點時間了解3GPP成員的生態,再重新打這個算盤。

A note regarding car-to-car IoT

The best record for transmission from a 5G radio station to a 5G client is between 1 and 2 milli-seconds. Using cell tower as a relay for communication between cars, the transmission is in spoke-hub-spoke mode. One way takes 3 to 4 milli-seconds, round-trip up to 8 milli-seconds. Most communication protocols require handshaking/heartbeat messages on top of a shared communication medium. That is a lot of round trips back and forth. A dedicated connection for peer-to-peer communication using un-licensed spectrum may be more efficient than 5G. Besides, when crossing cell boundary, a cell-to-cell handover is required. A 5G cell is small, that is, a lot of handover's will happen throughout the span of conversation. Two cars in conversation may be in different cells momentarily. I don't know whether this issue has been addressed. It is a shame that the car industry cannot pull their acts together. It may only take one autonomous driving company to put out an open source implementation and turn into the de-facto spec, then leave the 5G car-to-car communication in the dust.