中國5G牌照發(fā)放，此時解讀美國國防部國防創(chuàng)新委員會今年4月3日發(fā)布的《5G生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》報告尤有深意
【編者按】
6月6日,，工業(yè)和信息化部向四家運營商發(fā)放了5G商用牌照,，這4家運營商分別為中國移動、中國聯(lián)通,、中國電信和中國廣電,。至此，中國正式進入5G時代,。中國也成為全球最早發(fā)放5G牌照的國家之一,。
中國預計在2020年正式商用5G，此前業(yè)內一個普遍的預測是,，中國5G牌照發(fā)放的具體日期很有可能是今年下半年或年底,，5G牌照此時發(fā)放，加快了電信運營商建設5G網絡的腳步,，與之配套的5G終端,、應用和生態(tài)鏈建設也將進一步提前。
中美貿易談判的膠著期,，5G牌照此時發(fā)放,，意義重大。
今年4月3日,，美國國防部國防創(chuàng)新委員會發(fā)布了《5G生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》（《THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD》）報告（以下簡稱報告）,，該報告重點分析了5G發(fā)展歷程、目前全球競爭態(tài)勢以及中國5G技術對美國的影響與挑戰(zhàn),，此時重溫十分有必要,。
在這份報告中，美國國防部國防創(chuàng)新委員會認為,，中國計劃部署第一個廣泛使用的5G網絡,，其首批Sub-6（中低頻段）網絡服務將于2020年投入使用。先發(fā)優(yōu)勢可能會推動智能手機和電信設備供應商以及國內半導體和系統(tǒng)供應商的市場大幅增長,。因此,，中國的互聯(lián)網公司將為其國內市場開發(fā)基于5G速度和低延遲性能的服務和應用程序。隨著5G在全球以類似的頻段部署,，中國的智能手機和互聯(lián)網應用及服務很可能占據主導地位,，即便它們被美國市場排除在外。中國在5G領域的發(fā)展,，將重現(xiàn)美國在4G領域的輝煌,。
以下為《5G生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》部分內容節(jié)選（發(fā)布機構：美國國防部創(chuàng)新委員會,，翻譯：中國信通院5G創(chuàng)新研究中心）
代系更迭的先發(fā)優(yōu)勢
在5G之前的幾代更迭過渡中，對領導者國家產生了巨大的商業(yè)價值,、市場競爭和安全影響,。以德國為首的歐洲為例，在2G時代獲得了第一個競爭優(yōu)勢,，諾基亞和愛立信等公司可以更早地推出更先進的設備,，并在2000至2010年已經開始向3G轉型，而當時的美國仍在推行2G,。在這一時期歐洲無線技術產業(yè)蓬勃發(fā)展,，而美國公司則在努力跟上發(fā)展步伐。在3G轉型期間,，歐洲失去了這一優(yōu)勢,，因為當時的監(jiān)管部門要求對3G頻譜資源進行拍賣，而不是把現(xiàn)有的2G頻譜進行重新規(guī)劃調整,，因此貽誤先機,。日本在3G方面處于領先地位，雖然美國最終趕上了日本,，但卻花了數年時間,。隨著日本加快推進3G，美國企業(yè)付出了巨大代價,。在這一轉型過程中,，美國失去了數千個工作崗位和可觀的收入。在此期間,，多家無線技術公司倒閉或被收購到外國公司中,。
