2019年6月6日，中國5G商用牌照正式發(fā)放。近來一段時間，5G技術(shù)引來全民討論和追逐，也引來大國戰(zhàn)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(shù)誕生背景、5G商業(yè)應用和國家戰(zhàn)略角度解讀當下關(guān)于5G的熱點話題。
他認為，技術(shù)需求和國家戰(zhàn)略一同加速了5G技術(shù)的發(fā)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(shù)將連接物理世界與虛擬世界，成為自動駕駛技術(shù)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(yī)療中，5G技術(shù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板，美國政府在打壓中國5G產(chǎn)業(yè)方面展現(xiàn)出了前所未有的戰(zhàn)略決心，美國或許跨過5G，直接發(fā)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(shù)，國家戰(zhàn)略加速5G落地
5G技術(shù)的相關(guān)原理論文發(fā)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(tǒng)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(shù)(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(shù)字移動通信技術(shù)(GSM/CDMA 1X) 使得語音和短消息通信服務的質(zhì)量得到了很大的提升,成熟的標準協(xié)議和完善的基礎設施使得人們可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)漫游通信。3G移動通信技術(shù)(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDAM)提供數(shù)字語音和寬帶數(shù)據(jù)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(shù)（TD/FDD-LTE）實現(xiàn)了IP互聯(lián)網(wǎng)從固定網(wǎng)絡向移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，大數(shù)據(jù)云計算開始改變?nèi)藗兊纳钯|(zhì)量；在5G移動通信技術(shù)以前，每一代的移動通信技術(shù)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(shù)和信息技術(shù)的進一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、智能設備、智能交通、遠程醫(yī)療、工業(yè)控制等各種應用對移動通信要求日益增加，萬物互聯(lián)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(lián)和低時延高可靠三種典型應用場景，5G移動通信技術(shù)不僅面向消費，而且將于實體經(jīng)濟深度融合，將給人們的生活模式、社會治理和生產(chǎn)組織模式帶來巨大的改變。
二是技術(shù)特別是微電子技術(shù)的進步，5G移動通信主要的創(chuàng)新是在網(wǎng)絡架構(gòu)和網(wǎng)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(wǎng)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(chuàng)新，例如5G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，低密度校驗信道編碼技術(shù)（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(fā)現(xiàn)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(shù)是否被新一代的移動通信體制采納，首先取決于該技術(shù)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(yè)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(jīng)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(xiàn)。
三是國家戰(zhàn)略方面的需求加速了5G產(chǎn)業(yè)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(guī)劃，用于5G移動通信技術(shù)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(yōu)先發(fā)展5G毫米波頻段技術(shù)的戰(zhàn)略誤判，導致美國在Sub-6GHz頻段的5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)落后于中國，而中國的5G技術(shù)試驗和產(chǎn)品試驗則進展順利，如果中國企業(yè)主導的Sub 6GH頻段的5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)獲得多數(shù)國家的認可，將對美國及其盟國在前面30年構(gòu)建起來的移動通信生態(tài)圈構(gòu)成嚴重的挑戰(zhàn)，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(fā)放了5G商用牌照，支持國內(nèi)相關(guān)企業(yè)搶占5G技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)指標包括：峰值數(shù)據(jù)速率達到20Gbit/s、用戶體驗的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡給許多行業(yè)帶來廣闊的想象空間。
在消費類行業(yè)，5G將推動4K/8K視頻，5G+3D等沉浸式交互業(yè)務的發(fā)展，重新定義娛樂、生活和學習模式。人們將能通過VR、AR技術(shù)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(xiàn)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(chǎn)組織領域，高帶寬低時延的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡將進一步推動混合現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計、制造、檢測領域的應用，顛覆傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式。設計師可以在企業(yè)云平臺上設計產(chǎn)品模型，并且通過5G寬帶低時延網(wǎng)絡將虛擬模型與現(xiàn)實環(huán)境或物理設備進行連接，進行工作參數(shù)傳遞反饋以及與現(xiàn)實物理設備進行控制交互，從而不斷迭代改進產(chǎn)品設計，而不需要像現(xiàn)在這樣反復試制樣品進行試驗。5G也將給遠程醫(yī)療診斷、遠程手術(shù)提供高帶寬和低時延的基礎支撐網(wǎng)絡平臺，病人通過VR技術(shù)連接到醫(yī)院云平臺的專家系統(tǒng)，將獲得更好更精確的診斷服務，可以解決現(xiàn)在醫(yī)院人滿為患的局面。
在社會治理領域，借助5G寬帶技術(shù)可將高清攝像數(shù)據(jù)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(fā)揮圖像識別、人臉識別等安防技術(shù)的優(yōu)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(lián)走向物聯(lián)網(wǎng)，5G鏈接物理世界與虛擬世界
