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“中国领跑5G”是近期华为事件的缘起?5G为何成为中美争夺的核心

  内容提要:全球5G网络建设进入商用部署的关键期,5G时代已触手可及。5G网络不仅意味着更快的接入速度,也意味着对整个工业应用产生巨大革新。

  编辑/吉菁菁 供图/视觉中国(除署名外) 

  采访专家 

  马 严(北京邮电大学网络技术研究院教授、博士生导师)

  周世东(清华大学信息技术研究院无线中心副主任、电子系教授)

  本文由中国数字科技馆联合北京科技报《科技生活》周刊采编制作 

  12月21日,美国最大的电信运营商之一AT&T在全美12个城市率先推出移动5G服务,成为美国首个也是唯一一家基于标准的商用移动5G网络供应商。

  而除了美国巨头AT&T外,在5G领域,另一大巨头华为日前也传来好消息。华为公共及政府事务部12月19日表示,目前已获得25份5G商业合同,作为全球最大的5G供应商已出货超10000个5G基站。2019年上半年,华为将发布搭载5G芯片的5G智能手机,并将在2019年下半年实现规模商用。

  全球5G网络建设已进入肉眼可见的商用部署关键期。预计在2020年完成部署的高速移动5G网络,不仅意味着更快的互联网接入速度,也意味着对整个工业应用产生巨大革新。凭借超高带宽、超低时延和海量连接的网络,5G作为产业互联网的基础支撑,将带来更多的连接设备和更智慧的生活。

 

(一) 5G时代,智慧生活抢鲜体验

  记者/赵天宇 何从

  清晨醒来时,暖暖的被子以及枕头以一种触摸式震动的方式,温柔地把你从美梦中唤醒。然后窗帘缓缓地拉开,房间的室内灯也自动亮起。吃完早饭就要出门了,在爱人帮你整理领带的间歇,手机已经下载好了新闻、视频的内容,还有近期热门电影、游戏新作。你下楼走向车库的一分钟时间,足以让这些信息在手机和车辆间传输近百次。坐上车,手机和车辆已经完成了数据同步。车辆尚未启动,云端的交通数据路况信息和行程进行对比后,把最佳出行路线“告诉”了你的智能爱车。

  随后,你会彻底地解放自己的双手。只要输入你想去的目的地之后,车子就会自动行驶。在办公或者赶路闲暇时间,还可以带上VR眼镜进入另一个全新的虚拟世界,那里呈现的一切都特别的“真实”,好像眼前景象就在你身边一样。

  以上的场景,可能马上就会成为现实。今年8月,中国电信、中国移动、中国联通三大运营商已经基本确定了第一批5G试点城市,国内5G商用迎来倒计时。

  中国IMT-2020(5G)推进组组长、中国信息通信研究院副院长王志勤更指出,5G时代下的智慧生活,最大特点将是万物互联,各种新模式、新业态会层出不穷。

  到底什么是5G?

  快,是很多人对5G的第一印象,也是5G最厉害的“杀手锏”。

  5G网有多快?目前流行的4G网络,下载速度仅为75Mbps,而5G网已经达到1Gbps,未来的速度更是有望达到10Gbps,这意味着一部高清电影的下载时间最快只需要不到1秒。

  “G”是英文单词“generation”的缩写,从1G到如今的4G,人类完成了从模仿技能到数字化通信再到无线宽带的技术转变,传播速度更快的同时,对技术水平的要求也越来越高。对于5G通信而言,其大带宽、低延时、广连接的特点,从根本上来讲,是通信行业的一次技术革新。

  “5G通信具有速度快、频谱利用率高、能耗控制好、系统容量大等突出优点”,北京邮电大学网络技术研究院教授、博士生导师马严告诉记者,从技术上看,毫米波、多天线、微基站、波束赋形以及基于OFDM(即正交频分复用技术)优化的波形和多址接入、高效信道编码、网络切片与网络功能虚拟化等,是5G所需的若干重要关键技术。

