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中国5G落地快前景广美国追赶难或直接发展6G

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发表于 2019-6-28 22:00:06 | 显示全部楼层 |阅读模式


中国5G落地快前景广,美国追赶难或直接发展6G


2019年6月6日,中国5G商用牌照正式发放。近来一段时间,5G技术引来全民讨论和追逐,也引来大国战略博弈。5G是什么?有哪些独到之处?通信专家仰望恒星(笔名)为百度新闻《洞察》栏目独家供稿,从技术诞生背景、5G商业应用和国家战略角度解读当下关于5G的热点话题。

他认为,技术需求和国家战略一同加速了5G技术的发展;5G比4G快100倍,将重新定义我们的娱乐、生活和学习模式,5G技术将连接物理世界与虚拟世界,成为自动驾驶技术的重要支撑,其低时延高可靠等特性可以很好地运用到远程医疗中,5G技术的想象空间很大。他提醒,中国的基础电子能力依然是制约5G产业发展的短板,美国政府在打压中国5G产业方面展现出了前所未有的战略决心,美国或许跨过5G,直接发展天地一体的6G移动通信。

1、5G诞生背景:社会需求催生5G技术,国家战略加速5G落地

5G技术的相关原理论文发布已有多年,在此时落地的原因主要有以下三个方面:

一是社会需求方面,移动通信系统的每个演进都会解决主要的社会需求。1G模拟移动通信技术(NMT/TACS/AMPS)使得人们开始摆脱了有线的束缚,初步解决了人们移动通信的基本需求;2G数字移动通信技术(GSM/CDMA 1X) 使得语音和短消息通信服务的质量得到了很大的提升,成熟的标准协议和完善的基础设施使得人们可以在全球范围内实现漫游通信。3G移动通信技术(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDAM)提供数字语音和宽带数据传输服务,开始将多媒体通信服务引入移动通信; 4G移动通信技术(TD/FDD-LTE)实现了IP互联网从固定网络向移动互联网的发展需求,大数据云计算开始改变人们的生活质量;在5G移动通信技术以前,每一代的移动通信技术主要是满足人与人的通信需求为主,以通信带宽能力的提升作为划代标志。

随着微电子技术和信息技术的进一步发展,虚拟现实、增强现实、混合现实、智能设备、智能交通、远程医疗、工业控制等各种应用对移动通信要求日益增加,万物互联和泛在智能成为5G移动通信需要解决的社会需求,5G提出了移动宽带增强、海量物联和低时延高可靠三种典型应用场景,5G移动通信技术不仅面向消费,而且将于实体经济深度融合,将给人们的生活模式、社会治理和生产组织模式带来巨大的改变。

二是技术特别是微电子技术的进步,5G移动通信主要的创新是在网络架构和网络资源的灵活组织应用上,提出了软件定义一切SDx、资源虚拟化(NFV)、软件定义空口等新型的网络设计方法,但是可以说5G移动通信在基础理论上并没有创新,例如5G移动通信系统的关键技术之一,低密度校验信道编码技术(LDPC),最早由美国人Robert Gallager在1960年就提出了,但是由于编译码算法过于复杂,在之后的35年里基本上被世人忽略,此后1981年Tanner提出了LDPC码的图形表示,20世纪90年代MacKay等发现了具有稀疏校验矩阵的线性码迭代译码算法,才使得LDPC码重新引起人们的极大研究兴趣。一种技术是否被新一代的移动通信体制采纳,首先取决于该技术是否能应用在功耗和性能相对受限的移动终端上,其次才是行业巨头之间的专利争夺。目前高端处理芯片采用了7纳米的工艺,集成多达69亿个晶体管,如今一部手机计算处理能力,已经超过上世纪登月飞船上的计算机处理能力,使得原本运行在高性能计算机上的复杂信号处理算法得以在移动终端上实现。

