鵝知道 | 與4G相比，5G不僅僅是速度變快了
[ 摘要 ]除了極大的速度提升外，5G還帶來的極低的網路延遲，針對不同裝置的分層網路等從未有過的技術進步。
3月12日，福州市無線電管理局給福州移動發函表示，同意登出中國行動通訊集團福建有限公司福州分公司TD-SCDMA基站。這意味著在5G即將到來之際，中國移動的部分3G基站在福建率先開始退出。
5G在很多人的眼中，與4G、3G相比，最直觀的感受就是速度變快了，這也是各大媒體經常用的標題，比如《下載超清電影，只需要XX秒》。但在知乎答主“孫煜徵”看來，除了極大的速度提升外，5G還帶來的極低的網路延遲，針對不同裝置的分層網路等從未有過的技術進步。
以下為知乎答主“孫煜徵”回答全文，騰訊科技稍作整理：
正如第一代iPhone面世時，眾多手機廠商挖苦股價只有10美元的蘋果公司不務正業，而沒有意識到iPhone開啟了移動網際網路時代的元紀年。同樣的，5G會帶來第三次網際網路革命，但多數人5G的認知，卻僅僅停留在了“比4G快一些”。這是因為1G到4G的行動網路都是以手機為中心，所以人們自然而然用3G到4G的升級去類比4G到5G的升級。
其實，"快”，只是5G為網際網路帶來眾多質變中，不那麼重要的一點。5G是全能網路，會為整個網際網路帶來質變。除了極大的速度提升外，5G還帶來的極低的網路延遲，針對不同裝置的分層網路等從未有過的技術進步。通過5G，網際網路的觸角將再次延伸，這次一次它將能輕鬆觸及到每一個人類社會的電子裝置；有線網路將被無線網路全面取代；連線成本、能量消耗、延遲、速度，都將迎來史無前例的革新。
在谷歌工作的戴維和我，對5G技術在中文和英文網際網路上都進行了深刻、全面的研究。這篇回答，我們將從連線質量和連線成本兩個框架下剖析5G的技術，進行橫向和縱向的對比。我們既會從抽象上將5G的技術進步與前兩次網際網路革命進行類比，也會深入討論一些具體的前沿變革。我們希望通過本文，讓你能夠透徹理解：
5G比4G的技術進步到底有什麼？
·為什麼之前的四代通訊網路只能算帶來了量變，而5G帶來的是質變？
·5G和網際網路的關係到底是什麼？它的商業意義又是什麼？
1. 關於5G的標準建立
5G，全稱第五代行動通訊網路（5th Generation Mobile Networks）。嚴格的講它並不是一個或者一套具體的產品，而是指代一套技術標準。
資訊通訊系統是極度複雜的。從手機，到電信基站，到網路運營伺服器，上萬套不同的裝置互相協作，才能構成一個擁有完整功能的通訊系統。世界上沒有哪個公司有能力造出系統中的每一件產品。這樣既不經濟，也有太高的風險。因此，全世界的通訊系統公司們會合作制定一套標準，這套標準確立了這個完整系統的各種引數和指標，也確立了每一個生產商與其他生產商的對接方式。
不難想象，參與人數眾多，規模如此複雜的一套標準，在制定的過程中必然會出各種衝突與矛盾。經歷了眾多代通訊標準的大討論，場上的玩家不是更樂於合作了，而是變得更斤斤計較了。於是，在5G標準的制定過程中，這些矛盾有進一步的計劃，甚至上升到了國家利益層面。標準的的產生通常是巨頭的遊戲，中國最大的兩家通訊系統相關公司華為與中興就在5G計劃之初積極參與其標準的制定，過程上不乏與美國，歐洲等行業巨頭的角力與合作。儘管5G標準的制定過程遠非一帆風順，巨頭間的博弈並不會阻止5G發展的時代大勢。