  无线通信使用的电磁波频率越高,频段就越宽,速度也越快,这和汽车在六车道的马路上,比两车道的马路上跑的更快是同样的道理,因此高频段也成为了5G通信的第一个特点。按照工信部的部署,中国目前5G的初始频段为3.5 GHz或4.8 GHz左右,比1.8GHz的4G网高出1倍多,商用5G的高频段更是可以达到24.25 GHz—27.5 GHz甚至是37 GHz—42.5 GH。

  5G通信的第二大特点是微基站,按照波长等于光速(固定)除以频率的公式,不难发现,频率越高的电磁波,波长就越短,按照5G最先商用的28GHz高频段来看,其波长只有10.7毫米。这么短的波长,在传播过程当中衰减的程度相当高,并且覆盖能力很弱,这就需要大量建设基站,而5G的基站建设模式将向密集化、小型化和智能化方向转变。

多天线的大规模MIMO,实现了数据的快进快出

  多天线的大规模MIMO(多变量控制系统),是5G通信的第三个特点;在3G/4G时代,载波波长在分米级,小基站的天线长度也差不多。但来到5G时代,载波缩小为微米级,实际上给天线腾出了更多空间,在行业内叫做Massive MIMO,又称为large-scale MIMO。顾名思义,就是在基站端安装几百根天线,从而实现几百个天线同时发数据。

  在信号的传递上,为了减少折损,5G采用的是波束赋形,基站可以采用更有效的传送通路将数据发送给特定用户,从而降低周围用户间的干扰。对于毫米波来说,波束赋形解决的更是易于受物体阻挡和路径衰减较快的问题。

  此外,5G时代设备之间无需转换,就可以采用同一频率进行信号接收。以手机为例,它们彼此之间交换信息,甚至不需要通过基站传送,在通信学上的专属名词就叫做机器对机器通信D2D模式,同样极大提高了信息传输的效率。

  重定义你与世界的连接

  因为目前资费不菲及初期部署信号可能不稳定的情况,所以5G可能不会短时间内马上彻底接管使用广泛的Wi-Fi,但是5G通信对于这个时代的意义,则远远不止下载电影这么简单;从自动驾驶汽车到人工智能机器人再到全新的物联网社会,数字通信改变的一小步,也是人类生活方式转变的一大步。

  在移动通信领域,大约每十年就会出现一代新的技术。2G时代主要是提供话音业务,GSM网络模式迅速全球扩张,成为2G标准主流。3G时代移动多媒体业务开始出现,4G时代以苹果iOS和谷歌安卓系统作为主要代表的智能手机,引爆了移动互联网的发展。

  今天的移动互联时代,无所不在的4G网络覆盖、不断下调的流量资费和快速普及的智能手机。几乎每个人一部手机吃喝玩乐行遍天下,而5G则将实现从移动互联网向物联网的拓展。

  物联网领域中,无人驾驶汽车可以说是个热门,无人驾驶对于通信时延、通信稳定性、通信效率要求很高,之所以迟迟没有大规模的试商用,一部分原因就是通信问题没办法保证。而5G的出现恰巧可以解决这类车联网与无人驾驶的问题。

  打个比方来说,无人驾驶在4G网络下,车辆的“反应”就像喝醉酒一样,节奏慢半拍,可能数据还没传输完,现场就出现了新情况,危险还是太大,无法确保安全。而使用了5G网络才能真正让安全系数提到最高。

  在理论上,5G网络使车辆控制信号传输的端到端时延控制在10毫秒以内,这意味着车速为90km/h的情况下,因时延造成的刹车误差仅为24厘米,从而使车辆在遇到极端危险状况进行紧急制动时仍可最大限度保证安全。

  机器人将成为5G时代杀手级应用。图为2018年11月7日,在浙江乌镇举行的第五届世界互联网大会“互联网之光”博览会会场内,一台5G人机互动机器人与工作人员玩起了“猜拳”的游戏,迅速的反应让参观者吃惊。