三是国家战略方面的需求加速了5G产业落地,在2015年的ITU WRC-15大会上通过了6GHz以下(Sub-6GHz)的通信频谱规划,用于5G移动通信技术试验验证,美国由于历史原因3GHz~6GHz的频谱资源掌握在政府和军方手中,加上美国政府优先发展5G毫米波频段技术的战略误判,导致美国在Sub-6GHz频段的5G技术和产业落后于中国,而中国的5G技术试验和产品试验则进展顺利,如果中国企业主导的Sub 6GH频段的5G技术和产业获得多数国家的认可,将对美国及其盟国在前面30年构建起来的移动通信生态圈构成严重的挑战,因此美国不惜动用国家力量对先后对中国的中兴和华为公司进行打击。在这样的形式下,国家工信部于6月6日宣布向四家运营商发放了5G商用牌照,支持国内相关企业抢占5G技术高地。

2、5G想象空间:5G比4G快100倍,将重新定义娱乐、生活和学习模式

5G的关键技术指标包括:峰值数据速率达到20Gbit/s、用户体验的数据速率达到100Mbit/s~1Gbit/s、满足移动速度500km/h、端到端时延1ms~5ms等,更高更快的通信网络给许多行业带来广阔的想象空间。

在消费类行业,5G将推动4K/8K视频,5G+3D等沉浸式交互业务的发展,重新定义娱乐、生活和学习模式。人们将能通过VR、AR技术进入虚拟空间,通过穿戴式设备沉浸式参与学习、社交、购物、游戏,进行全景式交互。例如:以后观众可以通过运动员穿戴的设备和现场的设备,突破时空的限制,在家里以运动员的视角观看体育赛事,拥有更好的交互体验。

生产组织领域,高带宽低时延的工业现场网络将进一步推动混合现实技术在工业设计、制造、检测领域的应用,颠覆传统的生产制造模式。设计师可以在企业云平台上设计产品模型,并且通过5G宽带低时延网络将虚拟模型与现实环境或物理设备进行连接,进行工作参数传递反馈以及与现实物理设备进行控制交互,从而不断迭代改进产品设计,而不需要像现在这样反复试制样品进行试验。5G也将给远程医疗诊断、远程手术提供高带宽和低时延的基础支撑网络平台,病人通过VR技术连接到医院云平台的专家系统,将获得更好更精确的诊断服务,可以解决现在医院人满为患的局面。

在社会治理领域,借助5G宽带技术可将高清摄像数据及其他传感器信息进行实时交互和融合处理,可以更好的发挥图像识别、人脸识别等安防技术的优势,识别犯罪嫌疑人和车辆的速度更快,我们的社会将变得更加安全,更加高效。

3、从移动互联走向物联网,5G链接物理世界与虚拟世界

从移动互联走向物联网(Interne of Things)是5G网络区别与4G以及前几代网络的最大特征,万物互联的5G网络将现实的物理世界和虚拟世界连接起来,预计到2030年,全球的移动连接数量将达到1000亿,其中90%是物体之间的连接。物联网业务大体可以分为三类,一类是对时延和带宽有严格要求的业务例如视频监控、人脸识别、工业机器控制等业务;第二类业务是对移动性、带宽有一定的要求消费类的业务,例如个人穿戴设备、车队管理等;第三类是对低功耗、低成本、深覆盖有严格需求,但是对时延不敏感的业务,例如智能抄表、智慧农业、环境监测、资产管理等业务。

首先,5G移动通信通过系统更大的带宽,以及引入新型的非正交多址接入技术,网络的连接密度相对于4G网络提升了10倍,达到10^6终端/平方公里,更好的支持海量传感器的连接。其次,5G通过在核心/无线/承载/传送网协同资源调度,在同一网络基础设施上构建多个高度隔离端到端逻辑子网,即“网络切片”,可以满足上述三大类物联网业务对网络需求差异。最后,5G引入了移动边缘计算(MEC)的技术,边缘计算是一种在物理上靠近数据生成的位置处理数据的方法,通过将计算存储服务部署在更加靠近用户基站侧,有效的解决了海量物联业务给网络带来的带宽、传输时延等方面的压力,通过这样一种本地卸载处理的方式,弥补了云计算自身的不足。

