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中國5G落地快前景廣,美國追趕難或直接發展6G

來源:百度行業新聞 2019-06-28

圖片來源:視覺中國

2019年6月6日,中國5G商用牌照正式發放。近來一段時間,5G技術引來全民討論和追逐,也引來大國戰略博弈。5G是什么?有哪些獨到之處?通信專家仰望恒星(筆名)為百度新聞《洞察》欄目獨家供稿,從技術誕生背景、5G商業應用和國家戰略角度解讀當下關于5G的熱點話題。

他認為,技術需求和國家戰略一同加速了5G技術的發展;5G比4G快100倍,將重新定義我們的娛樂、生活和學習模式,5G技術將連接物理世界與虛擬世界,成為自動駕駛技術的重要支撐,其低時延高可靠等特性可以很好地運用到遠程醫療中,5G技術的想象空間很大。他提醒,中國的基礎電子能力依然是制約5G產業發展的短板,美國政府在打壓中國5G產業方面展現出了前所未有的戰略決心,美國或許跨過5G,直接發展天地一體的6G移動通信。

1、5G誕生背景:社會需求催生5G技術,國家戰略加速5G落地

5G技術的相關原理論文發布已有多年,在此時落地的原因主要有以下三個方面:

一是社會需求方面,移動通信系統的每個演進都會解決主要的社會需求。1G模擬移動通信技術(NMT/TACS/AMPS)使得人們開始擺脫了有線的束縛,初步解決了人們移動通信的基本需求;2G數字移動通信技術(GSM/CDMA 1X) 使得語音和短消息通信服務的質量得到了很大的提升,成熟的標準協議和完善的基礎設施使得人們可以在全球范圍內實現漫游通信。3G移動通信技術(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDAM)提供數字語音和寬帶數據傳輸服務,開始將多媒體通信服務引入移動通信; 4G移動通信技術(TD/FDD-LTE)實現了IP互聯網從固定網絡向移動互聯網的發展需求,大數據云計算開始改變人們的生活質量;在5G移動通信技術以前,每一代的移動通信技術主要是滿足人與人的通信需求為主,以通信帶寬能力的提升作為劃代標志。

隨著微電子技術和信息技術的進一步發展,虛擬現實、增強現實、混合現實、智能設備、智能交通、遠程醫療、工業控制等各種應用對移動通信要求日益增加,萬物互聯和泛在智能成為5G移動通信需要解決的社會需求,5G提出了移動寬帶增強、海量物聯和低時延高可靠三種典型應用場景,5G移動通信技術不僅面向消費,而且將于實體經濟深度融合,將給人們的生活模式、社會治理和生產組織模式帶來巨大的改變。

二是技術特別是微電子技術的進步,5G移動通信主要的創新是在網絡架構和網絡資源的靈活組織應用上,提出了軟件定義一切SDx、資源虛擬化(NFV)、軟件定義空口等新型的網絡設計方法,但是可以說5G移動通信在基礎理論上并沒有創新,例如5G移動通信系統的關鍵技術之一,低密度校驗信道編碼技術(LDPC),最早由美國人Robert Gallager在1960年就提出了,但是由于編譯碼算法過于復雜,在之后的35年里基本上被世人忽略,此后1981年Tanner提出了LDPC碼的圖形表示,20世紀90年代MacKay等發現了具有稀疏校驗矩陣的線性碼迭代譯碼算法,才使得LDPC碼重新引起人們的極大研究興趣。一種技術是否被新一代的移動通信體制采納,首先取決于該技術是否能應用在功耗和性能相對受限的移動終端上,其次才是行業巨頭之間的專利爭奪。目前高端處理芯片采用了7納米的工藝,集成多達69億個晶體管,如今一部手機計算處理能力,已經超過上世紀登月飛船上的計算機處理能力,使得原本運行在高性能計算機上的復雜信號處理算法得以在移動終端上實現。

三是國家戰略方面的需求加速了5G產業落地,在2015年的ITU WRC-15大會上通過了6GHz以下(Sub-6GHz)的通信頻譜規劃,用于5G移動通信技術試驗驗證,美國由于歷史原因3GHz~6GHz的頻譜資源掌握在政府和軍方手中,加上美國政府優先發展5G毫米波頻段技術的戰略誤判,導致美國在Sub-6GHz頻段的5G技術和產業落后于中國,而中國的5G技術試驗和產品試驗則進展順利,如果中國企業主導的Sub 6GH頻段的5G技術和產業獲得多數國家的認可,將對美國及其盟國在前面30年構建起來的移動通信生態圈構成嚴重的挑戰,因此美國不惜動用國家力量對先后對中國的中興和華為公司進行打擊。在這樣的形式下,國家工信部于6月6日宣布向四家運營商發放了5G商用牌照,支持國內相關企業搶占5G技術高地。