  “5G第一阶段商业应用主要围绕在移动互联网和一部分高可靠、低时延的场景。未来5G的发展目标是为了解决物联网,能够实现5G作为通用技术承载多种业务。”王志勤表示。

  在5G时代通信下,制造业也将产生巨大变革,5G可以使智能制造闭环控制系统中传感器(如压力、温度等)获取到的信息通过极低时延的网络进行传递,最终数据传递到系统的执行器件完成高精度生产作业的控制,并且在整个过程需要网络极高可靠性,来确保生产过程的安全高效。基于5G的种种特征,通过在线视频、虚拟现实技术手段将能够实现远程诊断、远程影像会诊、远程监护、远程手术等,将会具有实际落地的案例。

  在医疗领域,病人行动受限的紧急室外场景或急救途中,医生可借助虚拟现实、增强现实等技术手段实现远程机器人手术。同时,医疗可穿戴设备实时测量上报血压、血糖、心电等健康体征数据,实现对身体隐患的早期发现和治疗以及慢性病早期监控。

  标准延缓为完善研发

  12月18日的一则消息,也聚焦了全球紧锣密鼓部署5G各国政府的目光:在意大利举行的3GPP(标准化机构组织)会议上,3GPP主席Balazs Bertenyi表示,5G网络的R15标准的第三阶段和后续阶段将推迟到2019年的3月,而该标准原本计划在2018年12月底完成。

  所谓的5G标准,主要规定的是组网模式,骨干网和接入网如何互联,不同国家运营商会选择不同模式,设备制造商就需要根据甲方要求予以实现,因此统一标准很有必要。

  对于3GPP为何要推迟5G标准,有说法表示,“是为了预留更多的时间确保3GPP各种工作组之间充分协调,以及保证网络与终端、芯片之间更完善的兼容性等。”马严认为,5G标准的推迟颁布,实则也是表明了国际上对5G的态度:“希望验证完善以后再颁布,不希望过度超前予以制定,这同样给5G研发应用指明了方向。”

  (二)5G时代,中国领先了吗?

  记者/赵天宇

  由于技术和市场的原因,中国的移动通信网络建设,比美国和欧洲晚了很多年,甚至一度连隔壁的日本和韩国也比不上。

  昔时奋力追赶

  1995年,中国才开始建设2G网络,直到2009年第一个3G网络才开通,比世界上第一个3G网络晚了8年,甚至日本有运营商早在2008年3月就宣布关闭2G网络;到2013年中国第一家4G牌照发放,依然比世界上第一个4G网络晚了3年。

  或许是意识到了巨大差距,在5G布局上,中国则颇有些“闻鸡起舞”的意味:早在2013年2月,由工信部、发改委和科技部联合牵头的“国家5G推进组”就已经成立,开始5G研发和国际合作。此后,华为、中兴通过坚实的研究储备和工程化能力成为5G重要的标准制订者和成套设备提供者,三大运营商也积极参与建设。

  2017年5月,高通公司发布的《5G经济研究报告》预测,2020—2035年之间,5G对全球GDP增长的贡献将相当于与印度同等规模的GDP,更为直观的数据是,到2035年,5G在全球产生的GDP约合12.3万亿美元,这与中国在2017年全年的GDP相当。

  实际上,围绕5G的研发与应用,世界各国早已展开了激烈的竞争,美国和韩国是在全球范围内最早开展5G试商用和商用的国家;日本计划在2020年奥运会之间提前部署5G商业系统,并在2023年扩大到全国;英国早在2012年就推动5G研发,政府方面也投入巨资,积极探索5G商业模式、服务和潜力。

  在中国,华为位列5G Polar码公布专利数世界第一,在LTE(准4G网络)市场份额上也已经位列全球首位,不少企业正在加大研发力度,中国移动更是宣布,北京移动携手华为于2018年12月已经率先在北京市国贸CBD完成4.9GHz频段的5G基站测试及验证,并在2019年开始5G商用。

  从3G时代的跟跑,到4G时代的并跑,如今在5G应用研发上,中国是否已经开始领跑了?