在此我們將把重心放在5G的消費者市場，本文所提及的，是無論技術誰來領導、標準是否分裂、市場有多強的監管，都必然會發生的網際網路行業變革。5G的技術升級非常的複雜，在此我們決定簡化技術細節的科普，把重心放在技術升級帶來的消費者體驗升級上，從結果入手來分析5G的“質變”是什麼，我們強調的“革命性不同”到底在哪裡。
2. 體驗升級分為連線質量提升和連線成本降低
幾乎每個人都知道5G會比4G更新更強。
然而，對於5G的認知，包括很多熟知通訊和網際網路的從業人員，都還停留在了類比4G與3G的階段，即“速度更快”這一基礎概念上。其實上，雖然5G比目前最快的4G版本的連線速度快100倍（4G比3G快10倍），速度的增加也僅是5G將會帶來的技術進步之一。甚至，我們大膽判斷，5G的速度提升只是其技術進步中最不重要的一個。
無論哪一代行動通訊網路，其本質都是一種商品，人們購買這種商品來接入這個網路從而達到通訊的目的。那麼作為一個網路連線產品，5G帶給市場最直觀的兩大體驗升級就是其連線質量的提升和連線成本的降低。無論你是一個直接消費者還是一個5G的創業者，投資人，明白這兩個概念是深入理解5G革命的第一步。
2.1. 連線質量分為頻寬和延遲
頻寬
提到一個網路的連線質量，消費者首要關心的就是網速，行話稱之為頻寬（bandwidth），即單位時間內的位元資訊傳輸總量，我們常說的下載速度就是由頻寬決定的。截至2018年第三季度，中國移動4G LTE平均下載速度是30Mbps（Megabits per second,既兆每秒），和我們平時見到的有線寬頻速度差不多。從應用角度來說，消費者平時的高清視訊直播的頻寬需求大約是2-10Mbps，英雄聯盟、吃雞一類的即時互動網路遊戲對頻寬的需求大約是1-3Mbps，如果頻寬不足，遊戲和視訊就會出現卡頓。
根據設計標準，5G的使用者頻寬最高將達到1Gbps（1024Mbps），是目前4G的30倍，而其峰值頻寬可以達到難以想象的20Gbps，超越4G百倍。橫向對比現在，這樣的使用者頻寬大概和一個機械硬碟的寫入速度差不多，堪比世界網速最快國家日本的家用光纖網路（Fiber-optic network）；縱向對比歷史，設計速度上來看2G比1G快了20倍，3G比2G快了20倍，4G比3G快了10倍，而5G相對4G的百倍頻寬將是歷史上提升最大的一次；這樣的速度是4K清晰度直播流媒體（25Mbps）所需求的40倍。基於目前的行業預測，5G所提供的頻寬甚至能滿足未來20年消費者對網路頻寬的需求，並全面超越有線網際網路。
延遲
然而就像我們前面所言，5G對連線質量的提升，遠不只體現在頻寬上，5G網路的延遲（latency）才是重頭戲。
網路通訊永遠都繞不開延遲這一關。作為反映資料從被髮送到被接受的時間指標，延遲的重要性並不比頻寬底，如果說頻寬決定的是網路的下載速度，那麼延遲決定的就是網路的反應速度。以日常的應用為例，延遲的高低直接影響了直播、手遊、導航、交易、遠端操控等一切對即時反應有高要求的網路傳輸。很多網路遊戲玩家都有過“明明下載速度很快但是玩兒遊戲還是卡”的經歷，本質就是網路延遲出了問題。
以手遊王者榮耀為例，其官方推薦的頻寬要求只有1Mbps，可以說成熟的3G網路就能能輕鬆滿足其頻寬要求。為什麼3G時代幾乎沒有任何的手機線上網遊呢？拋開成本來說，4G的網路延遲比3G時代降低了大約70%，達到了和家用有線網路差不多的水平，這也直接導致了那些原來只能在電腦、筆記本上使用的網路技術能在手機上得以實現。