美國在4G和4G LTE的發(fā)展中吸取了教訓。盡管3G的實施進度很慢,，但后來的幾年內,，美國加大3G投資建設力度，最終使其在4G到來時全面占據先機,。此外,，F(xiàn)FC還開放了更多頻段的許可，并制定了相關規(guī)定,，以促進4G網絡的快速擴張,。起初，日本緊跟其后,，但日本相關產業(yè)界未能迅速開發(fā)形成成熟的4G生態(tài)系統(tǒng)，因此,，美國在4G智能設備市場上處于領先地位,，并最終在全球取代了日本的操作系統(tǒng)。
在2010年初，AT&T和Verizon利用2008年拍賣贏來的700MHz頻段,，迅速在美國各地部署LTE網絡,。美國成為繼芬蘭之后第一個全面鋪開LTE網絡的國家，LTE的網絡性能大約是現(xiàn)有3G網絡的10倍,。這種性能上的革新推動了4G手機的迅速普及,，采用新SOC的手機不僅可以傳輸更多的數據，而且計算速度也快得多,。蘋果,、谷歌、Facebook,、亞馬遜,、Netflix等美國公司以及無數其他公司，都利用LTE網絡帶來的大帶寬和新手機功能,，研發(fā)了新的應用程序和服務,。隨著LTE技術在其他國家的推廣，4G手機和4G應用程序服務也傳遍了全球,，推動美國在全球無線和互聯(lián)網服務領域占據主導地位,。
美國從這一領先優(yōu)勢中受益匪淺。ReconAnalytics在2018年4月發(fā)布的一份報告中估計,，2011年至2014年間,，4G的引入為無線行業(yè)貢獻了70%的增長，不僅提高了GDP,，同時無線行業(yè)的就業(yè)崗位增加了80%以上,。通過引領4G的發(fā)展，美國建立了一個由網絡供應商,、設備制造商和應用程序開發(fā)商組成的全球生態(tài)系統(tǒng),，這種成熟的生態(tài)系統(tǒng)塑造了4G的未來，也為其他國家建設4G提供了寶貴經驗,。
領導者的優(yōu)勢在無線通信更新?lián)Q代中尤為明顯,，因為領導者可以對未來的產品設定基礎架構標準和規(guī)范。例如,，中國正在本土鋪設光纜,，并計劃為參與“一帶一路”的同盟國家鋪設光纜，同時還要在整個歐洲建設5G網絡,。此舉將讓中國有選擇的使用某些5G公司和產品投入到這項偉大工程中,。中國正在利用這個機會推廣Sub-6頻段的使用，這將影響整個5G產品市場的未來發(fā)展,。如果有企業(yè)想在中國或任何與中國合作建設5G的地方銷售5G產品,，那將必須按照中國的要求建造網絡,，并與中國企業(yè)合作。如此一來將增加了整個供應鏈中產品后門和漏洞的風險,。
升級5G將帶來與4G相比規(guī)模更大的潛在風險和回報,。5G時代的領導者將在未來10年間獲得數千億美元的收入，并在無線技術領域創(chuàng)造廣泛的就業(yè)機會,。5G也有可能給其他行業(yè)帶來革命性的變化：更快,、更大的數據吞吐量，自動駕駛等技術將獲得巨大發(fā)展,。5G還將通過增加多個設備之間的數據量和速度來增強物聯(lián)網,，甚至取代許多家庭所依賴的固網寬帶。擁有5G的國家將擁有更多的創(chuàng)新,，并為世界其他地區(qū)設定標準,。這個國家目前不太可能是美國。
頻譜的使用和選擇
部署一個切實可行的5G網絡,，頻譜的選擇和可利用性是最重要的因素,，因為這將決定數據傳輸的速度、容量和延遲,。4G數據傳輸能力無法跟上當前的需求,，而5G的升級將通過部署使用毫米波、Sub-6頻段或兩者混用的方式組網,，來解決速度和衰減的問題,。下面將描述毫米波和Sub-6頻段的優(yōu)劣勢，以及它們在未來5G生態(tài)系統(tǒng)中的潛在應用和角色,。
