先說說5G(或者說無線寬帶技術)難以完全替代有線寬帶的原因,一句話簡單概括:
有線比無線更快、更穩定、更可控、單位速率建設成本更低。下面詳細展開說明:
一、香農極限決定了單一信道條件下有線寬帶極限速率遠高於無線。
搞通信的人都知道香農公式,信道上面信息傳輸的極限速率是:
C=B log2(1+S/N) 其中C為極限速率,B為信道的帶寬,S/N為信道的信噪比。
公式非常直觀地揭示了兩點:信道帶寬越大越好,信噪比越大越好。那麼5G在這兩個核心指標上面與有線寬帶相比如何?天差地別。
我們大家都知道,無線的頻譜資源是非常緊張的,本身適合廣域網覆蓋的無線頻段就不多,為了確保不產生相互干擾,不同的技術制式、不同的運營商都要由管理部門劃分專屬的頻段以供使用,頻段和頻段之間還要設置足夠的隔離寬度,這樣導致可用的信道帶寬非常小,
在目前現有標準下,5G可用的信道帶寬大約在100MHz的數量級(不同運營商之間略有差異)。而有線寬帶的信道帶寬呢?10THz。
兩者相差足足10萬倍!5個數量級!
信噪比不好直接拿來比較,但是無線是完全開放的信道,空氣中來自其他信號源的干擾無處不在;光纖是封閉信道,光信號與世隔絕地僅在本纖芯內傳輸,幾乎不受外部干擾。
從這一點來看,定性地判斷,無線信道的信噪比總不會比有線更優。因此從理論推導可以得知,有線寬帶接入比無線寬帶接入的能力天花板更高。
那麼實際情況如何呢?
在4G時代,單用戶速率可達100-150M左右(前提是基站輕載,信號好),與此相對應的GPON單用戶速率可達1G,有10倍的差距。
5G比4G速率提高了10倍,但有線寬帶技術也在進步,XGPON速率也較GPON提升了4倍,正在研究的50G、100G WDM-PON技術更是進一步將有線接入單用戶單寬提升至之前難以想象的高峰。
況且PON這種接入技術遠遠沒有到發揮香農極限的程度,在骨幹傳輸領域,單根光纖甚至可以達到超過10T的傳輸速率。
二、有線寬帶的穩定可控程度遠優於無線。
上一節說到光纖信道是封閉的,幾乎不受外部干擾,所以只要設備不出問題,光纜沒有受到損傷,有線寬帶的數據傳輸是相當穩定的。
另外,現在主流的有線寬帶接入技術是PON技術,而這種技術形態決定了在接入網這個層面,共享單個設備端口的用戶是可控的,極限不會超過64個,一般在20-30個左右。
因此,有線寬帶每個用戶分配到的帶寬是可以準確測算、有所保障的。
PON網絡示意圖,OLT單個端口通過分光器連接到最終用戶,最大分光比為1:64
而無線寬帶則遠遠不如。
首先會面臨干擾的問題,有一些地方信號不好,人們會私自安裝信號放大器,這樣會對正常的信號產生干擾。
其次會有信號阻擋衰減的問題,在密集的樓宇之間的小巷,隔間比較多的室內,地下車庫,電梯間等地方,無線信號都會受到阻擋。而且隨著技術標準的演進,波段頻率的提高使得信號穿透能力越來越弱。
再次就是接入用戶數量不可控的問題。無線信號覆蓋半徑一般都有數百米,範圍內的所有用戶都共享基站的帶寬,而這個區域內進入的用戶是沒有辦法嚴格控制其數量的。極端的例子就是假如這裡正在搞一些大型的活動,短時間內集中了特別多的人,這樣區域內所有移動用戶所分配到的帶寬就會急劇下降。
正是因為這些不可控的因素太多,所以無線寬帶它的體驗速率要遠遠低過系統速率。我們拿4G來舉例說明。4G單個用戶的系統速率可以超過100兆,比如一個新建的基站下面只有一個4G用戶,拿手機測速是能夠測到100兆的。
但是一般的體驗速率就只有10兆,就是在通常情況下,只能夠讓區域內的用戶享受到10兆左右的速率。如果在極限或者特殊情況下,用戶的使用速率會更低。
因此運營商的無線業務從來不敢向用戶承諾接入帶寬(比如像寬帶100兆,200兆速率的套餐,無線從來沒有)。
三、同等能力下,無線網絡的建造成本要遠遠高於有線。
前面兩點說的是技術方面。這裡要提實際操作層面上要考慮的問題。如果用無線徹底替代掉有線,耗費的成本非常高,即使技術上可行,這個事情也不會發生。
運營商們在提速降費的大環境之下財政都很吃緊,不可能做活雷鋒。為什麼無線網絡建起來比較貴?
有幾個方面:
一是寬帶覆蓋是點的覆蓋,我只需要確保每個特定的房間內有光纖接入即可。無線覆蓋則是面的覆蓋,要確保每一寸土地上的用戶都能夠享受到無線通信服務。如果這兩者的體驗速率還要求相同,那顯然對無線的要求要高於有線。
二是無線網絡的建設每次面臨換代幾乎都要推倒重來。
從2G到3G到4G,再到5G,佔據了投資重要組成部分的無線基站設備都要更新換代,甚至就是一些線纜,比如說饋線資源都不能夠利舊,全都得推倒重來。寬帶就簡單得多,銅網轉成光網,最最重要的一步就徹底的完成了。
後續光寬帶網絡的升級,只需要更換局端設備和用戶的終端設備,中間的佔據絕大部分投資的光纜網絡全都可以利舊。而且更氣人的是無線網絡的更新換代還特別的頻繁,現在已經發展到第5代了,每一代都是大動干戈。
寬帶嚴格意義上,目前只有兩代,銅到光,往後雖然有技術的革新,但是代價都不算大。所以也有人笑言搞光通信的人步子邁得太大,把將來的路都堵死了,但應該學無線的人那樣,飯一口一口地吃,牙膏一點一點地擠,這樣整個產業鏈才會賺得盆滿缽滿。
那究竟貴多少呢?
我們用傳統的4G網絡和光寬網絡比較,在體驗速率相差10倍的情況下,寬帶網絡的造價基本不到無線的一半,如果簡單的用線性關係把兩者的體驗速率拉平,無線網絡的造價就是寬帶網絡的20倍以上。
當然,實際情況並非這樣簡單,如果想把全區域的無線體驗速率提高到和有線接入可比的程度(例如1000兆),很有可能是通過加大基站覆蓋密度都沒有辦法解決的。過密的基站佈置相互之間會形成干擾,系統容量不可能無限制地向上疊加。
綜上所述。由於在帶寬能力上,穩定程度上,可控性上以及覆蓋成本上,有線寬帶相對無線來說具備明顯的優勢(與此同時,無線相對有線來說在移動便利性方面的優勢也是壓倒性的)。因此即使5G時代來臨,無線也沒辦法替代有線。
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