網路提供商CableFree於2017年釋出的各代通訊網路與有線Wifi網路延遲對比
有趣的是，在過去的十年間，無論是家庭有線網路還是手機行動網路的網路延遲都沒太大變化，這一重要的指標經常已經被人們所習慣和忽略了。事實上，目前的整個網際網路有著巨大潛力被現在的網路延遲所牢牢限制，沒有被髮掘和利用，無數對網路延遲有高要求的應用無法實現。
在降低通訊網路延遲這方面，金融行業的高頻交易公司就是最直觀的例子，他們走在了前面，並嚐到了巨大的甜頭。2013年，美國網路服務商Hibernia Atlantic斥資6億美元，只為修建一條長達6千多公里的光纖網路線路，專門服務紐約和倫敦的高頻股票交易公司，可以把兩地的光纖網路延遲降低到59毫秒，比之前的低了6毫秒。光是連入該條網路的“入網費”就達到1500萬美元，然而對那些高頻交易公司來說，每一毫秒的提升可以帶來最多每年1億美元的價值。
從資料上來看，目前最先進的4G LTE平均延遲大概在90毫秒,普通的有線網路大概是50-120毫秒，而5G的目標延遲是10毫秒以內，其設計目標約為4G的1/50，並且遠遠得低於目前的普通有線網路。我們有理由相信，5G的超低延遲將會是一顆引爆網際網路潛能的核彈！
然而正如我們一開始所講到的，如說頻寬的提升是一種“增強”，那麼延遲的降低則是一種前所未有的“升級”。5G帶來了比4G近乎百倍的連線質量提升，它是一種市場從來沒有體驗過的超低延遲、超大頻寬網路，毫不誇張的說，上一次消費者們經歷如此巨大的體驗升級還是20年前寬頻入戶的時候，那是我們第一次知道撥號上網是多麼的落後。
我們可以斷言，目前市場的一切互動式網路活動：流媒體、遊戲、線上交易都是基於目前的延遲和頻寬所設計的，在5G時代，創業者們需要重新去思考與設計在5G網路質量下的網際網路互動的內容和方式。就像市場在3G時代無法想象直播一樣，普通消費者可能也難以站在4G的背景下去想象5G的網際網路又能帶來怎樣的可能。基於我們的初步判斷，5年之內，受益於5G的網路質量，規模化的集中計算將會逐漸成為主流，遊戲，即時控制，人工智慧，虛擬現實，遠端醫療等近年來因為技術發展遇到了瓶頸的行業將會進入一個全新的爆發期。更多的行業細節我們將在之後釋出的專欄文章進行討論。
2.2. 5G讓行動網路超越手機
既然是商品，除了質量自然還有成本。
從1G到4G，手機從打電話，到發簡訊/彩信，到收發email和瀏覽網際網路，再到成為辦公、娛樂全能的移動終端，能做的事情產生了天翻地覆的變化。可是有一點卻是一直沒有變的，那就是行動網路是一個手機的網路(Mobile phone network)，我們甚至可以簡單粗暴的把手機和行動網路畫上等號。除掉手機，其他任何裝置連入這個網都是一種非主流性質的應用。究其原因，前四代移動網際網路，都是圍繞著“手機的網路”這一主題進行的技術的漸進，它們的設計出發點就是預設消費者使用手機這一裝置接入這個網路。
無論如何升級，1G到4G的設計出發點就是為手機而服務的
之前四代的移動網路技術並沒有認真考慮其他裝置連線這個行動網路的可能性。換句說話因為這些行動網路的目標客戶一直是消費者手中手機，也導致這個連線成本始終都不低。
這裡所說的成本主要包含了通訊的模組的硬體成本，移動訊號的能耗成本和大家最熟知的服務費用成本。對於消費者而言，一個裝置要不要通過行動網路上網，是個簡單的經濟賬，成本過高，願意連入該網路的裝置總數就不會增長太多。