毫米波
毫米波在30GHz到300GHz之間的高頻中工作,，毫米波之所以具有這么大的吸引力有很多原因。首先,，波長較短的毫米波會產生較窄的波束,，從而為數據傳輸提供更好的分辨率和安全性，且速度快,、數據量大,，時延小。其次,，有更多的毫米波帶寬可用,，不僅提高了數據傳輸速度，還避免了低頻段存在的擁堵（在研究毫米波頻率應用在5G之前,，該頻段的主要運用在雷達和衛(wèi)星業(yè)務）,。5G毫米波生態(tài)系統(tǒng)需要大規(guī)模的基礎建設，但可以獲得比4G LTE網絡高20倍的數據傳輸速度,。最后,，毫米波組件比低頻段的組件更小,，因此可以更緊湊地部署在無線設備上,。除了物理特性之外,，毫米波對美國5G開發(fā)商也極具吸引力，因為美國政府擁有大量的Sub-6頻譜資源,，尤其是在3～4GHz范圍,，這使得運營商很難在FCC拍賣會上購買Sub-6牌照，甚至難以共享這一部分頻譜資源,。
毫米波擁有著諸多好處的同時也面臨著各種挑戰(zhàn),。雖然短波長和窄光束的特性可以提高分辨率和傳輸安全性，但這也限制了傳播距離,。因為毫米波網絡需要遍布在基站覆蓋的整個區(qū)域中并保持不間斷的連接,，這樣就會產生很高的基礎建設的成本。毫米波很容易被墻壁,，樹葉和人體本身等障礙物阻擋,，這進一步加劇了這一挑戰(zhàn)。毫米波在特定情況下可以覆蓋較寬的范圍,，例如在樹頂上方有平坦反射窗的大型建筑物中,，但是在美國很少有這樣的環(huán)境。
美國已經開始展開毫米波和Sub-6基站建設的有效性研究了,。MoffettNathanson LLC最近對Verizon在薩克拉門托5G毫米波工作進行了分析,，經過6個月的市場實踐后，發(fā)現(xiàn)Verizon的150個固定無線寬帶(FWBB)基站只能向測試地區(qū)約6%的用戶提供服務,。Verizon一直將薩克拉門托用戶特別密集的地區(qū)作為最佳測試環(huán)境,，并專注于開發(fā)固定無線網絡，這比部署移動網絡的毫米波挑戰(zhàn)更小,。然而,，即使在這些優(yōu)質的環(huán)境中，提高這個解決方案的可行性仍需要大量的基礎建設和時間成本,。
谷歌也對國防創(chuàng)新委員會進行了初步的研究,，以確定毫米波部署所需的大致資金成本和基站數量，使用28GHz頻段中的425 MHz的頻譜資源(目前美國5G試驗的毫米波配置標準),，相比使用3.4GHz頻段中的250 MHz的頻譜資源(Sub-6,，中國5G試驗和部署的標準)，兩者都部署在現(xiàn)有的72,735個宏蜂窩塔和屋頂上（最簡單的部署選擇),，毫米波的部署以每秒100Mbps的速度覆蓋11.6%的人口,，以每秒1Gbps的速度蓋率3.9%的人口。在中國Sub-6標準中,，相同的基站以每秒100Mbps的速度覆蓋57.4%的人口,，以每秒1Gbps的速度覆蓋21.2%的人口,。該研究使用了包括樹葉結構陰影的高分辨率地理空間數據，但沒有考慮到人體或車輛的陰影,，存在于部署環(huán)境中,，并且會進一步破壞毫米波的網絡連接。