  现今优势见长

  北京邮电大学网络技术研究院教授、博士生导师马严说,过去几十年,美国等工业发达国家一直在全球移动通信技术发展中扮演领头羊的角色,但在5G时代,美国的这种巨大优势正在丧失,告别一家独大的局面,甚至在无线通信设备制造领域,美国已经捉襟见肘,“这是一个产业融合的过程,大家(参与国家的相关企业与机构)在这个过程中都有贡献,中国不是一家独大,但已经绝对是主力军”。

  清华大学信息技术研究院无线中心副主任、电子系教授周世东也认为,商业市场不是国防军工,用领跑形容哪个国家都不合适,在5G领域,每个国家都在积极发挥自身优势,中国是最重要的参与者之一。

  “我们最大的优势在于市场”,周世东强调,中国之所以在1G、2G通信时代发展较慢,与当时经济发展水平有关。如今,中国人口已经超过14亿,比美国和欧盟的人口总和还要多30%左右,并且消费能力不断提升,市场前景良好,这是其他国家和地区所无法比拟的。

  当然,技术和政策上的优势同样值得关注,尤其是改革开发四十年以来,技术成果转化生产力水平不断提升,一大批行业企业快速成长,都从客观上促进了5G产业在国内的快速发展:“美国、欧洲人聪明,但中国人也不傻,我们集中力量办大事,集中力量在真正需要突破的地方,也已取得领先的成绩”,马严说。

  未来前景可期

  数据显示,截至2018年12月,我国5G基站数量已达35万个,是美国的10倍。在技术和标准的双重助推下,中国的5G建设也正在提速,三大运营商均已开始了5G网络试点。

  中国移动提出在上海、杭州、广州、武汉、苏州五个城市进行外场测试,每个地区将建设超过100个5G基站,并在北京、成都、深圳等12个城市开展5G业务与应用示范。

  中国联通则在北京、天津、青岛、杭州、南京、武汉、贵阳等16个城市试点建设5G网络;中国电信也计划在雄安、深圳、上海、苏州、成都、兰州等12个城市开展5G试点。

  中信建投通信行业分析部门的数据显示,未来中国的5G基站数量将是4G的2倍,运营商5G建网主体投资可能高达1.23万亿元,较4G投资增长68%。国内5G商用的大幕已经徐徐拉开。

  畅想未来,真正“万物互联、智慧生活”的5G时代,离我们还有多远呢?

  周世东认为,目前很难下定论,“从3G到4G时代的增速,已经超乎很多人想象了,5G时代会有更多可能。”4G网络美好却并不完美,最大的“诟病”依然是网速。以当下最火热的无人驾驶汽车为例,4G的网络延迟大概是50毫秒,这将无法满足无人驾驶汽车所需要的响应时间。比如,一辆无人驾驶汽车以100km/h的速度在高速公路上飞奔。50毫秒的时间大概行驶近2米距离。这可能是生死的差距。而5G网络低至1毫秒的延迟,让自动驾驶汽车在马路上畅行无阻成为了可能。

  马严则认为,大规模普及至少还需要5年以上的时间,因为产业化能力转化需要一定时间,不可能一蹴而就。除了智能驾驶,在5G时代,可穿戴设备、智慧城市、物联网、车联网,甚至远程手术、远程维修都将成为可能,所谓的智慧城市、智能生活将不再局限于文字笔墨当中。5G将连接工厂、汽车、无人机等万事万物,并在万物互联的基础上加速机器学习和人工智能部署。“有些领域已经开始试用了,例如工业制造领域,随着生产能力、制造能力的增强,未来的发展形势将非常好”。

  当然,与任何一项新技术一样,5G不可能凭空而来,它的快速发展,同样依赖于对现有技术的深入研究与利用。比如用在LTE Advanced和LTE Advanced Pro 上的载波聚合、物联网、车联网技术等等,还有不小的进步空间。业内人士也认为,未来几年时间,4G和5G将平行发展,一边是4G的继续成熟,一边则是5G的创新研发和逐步在5G设想三种场景下的大规模部署。

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[责任编辑:北京科技报]
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