早在2011年，蘋果公司就推出了可以單獨插上Sim卡連入行動網路的iPad 2,但是七年過去了，可以連入行動網路的平板電腦銷量還是小的可憐,絕大多數平板電腦消費者並不願意再為自己的平板電腦買一張手機卡。連線數量的限制是移動服務價格成本的天花板，4G的一個連線很貴，哪怕這個連線裝置所消耗的網路流量很小，購買這張連入行動網路通行證依然不便宜。
無獨有偶，2017年9月釋出的第三代蘋果手錶Apple Watch（Series 3 Cellular）也是十分尷尬。雖然支援獨立的4G網路連線，但在4G模式下，手錶的電池只能堅持4個小時，換句話說消費者哪怕願意支付更高的硬體費用並願意為自己的手錶支付一個行動網路月費，裝置商也沒辦法生產出能全天候連行動網路的手錶，因為連線這個網路的電能消耗是和手機差不多的，僅僅幾百毫安的手錶電池難以承受。
物聯網概念從2010年後蓬勃發展再到最近兩年的斷崖試降溫，主要原因之一就是無法解決連線成本的問題。很多物聯網專案在理論上描繪了一個美好的未來，但始終難以把裝置的連線網路的價格控制在合理範圍內。
對很多物聯網裝置來說，在支付裝置連入行動網路的月費的同時，它還需要考慮連線這個網路的硬體價格和電量消耗。也正是因為如此，大部分物聯網裝置只能退而選擇WiFi連線的方式接入有線網路。這樣不僅影響使用體驗，而且極大的限制了其應用場景。
另一方面，部分選擇接入行動網路的物聯網裝置只能選擇接入成本相對較低的2G或是3G網路，難以滿足其最初設計的技術需求。
共享單車可以說是大部分中國消費者接觸最多的物聯網裝置。理想狀態下，一輛共享單車是需要接入網路才能完全符合其商業模式，而不僅是個單車租賃業務。從普通的解鎖到收集使用者騎行資料都需要網路。然而目前中國運營商所提供的物聯網接入方案並不理想，也間接導致各大共享單車公司在產品開發上遇到不少問題。
以小黃車和摩拜單車為例，早期的ofo小黃車採用的靜態機械鎖模式可以說完全不符合物聯網的基本理念，也因此出現了大量的技術漏洞。摩拜單車一開始就決定要保證自己的自行車接入網際網路，於是第一代摩拜就使用了接入行動網路的動態電子鎖，它使用2G時代的GSM模組配合運營商推出的2G網路物聯網方案，當用戶掃碼解鎖時，後端伺服器通過傳送簡訊的方式通知單車解鎖。
雖然設計上來說摩拜單車確實一開始就滿足了物聯網產品的設計理念，真正把單車連入了網際網路，但是2G網路畢竟已經是20年前的產品，其速度和能耗都成為一個問題。一方面來說基於2G GSM的設計，一套完整的簡訊解鎖大概需要10秒，這也是為什麼早期的摩拜單車解鎖速度比較漫長；而另一方面作為一臺需要一直線上等待簡訊來的2G物聯網裝置，其能耗也相當高，如果沒有充電，其待機時間不會超過20天，所以早期的一些摩拜單車會出現因為長時間沒人騎車而沒電解鎖的問題，而且其內部的電池和通訊模組也增加了其單車的騎行重量。
後期的ofo和摩拜單車都開始使用相對更為穩定和昂貴的2.5G GPRS方案，共享單車市場也出現了藍芽鎖，NFC鎖等各種鎖。但一直到共享單車大戰落幕的今天，“單車上網”仍然沒有被妥善解決。
目前貼片式的物聯網絡卡方案（中國移動CMIoT，中國聯通UNI2M），是一種閹割版的手機網絡卡。即把使用率較低的2G/2.5G/3G網路作為其主要載體，4G加以輔助。但無論哪一G，流量、能耗、覆蓋、延遲、成本，都無法很好滿足多種多樣的物聯裝置。
這些各式各樣的物聯網問題，歸根結底就是因為前四代行動網路的初衷就是為了滿足單位區域內的手機連線而設計的，各方面都難以滿足其他裝置接入這個行動網路的需求。