由于電線桿的易用性和豐富性,，大多數運營商正考慮在電線桿上部署毫米波5G站點,。利用美國的電線桿數據庫的研究表明，28GHz的毫米波基站需要大約在電線桿上安裝1300萬個,，將花費4000億美元,，如此才能保證28GHz頻段下以每秒100 Mbps速度達到72%的覆蓋率、每秒1Gbps的速度達到大約55%的覆蓋率,。下面的圖1和圖2顯示了28 GHz （毫米波）和3.4 GHz （Sub-6）在洛杉磯相對平坦的地區(qū)相同極點高度上部署的傳播差異（藍色表示100MBps的速度,，紅色表示1GBps的速度）：
目前正在努力減輕這些物理層面的挑戰(zhàn)，如大規(guī)模MIMO和波束賦型,。大規(guī)模MIMO是一種天線陣列,，它將極大地擴展設備連接數和數據吞吐量，并將使基站能夠容納更多用戶的信號,，并顯著提高網絡的容量(假設存在多個用戶射頻路徑),。波束賦型是一種識別特定用戶的技術，該技術可以最有效的把數據傳遞給特定用戶并減少附近用戶的干擾,。雖然這些技術可以改善毫米波的傳播效率,，但是在更大范圍內保持連接穩(wěn)定仍然存在挑戰(zhàn)。在將毫米波作為一種更通用的無線網絡解決方案部署之前,，還需要投入大量的時間和研發(fā)成本來解決毫米波的傳播特性問題,。
Sub-6 GHz
Sub-6頻段包括低于6GHz的頻譜范圍。由于Sub-6波長較長,，穿透障礙物的能力更強,，可以提供比毫米波更寬更廣的區(qū)域覆蓋效果，連接中斷風險更低,，因此與毫米波相比而言,，Sub-6需要更少的資金投入和基站基礎建設，再利用上現(xiàn)有的4G基礎設施,，這兩點使Sub-6成為潛在的5G標準,。考慮到“中國速度”,，加快Sub-6的推出時間顯得非常重要,。雖然毫米波最終可能部署在傳播速度和成本不受限制的特定環(huán)境中，但Sub-6可能是短期內讓5G覆蓋更廣泛的有效方案，進而將推動5G供應鏈的產品設計和制造,，Sub-6將有更多的設備提供支持,。
為了最大限度地發(fā)揮5G的潛力，需要數百兆赫茲的連續(xù)帶寬以優(yōu)化性能,，而Sub-6頻譜已經擠滿了現(xiàn)有的無線系統(tǒng),。在美國，5G的Sub-6技術可能會通過LTE頻譜部署到現(xiàn)有的宏基站中,，這將適度改善射頻系統(tǒng)性能,，但速度不會達到相同條件下LTE的10倍。LTE在速度上曾超過3G十倍,，5G未能實現(xiàn)同樣的突破，因此將削弱5G的Sub-6技術在美國部署的力度,。
在美國的另一個挑戰(zhàn)是,，政府擁有大部分的Sub-6頻段，并限制它們的商用,。想要允許Sub-6頻段的商用,，可以重新規(guī)劃政府的頻段或者共享這些頻段，但這兩個方式的時間都相對過長,。清除頻譜占用(將現(xiàn)有的用戶和系統(tǒng)遷移到頻譜的其他部分),，然后通過拍賣、直接分配或其他方法將其釋放到民用部門所花費的平均時間通常在10年以上,。共享頻譜是一個稍微快一點的過程,，因為它不需要對現(xiàn)有的用戶進行徹底的改革，但即使是這樣,，也要花費5年以上的時間,。
國防部內部也有合理擔憂，共享Sub-6頻譜中將產生頻譜優(yōu)化到安全漏洞等一系列問題,。如果國防部的操作員被迫共享他們的頻譜波段,，有人擔心這可能會降低國防系統(tǒng)的性能，并且商業(yè)用戶的增加還會使Sub-6頻段產生擁塞,，增加國防部系統(tǒng)設備連接中斷的風險,。頻譜共享是有成功先例的——2010年，F(xiàn)CC向商用部門開放了3550-3700MHz帶寬(稱為公民寬帶無線電服務,，簡稱CBRS),。然而，這一進程花了五年多的時間,，在目前的競爭環(huán)境下是站不住腳的,。