2、5G想象空間:5G比4G快100倍,將重新定義娛樂、生活和學習模式

5G的關鍵技術指標包括:峰值數據速率達到20Gbit/s、用戶體驗的數據速率達到100Mbit/s~1Gbit/s、滿足移動速度500km/h、端到端時延1ms~5ms等,更高更快的通信網絡給許多行業帶來廣闊的想象空間。

在消費類行業,5G將推動4K/8K視頻,5G+3D等沉浸式交互業務的發展,重新定義娛樂、生活和學習模式。人們將能通過VR、AR技術進入虛擬空間,通過穿戴式設備沉浸式參與學習、社交、購物、游戲,進行全景式交互。例如:以后觀眾可以通過運動員穿戴的設備和現場的設備,突破時空的限制,在家里以運動員的視角觀看體育賽事,擁有更好的交互體驗。

生產組織領域,高帶寬低時延的工業現場網絡將進一步推動混合現實技術在工業設計、制造、檢測領域的應用,顛覆傳統的生產制造模式。設計師可以在企業云平臺上設計產品模型,并且通過5G寬帶低時延網絡將虛擬模型與現實環境或物理設備進行連接,進行工作參數傳遞反饋以及與現實物理設備進行控制交互,從而不斷迭代改進產品設計,而不需要像現在這樣反復試制樣品進行試驗。5G也將給遠程醫療診斷、遠程手術提供高帶寬和低時延的基礎支撐網絡平臺,病人通過VR技術連接到醫院云平臺的專家系統,將獲得更好更精確的診斷服務,可以解決現在醫院人滿為患的局面。

在社會治理領域,借助5G寬帶技術可將高清攝像數據及其他傳感器信息進行實時交互和融合處理,可以更好的發揮圖像識別、人臉識別等安防技術的優勢,識別犯罪嫌疑人和車輛的速度更快,我們的社會將變得更加安全,更加高效。

3、從移動互聯走向物聯網,5G鏈接物理世界與虛擬世界

從移動互聯走向物聯網(Interne of Things)是5G網絡區別與4G以及前幾代網絡的最大特征,萬物互聯的5G網絡將現實的物理世界和虛擬世界連接起來,預計到2030年,全球的移動連接數量將達到1000億,其中90%是物體之間的連接。物聯網業務大體可以分為三類,一類是對時延和帶寬有嚴格要求的業務例如視頻監控、人臉識別、工業機器控制等業務;第二類業務是對移動性、帶寬有一定的要求消費類的業務,例如個人穿戴設備、車隊管理等;第三類是對低功耗、低成本、深覆蓋有嚴格需求,但是對時延不敏感的業務,例如智能抄表、智慧農業、環境監測、資產管理等業務。

首先,5G移動通信通過系統更大的帶寬,以及引入新型的非正交多址接入技術,網絡的連接密度相對于4G網絡提升了10倍,達到10^6終端/平方公里,更好的支持海量傳感器的連接。其次,5G通過在核心/無線/承載/傳送網協同資源調度,在同一網絡基礎設施上構建多個高度隔離端到端邏輯子網,即“網絡切片”,可以滿足上述三大類物聯網業務對網絡需求差異。最后,5G引入了移動邊緣計算(MEC)的技術,邊緣計算是一種在物理上靠近數據生成的位置處理數據的方法,通過將計算存儲服務部署在更加靠近用戶基站側,有效的解決了海量物聯業務給網絡帶來的帶寬、傳輸時延等方面的壓力,通過這樣一種本地卸載處理的方式,彌補了云計算自身的不足。

4、低時延高可靠,5G將成自動駕駛技術的重要支撐

自動駕駛技術的目標愿景包括將每年120萬人次的交通傷亡降到零,每年減少31億加侖的汽油消耗,降低14%的溫室氣體排放等。移動通信技術是自動駕駛技術的一個重要的技術支撐,3GPP RAN 從2015年6月開始啟動了車聯網(V2X)空口規范的制定工作。車聯網包括車與車互聯(V2V):如防撞車安全系統;車與行人互聯(V2P):面向行人和自行車的安全告警;車與網絡互聯(V2N):如實時流量、路由、云服務等;車與基礎實施互聯(V2I):如交通信號燈控制。