4、低时延高可靠,5G将成自动驾驶技术的重要支撑

自动驾驶技术的目标愿景包括将每年120万人次的交通伤亡降到零,每年减少31亿加仑的汽油消耗,降低14%的温室气体排放等。移动通信技术是自动驾驶技术的一个重要的技术支撑,3GPP RAN 从2015年6月开始启动了车联网(V2X)空口规范的制定工作。车联网包括车与车互联(V2V):如防撞车安全系统;车与行人互联(V2P):面向行人和自行车的安全告警;车与网络互联(V2N):如实时流量、路由、云服务等;车与基础实施互联(V2I):如交通信号灯控制。

目前自动驾驶技术发展尚处在第三个阶段,即自动驾驶辅助阶段,距离第四阶段,即完全无人自主驾驶阶段预计还有10年左右的时间,无人自主驾驶需要依托人工智能技术和低时延高可靠移动通信技术作为基础,LTE V2X未来将在5G的Rel15和Rel16标准中继续演进,引入低时延高可靠(uRLLC)技术特性,实现端到端时延小于5ms,传输可靠度不小于99.999%,满足无人自主驾驶控制的低时延高可靠的无线传输需求。

5、远程医疗、远程手术成5G技术典型应用

在远程医疗、远程手术是上面介绍的5G移动通信技术三大应用场景中的“增强移动宽带eMBB”和“低时延高可靠(uRLLC)”两种场景的典型应用,可为现场用户提供100Mbps~1Gbps的宽带传输、1~5ms的端到端低时延传输服务。利用5G网络增强移动宽带技术,现场的医护人员可以将高清摄像头和各类传感器的信息实时传送回后方医院,医院可以利用虚拟现实技术(VR)对回传的各类大容量信息进行融合后呈现给医院专家系统,专家系统会诊的信息再通过5G网络发送给现场医护人员。通过增强现实技术(AR),将专家会诊信息实时呈现在AR眼镜或诊断仪器上,可有效缩短诊断时间,提高诊断准确率。未来的6G移动通信技术将进一步构建低时延的广域确定性网络,即“触觉网络”,可用于支撑远程控制机器人进行远程手术治疗。

5、5G产业发展短板:中国基础电子能力弱

全世界5G移动通信领域发展目前可以分为三个梯队,中国、韩国、美国和日本是第一梯队,英国、法国和德国是第二梯队,新加坡、俄罗斯和加拿大是第三梯队。中国在IMT-2020 5G推进组的推动下,顺利完成了关键技术验证、技术方案验证和系统验证三个阶段的技术试验,并且开展了5G产品产品研发试验。通过一系列积极的投资和频谱分配举措,中国目前已经成为5G技术的领导者。根据外媒的统计,中国目前5G基站的数量是美国的10倍,并且向海外出口了大量的5G基站,包括为欧洲提供国家级的5G网络建设服务。

但是也应该看到中国的基础电子能力依然是制约5G产业发展的短板,正如华为总裁任正非先生所说的,尽管华为有了自己设计的海思处理器和鸿蒙操作系统,但是目前的华为公司仍然像一架只保护了发动机和油箱的战斗机。

6、美国部分5G技术落后中国,或发展6G移动通信跨代超越

分析美国对华为和中兴的禁令对5G技术的发展的影响,前面提到,由于频谱使用的问题和美国政府优先发展5G毫米波频段技术的战略误判,导致美国在Sub-6GH频段的5G技术和产业落后于中国。

相对28GHz的毫米波技术体制,中国企业主导的Sub-6GHz的技术体制更容易部署在现有的移动通信基础设施上,而且由于频段更低,其服务覆盖能力是毫米波技术的5倍,因此更加容易被世界上大部分国家接受。这样一来,未来5G的生态系统会嵌入很多中国企业的技术和产品,美国据此认为这将对美国在全球的政治、经济、军事活动构成严重的网络安全威胁,因此,美国政府在打压中国5G产业方面展现出了前所未有的战略决心。

尽管美国国内也有声音建议重视Sub-6GHz频段5G技术和基础设施的发展,但目前看来美国似乎不愿意走中国5G技术发展的道路,可能会选择沿着毫米波的道路继续走下去,同时试图利用自己在航天、人工智能和毫米波领域的技术优势,直接发展天地一体的6G移动通信,实现跨代超越,例如最近的美国FCC批准的“Starlink”太空互联网计划。

(作者:通信专家仰望恒星,百度《洞察》独家发布,转载请注明作者及来源)
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