鑒于毫米波和Sub-6的不同優(yōu)劣勢，未來5G可能會采用兩者共用的組合,。網絡覆蓋的很大一部分會利用Sub-6進行廣域覆蓋,，毫米波可能最終能夠在特定的場景中提供更精細的覆蓋,，并且由于毫米波更難攔截，在某些場地中具有一些獨特的軍事優(yōu)勢,。這將需要在毫米波頻譜中針對其傳播特性,，開展進一步的研究和測試，從而降低毫米波部署所需的支出,。在短時間內,，3GHz和4GHz頻段可能會成為驅動5G基礎設施和設備部署的全球頻段。在目前5G發(fā)展和頻譜使用的狀況下,，美國不太可能使用Sub-6技術,，更不用說像10年前4G時代那樣在頻譜部署方面領先于世界其他國家了。
5G相比第四代(4G和4G LTE)網絡在數據傳輸速度,、容量和延遲(數據傳輸延遲)方面都有較大的飛躍,。5G所帶來一系列新技術，將會在從無人駕駛汽車到智能城市,、從虛擬現(xiàn)實到作戰(zhàn)網絡等各領域重新建立公眾及個人的業(yè)務標準,。
無線時代的歷史變遷表明，該領域內先行者國家將獲得數十億美元的收益,，同時還將創(chuàng)造大量就業(yè)崗位,，并在技術創(chuàng)新方面處于領先地位。
同時先行者國家還會制定標準和規(guī)范,，其他國家將不得不采用這些標準和規(guī)范,。相反地，在以前的無線迭代轉變中落后的國家因為不得不采用領先國家的標準,、技術和架構,，從而喪失了新一代無線技術的開發(fā)能力和市場潛力。
中國5G情況
中國通過一系列積極的投資和頻譜分配舉措,，在5G發(fā)展方面處于領先地位,。除了在五年內為5G部署投入180億美元的資本支出外，中國還向三大運營商分配了200 MHz的中頻頻譜,，并正在考慮重新分配500 MHz的C頻段頻譜,。
在國內，中國的5G部署正在通過其主要的電信公司（中國移動,，中國聯(lián)通和中國電信）實施,。這三家公司主要致力于在中國開發(fā)獨立的5G網絡，并計劃在2019年部署預商用應用,，并在2020年正式商業(yè)應用,。中國目前已部署約35萬個5G可操作基站，幾乎是美國部署的10倍。在全球范圍內,，中國的大型制造商（華為和中興）正在通過銷售主要用于非獨立網絡的5G支持設備和裝置來推動5G部署,，華為已經向海外運送了超過10,000個基站。
在海外,，中國一直在與國家和外國公司保持合作,，以擴大其5G的影響力。在歐洲,，盡管美國官員要求盟友阻止中國公司,，華為和中興仍然正在為個別國家的5G網絡提供建設的服務，并簽署了多項5G合同,。
此外,，中國在“一帶一路”計劃中投入了大量時間和資源，包括推動中國建設的網絡基礎設施,，以提供跨越整個路線的連通性,。這一策略已經取得了一些成功：在2018年第三季度，華為在全球通信設備市場占有28％的份額,，比2015年上升了4個百分點。隨著更多地區(qū)的5G網絡依賴中國通信設備推出,，預計華為的市場份額將繼續(xù)增長,。這些努力將使中國能夠推廣其首選的5G網絡標準和規(guī)范，并將在未來主導全球的5G產品市場,。
總體而言,，這些方法使得中國在5G的技術和能力方面具有競爭優(yōu)勢。中國的5G戰(zhàn)略應該是從中國共產黨的大戰(zhàn)略出發(fā)的,。與人工智能（AI）一樣,，5G開發(fā)是習近平主席“中國夢”愿景和“中國制造2025”路線圖的重要組成部分。