這一次的5G在目標客戶群體上就徹底不同於之前，它的野心很大：5G要真正解決連線成本的問題，把行動網路的服務目標從人們手中的手機擴充套件到一切對網路連線有需求的裝置。
為了達成這個目標，5G將提供高連線密度網路，並且細分網路的型別，從兩大方面降低裝置的連線成本。
高連線密度，顧名思義，就是一個區域單位能夠連入網路的總數極大的提高了。通過使用海量機器類通訊技術（mMTC），5G把每平方公里的連線數量提升到了百萬級別，超越了4G至少十倍以上,目標客戶裝置瞬間從一臺手機變到了十幾臺裝置。
然而光解決數量問題顯然是不夠的，就像現在時長處於閒置狀態的2G和3G網路，他們對裝置的裝置、能耗等要求還是很高，一個小小的物聯網溫度計並沒有足夠大的電池來支援他們的接入。如果我們把之前四代行動網路看做是種只能選擇流量的產品，那麼5G的細分網路技術就是把這種產品的可以選擇的屬性變得更復雜。除了流量之外，網路的速度、延遲、功耗、甚至硬體成本都變成了客戶可以選擇的一種屬性。
5G通過網路切片（Network Slicing）技術，對同一個地理位置的不同裝置提供完全不同屬性的獨立網路，這些網路的頻寬、延遲和連線功耗都不一樣。客戶可以根據需求購買和接入不同型別的網路。
比如
·對即時反應要求非常高的無人車會選擇連入極低延遲但頻寬相對較小的5G網路，從而避免支付額外的頻寬費用；
·一臺8K超高清網路電視則更需要大頻寬而相對高延遲的網路，因為電視是可以緩衝的，但車流不能；
·前文提到的蘋果手錶顯然對延遲和頻寬都不要求，它需要一個便宜而且能耗極低的網路來保證相對更低的電力消耗。
你的汽車，手錶和手機那怕同時同地連入5G，它們可能接入的是不同型別的網路
現在，你應該對5G的網路質量和連線成本有了一個清楚的認識，是時候來重新認識5G區別於前面四代網路的的革命性變革了。
5G讓行動網路從以手機為中心，進化成了適配全維度的網路，搭配其前所未有的技術指標，5G的目標是成為未來一切裝置的網際網路接入口。
5G擁有成為網際網路主要介面的野心與實力
基於5G的連線質量和連線成本，質量更高、更細分化、更便宜的行動網路連線將會變成一款類別豐富且適用性高的基礎產品，它將代替有線寬頻成為大部分網際網路連線的主要入口，為無數的商業帶來可能性，真正的改變世界。
3. 總結
通過本文，我們回答了三個問題，既：
·問：5G比4G的技術進步到底有什麼？
·答：5G帶來了連線質量更高，連線成本更低的行動網路。
·問：為什麼之前的四代通訊網路只能算帶來了量變，而5G帶來的是質變？
·答：5G不再是一個手機網路，而是真正面對所有裝置的高質量移動網際網路。
·問：5G和網際網路的關係到底是什麼？它的商業意義又是什麼？
·答：5G的目標是成為未來網際網路的主要介面，市場將會重新思考連入網際網路的方式與潛能。
作者簡介
戴維：谷歌軟體工程師，加州大學洛杉磯分校計算機學學士。主要從事雲端、物聯網系統和智慧教育方面的設計及開發工作。現居西雅圖。
孫煜徵：亞馬遜經濟學家，康奈爾大學經濟學博士；有戰略管理諮詢和創業經歷。主要從事人工智慧、資料科學的研究及開發工作；業餘從事管理諮詢、創業指導。現居西雅圖。
編輯 潘美宸：華盛頓大學數字媒體傳播碩士，業餘從事科普寫作。
欄目簡介
“鵝知道”系騰訊新聞和知乎聯合出品的精品欄目，針對科技熱點新聞，第一時間為使用者帶來可信賴的解讀。