從移動互聯(lián)走向物聯(lián)網(wǎng)（Interne of Things）是5G網(wǎng)絡區(qū)別與4G以及前幾代網(wǎng)絡的最大特征，萬物互聯(lián)的5G網(wǎng)絡將現(xiàn)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(shù)量將達到1000億，其中90%是物體之間的連接。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)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(yè)務例如視頻監(jiān)控、人臉識別、工業(yè)機器控制等業(yè)務；第二類業(yè)務是對移動性、帶寬有一定的要求消費類的業(yè)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(yè)務，例如智能抄表、智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、資產(chǎn)管理等業(yè)務。
首先，5G移動通信通過系統(tǒng)更大的帶寬，以及引入新型的非正交多址接入技術(shù)，網(wǎng)絡的連接密度相對于4G網(wǎng)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(wǎng)協(xié)同資源調(diào)度，在同一網(wǎng)絡基礎設施上構(gòu)建多個高度隔離端到端邏輯子網(wǎng)，即“網(wǎng)絡切片”，可以滿足上述三大類物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務對網(wǎng)絡需求差異。最后，5G引入了移動邊緣計算（MEC）的技術(shù)，邊緣計算是一種在物理上靠近數(shù)據(jù)生成的位置處理數(shù)據(jù)的方法，通過將計算存儲服務部署在更加靠近用戶基站側(cè)，有效的解決了海量物聯(lián)業(yè)務給網(wǎng)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(shù)的重要支撐
自動駕駛技術(shù)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(shù)是自動駕駛技術(shù)的一個重要的技術(shù)支撐，3GPP RAN 從2015年6月開始啟動了車聯(lián)網(wǎng)（V2X）空口規(guī)范的制定工作。車聯(lián)網(wǎng)包括車與車互聯(lián)（V2V）：如防撞車安全系統(tǒng)；車與行人互聯(lián)（V2P）：面向行人和自行車的安全告警；車與網(wǎng)絡互聯(lián)（V2N）：如實時流量、路由、云服務等；車與基礎實施互聯(lián)（V2I）：如交通信號燈控制。
目前自動駕駛技術(shù)發(fā)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(shù)和低時延高可靠移動通信技術(shù)作為基礎，LTE V2X未來將在5G的Rel15和Rel16標準中繼續(xù)演進，引入低時延高可靠（uRLLC）技術(shù)特性，實現(xiàn)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(yī)療、遠程手術(shù)成5G技術(shù)典型應用
在遠程醫(yī)療、遠程手術(shù)是上面介紹的5G移動通信技術(shù)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(xiàn)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(wǎng)絡增強移動寬帶技術(shù)，現(xiàn)場的醫(yī)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(yī)院，醫(yī)院可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）對回傳的各類大容量信息進行融合后呈現(xiàn)給醫(yī)院專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)會診的信息再通過5G網(wǎng)絡發(fā)送給現(xiàn)場醫(yī)護人員。通過增強現(xiàn)實技術(shù)（AR），將專家會診信息實時呈現(xiàn)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(shù)將進一步構(gòu)建低時延的廣域確定性網(wǎng)絡，即“觸覺網(wǎng)絡”，可用于支撐遠程控制機器人進行遠程手術(shù)治療。
5、5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板：中國基礎電子能力弱
全世界5G移動通信領域發(fā)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(guān)鍵技術(shù)驗證、技術(shù)方案驗證和系統(tǒng)驗證三個階段的技術(shù)試驗，并且開展了5G產(chǎn)品產(chǎn)品研發(fā)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(jīng)成為5G技術(shù)的領導者。根據(jù)外媒的統(tǒng)計，中國目前5G基站的數(shù)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(wǎng)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(chǎn)業(yè)發(fā)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(tǒng)，但是目前的華為公司仍然像一架只保護了發(fā)動機和油箱的戰(zhàn)斗機。
6、美國部分5G技術(shù)落后中國，或發(fā)展6G移動通信跨代超越
分析美國對華為和中興的禁令對5G技術(shù)的發(fā)展的影響，前面提到，由于頻譜使用的問題和美國政府優(yōu)先發(fā)展5G毫米波頻段技術(shù)的戰(zhàn)略誤判，導致美國在Sub-6GH頻段的5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)落后于中國。
相對28GHz的毫米波技術(shù)體制，中國企業(yè)主導的Sub-6GHz的技術(shù)體制更容易部署在現(xiàn)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(shù)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(tài)系統(tǒng)會嵌入很多中國企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品，美國據(jù)此認為這將對美國在全球的政治、經(jīng)濟、軍事活動構(gòu)成嚴重的網(wǎng)絡安全威脅，因此，美國政府在打壓中國5G產(chǎn)業(yè)方面展現(xiàn)出了前所未有的戰(zhàn)略決心。
盡管美國國內(nèi)也有聲音建議重視Sub-6GHz頻段5G技術(shù)和基礎設施的發(fā)展，但目前看來美國似乎不愿意走中國5G技術(shù)發(fā)展的道路，可能會選擇沿著毫米波的道路繼續(xù)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(shù)優(yōu)勢，直接發(fā)展天地一體的6G移動通信，實現(xiàn)跨代超越，例如最近的美國FCC批準的“Starlink”太空互聯(lián)網(wǎng)計劃。
（作者：通信專家仰望恒星，百度《洞察》獨家發(fā)布，轉(zhuǎn)載請注明作者及來源）