社會穩(wěn)定和經濟增長是中國的首要任務,，因為這兩個領域的失敗直接威脅到現(xiàn)有政權的穩(wěn)定,，而5G有可能減少中國對外國投資的依賴，將中國從資本和勞動密集型制造業(yè)經濟轉變?yōu)閯?chuàng)新型和消費驅動型經濟,。鑒于中國經濟增長放緩以及與美國的持續(xù)貿易戰(zhàn),，中國可能會要求更積極地推行像5G這樣的技術革新計劃來緩解受到的壓力。
世界其他地區(qū)（非美國）
雖然中國,，韓國,，美國和日本在該領域處于領先地位，但世界其他地區(qū)仍在追趕5G部署,。英國,，德國和法國可以被視為“第二梯隊”5G發(fā)展領域的國家，而新加坡，俄羅斯和加拿大則構成“第三梯隊”,，而世界其他地區(qū)也是如此,。這些國家開始計劃在不同的時間線和頻譜范圍上拍賣頻譜帶寬，但許多國家缺乏任何正式的政策或戰(zhàn)略來實現(xiàn)5G,，并且大多數國家預計在2020年之后實現(xiàn)5G的商用,，晚于其他國家的2020年時間框架。
盡管歐洲已經將收費引入2G,，但由于法規(guī)限制其無法快速的提供頻譜帶寬,，歐洲在3G，4G和現(xiàn)在的5G方面仍然落后,。亞洲其他地區(qū)在5G方面取得了一些進展,，但很少有國家投入與中國、日本和韓國相同的時間和資源,。俄羅斯于2017年發(fā)布了“俄羅斯聯(lián)邦數字經濟”,，其中包括5G規(guī)劃圖，但尚未制定任何明確的頻譜規(guī)劃或為該規(guī)劃圖投入大量資源,。俄羅斯利用2018年的FIFA世界杯開展了一些5G努力,，但仍然高度依賴外國的5G的技術和合作伙伴關系來推動其5G的發(fā)展。
鑒于第一梯隊與其他國家之間的5G進步差距,，世界其他地區(qū)可能會被動采用第一梯隊任何國家領先的5G的網絡設計和基礎設施,。中國是目前的領導者，美國的盟國在如何應對中國制定5G標準的行動方面采取了不同的立場,。
由于擔心安全問題,，一些國家對中國的影響力持警惕的態(tài)度，并積極阻止中國的5G推廣,。例如,，12月，捷克共和國網絡安全機構（NUKIB）發(fā)布官方警告,，稱華為和其他中國公司構成國家安全風險,，引用中國現(xiàn)行法規(guī)（2017年6月27日頒布的國家情報法），要求中國公司積極配合其國家情報部門的合作,。這推動了捷克公共和私營部門的安全審查,，有效地阻止了華為5G產品進入該國。澳大利亞和波蘭也對中國采取強硬立場,，美國一直在向其他盟國施壓,，要求其效仿捷克。
然而,，考慮到中國5G產品的價格和質量,，其他國家對將中國趕出本國5G市場的熱情并不高,。德國拒絕禁止華為，盡管美國威脅要切斷情報共享,，英國似乎也可能采取同樣的做法,。德國和英國都駁斥了美國的說法，即華為和其他中國通信信公司對國家安全構成不可接受的風險,，稱它們的安全機構可以采取措施限制網絡中的漏洞,。印度和意大利也表示，它們不愿將華為的產品排除在5G產品之外,。最近幾個月,，新西蘭放松了最初對中國的強硬立場。
未來幾個月,，歐洲將繼續(xù)成為5G未來的戰(zhàn)場,，因為歐洲是華為最大的市場之一，也是美國盟友的主要所在地,。這場斗爭還表明了世界其他地區(qū)對于5G態(tài)度的一個趨勢——特別是對成本更敏感的發(fā)展中國家將發(fā)現(xiàn)中國5G的價格點難以拒絕,，特別是基礎設施以及“一帶一路”倡議等項目融資激勵措施使報價非常可觀時,。
DOD為United States Department of Defense的簡稱,，《5G生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》報告全文。