目前自動駕駛技術發展尚處在第三個階段,即自動駕駛輔助階段,距離第四階段,即完全無人自主駕駛階段預計還有10年左右的時間,無人自主駕駛需要依托人工智能技術和低時延高可靠移動通信技術作為基礎,LTE V2X未來將在5G的Rel15和Rel16標準中繼續演進,引入低時延高可靠(uRLLC)技術特性,實現端到端時延小于5ms,傳輸可靠度不小于99.999%,滿足無人自主駕駛控制的低時延高可靠的無線傳輸需求。

5、遠程醫療、遠程手術成5G技術典型應用

在遠程醫療、遠程手術是上面介紹的5G移動通信技術三大應用場景中的“增強移動寬帶eMBB”和“低時延高可靠(uRLLC)”兩種場景的典型應用,可為現場用戶提供100Mbps~1Gbps的寬帶傳輸、1~5ms的端到端低時延傳輸服務。利用5G網絡增強移動寬帶技術,現場的醫護人員可以將高清攝像頭和各類傳感器的信息實時傳送回后方醫院,醫院可以利用虛擬現實技術(VR)對回傳的各類大容量信息進行融合后呈現給醫院專家系統,專家系統會診的信息再通過5G網絡發送給現場醫護人員。通過增強現實技術(AR),將專家會診信息實時呈現在AR眼鏡或診斷儀器上,可有效縮短診斷時間,提高診斷準確率。未來的6G移動通信技術將進一步構建低時延的廣域確定性網絡,即“觸覺網絡”,可用于支撐遠程控制機器人進行遠程手術治療。

5、5G產業發展短板:中國基礎電子能力弱

全世界5G移動通信領域發展目前可以分為三個梯隊,中國、韓國、美國和日本是第一梯隊,英國、法國和德國是第二梯隊,新加坡、俄羅斯和加拿大是第三梯隊。中國在IMT-2020 5G推進組的推動下,順利完成了關鍵技術驗證、技術方案驗證和系統驗證三個階段的技術試驗,并且開展了5G產品產品研發試驗。通過一系列積極的投資和頻譜分配舉措,中國目前已經成為5G技術的領導者。根據外媒的統計,中國目前5G基站的數量是美國的10倍,并且向海外出口了大量的5G基站,包括為歐洲提供國家級的5G網絡建設服務。

但是也應該看到中國的基礎電子能力依然是制約5G產業發展的短板,正如華為總裁任正非先生所說的,盡管華為有了自己設計的海思處理器和鴻蒙操作系統,但是目前的華為公司仍然像一架只保護了發動機和油箱的戰斗機。

6、美國部分5G技術落后中國,或發展6G移動通信跨代超越

圖片來源:視覺中國

分析美國對華為和中興的禁令對5G技術的發展的影響,前面提到,由于頻譜使用的問題和美國政府優先發展5G毫米波頻段技術的戰略誤判,導致美國在Sub-6GH頻段的5G技術和產業落后于中國。

相對28GHz的毫米波技術體制,中國企業主導的Sub-6GHz的技術體制更容易部署在現有的移動通信基礎設施上,而且由于頻段更低,其服務覆蓋能力是毫米波技術的5倍,因此更加容易被世界上大部分國家接受。這樣一來,未來5G的生態系統會嵌入很多中國企業的技術和產品,美國據此認為這將對美國在全球的政治、經濟、軍事活動構成嚴重的網絡安全威脅,因此,美國政府在打壓中國5G產業方面展現出了前所未有的戰略決心。

盡管美國國內也有聲音建議重視Sub-6GHz頻段5G技術和基礎設施的發展,但目前看來美國似乎不愿意走中國5G技術發展的道路,可能會選擇沿著毫米波的道路繼續走下去,同時試圖利用自己在航天、人工智能和毫米波領域的技術優勢,直接發展天地一體的6G移動通信,實現跨代超越,例如最近的美國FCC批準的“Starlink”太空互聯網計劃。

(作者:通信專家仰望恒星,百度《洞察》獨家發布,轉載請注明作者及來源)



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