挑战霸权:解读中美 5G 频率之争

2019-08-23 13:59:53 来源: 知识分子
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5G   网络

中国的5G来了。
 
6月6日,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放5G商用牌照 [1]。随后,除中国广电外的各家电信运营商纷纷推出各自的5G免费体验活动[2]。8月16日,华为正式发售首款商用的5G手机 [3]。对于生活在首批5G网络覆盖城市的人们来说,5G不再是只存在于新闻中的概念,而是即将可以通过手机在指尖体验的新时尚。
 
随着网络速率的提高,除了体育赛事直播、高清视频将不再卡顿,网络游戏更加流畅,文件下载几乎在瞬间完成,5G还将给我们的生活带来什么样的改变?是车联网的突飞猛进,还是物联网的革命性发展?


有评论认为,掌握5G技术,意味着引领下一次的信息技术革命。作为新一代的通信技术,5G技术受到各国的密切关注,是中美科技竞争的一个重要领域。
 
8月13日上午,《知识分子》在北京邮电大学老校区采访了在通信领域研究多年的舒华英教授。舒华英1969年毕业于北京邮电大学无线电通信工程系,在高校和企业工作过多年,曾三次兼任工业和信息化部信息通信经济专家委员会委员,有着丰富的研究和业界经验,现任教于北京邮电大学经济管理学院服务管理科学研究所。


访谈中,74岁的舒华英谈到了当前的5G标准之争,并分析了中美科技脱钩的问题。当被问到5G会对社会带来怎样的影响时,舒华英表示5G的到来意味着未来的社会规则将发生巨大的改变。

对于中美科技可能脱钩的讨论,舒华英认为,基于现在双方的依赖和依存度,短期内不会发生硬脱钩的情况,但某些领域会受到很多限制。

最后,舒华英指出,虽然中国的经费投入仅次于美国,但真正使用在科研上的并不多,需要给科研人员更多的自由和良好的环境,才能提高科研投入产出的效率。
 
为了行文的简洁,《知识分子》对访谈进行了编辑与整理。

 


 
北京邮电大学教授舒华英在高校和企业工作过多年,曾三次兼任工业和信息化部信息通信经济专家委员会委员,有着丰富的研究和业界经验。图片:夏志坚


5G频率之争

《知识分子》:5G目前在世界上主要有两个技术方向,一种是高频毫米波,一种是6GHz以下。目前,美国主要采用的是毫米波技术,而中国商用的波段为6GHz以下。为什么国内的通信企业选择了和美国不同的技术方向?
 
舒华英:美国对中国的5G,包括对华为提出这些标准不满意,其中一个原因就是频谱的问题。中国的频谱标准是在6GHz以下,而2GHz-6GHz这个频率之前已经被美国的一些政府部门、部队使用了,所以美国民用就采用了高频段的28GHz到60GHz,这是典型的毫米波,比我们通常所说的微波波长还短。
 
波段的频率越高,实施组网和终端所带来的技术的难度就越高,这几乎是非线性的上升。比方说,在我的办公室放置一块白板,白板前后的电场强度、信号的强弱就完全不一样,差异这么大。下雨、刮风、沙尘、树叶,对于整个信号的传输的衰落,影响巨大。所以5G将来的覆盖是一个问题,4G时代,网络覆盖在大城市、楼宇中已经很困难,到5G时代,覆盖就更困难了。
 
美国用的频率是我们的十倍,最低28GHz,而中国大概在3GHz到4GHz,因此美国5G实现难度就比中国的难。

 

前一段网上也有说未来的5G可能是两套系统。以美国的为首的这一套系统,从频率的角度来讲就是28GHz到60GHz这一套系统;还有一套系统,就是现在目前中国、欧洲大部分国家和国际电联主推的6GHz中频段。

 

从目前发展趋势来看,5G未来很可能出现两套系统,这种可能性非常大。中美之间的贸易摩擦不是简单的贸易摩擦了,它已经进入了全面的金融、科技、经济各个方面的摩擦。所以在这种情况下出现两套系统也是很正常的。

 

原来国际电联的想法是全球最好能用一套5G系统最好,这样对整个全球来讲资源都不浪费,比如网间的互联等等,但事实上这是一种理想状态,不可能实现。

 

到目前为止,5G的标准并没有完全定型,有些细节的标准都还在继续讨论,原因就是5G的复杂程度更高。目前5G也都是在试商用,试商用过程当中还会有很多具体的问题会暴露出来,这些具体的问题的解决就可能对原来的标准做一些修订,或者做一些补充条款。

 

《知识分子》:所以美国没有采用国际电联推荐的标准而采用毫米波用于5G通信,是因为它的政府部门、军队之前已经使用了6GHz频段用于通信?
 
舒华英:美国的政府、智库、五角大楼现在对中频段的5G特别忌讳,特别反对,特别讨厌,其原因就在于这个频段和美国的军用、政府用的通信频段相重合。重合以后就涉及到一个问题,美国现在是世界警察,世界各地都有它的军事基地,派它的部队、特种部队去世界各地执行各种任务等等,它的驻外机构,各种各样的情报组织,或者其他组织,他们使用的设备绝大部分都是这个频段。

 

如果在这个频段上的5G网络和终端被世界各地的民众广泛使用的话,很显然会对美国原来使用这个频段的部门、部队或其他组织的设备有强烈的干扰,换句话说,它这些设备到了这些地方以后很可能就失灵,就这么简单。

 

《知识分子》:为什么会失灵?
 
舒华英:同一个频段上的同频干扰、谐波干扰,会使不同系统之间互相干扰,包括信号在发送、传输、接收、解码等过程当中都会形成干扰。
 
另外一个,大家都在(同样)频段上做的时候,在安全性上,就是说解密、泄密上可能都会存在问题。
 
美国政府部门多年以来用的都是中频段,它要改变频段的话,成本就非常大,而且不仅是成本非常大的问题,现在有很多系统一时半会儿还改不过来。
 
这就是一个频率之争的问题。采用3GHz到6GHz这个频段做5G,肯定是对它现在的这一套应用系统的挑战,或者广义上说是对美国世界范围内的霸权的极大挑战。至少可以说是从技术层面有意无意地挑战了它。
 
《知识分子》:中国或者欧洲没有选择更高频的波段,相比于美国,在传输速率上是否天花板更矮?
 
舒华英:首先频率越高的时候,设备制造、研发的技术难度会大大提高,另外对材料的要求也更高。例如对器件散热的要求、电池寿命的要求更高,达到同样的覆盖指标基站数目要更多。这样投入的各种成本都会更高,经济上的负担更重,更不容易推广。这是第一个问题。

 

第二个问题就是5G的带宽现在就是在2.8GHz,号称是可以一秒钟传输一个G的数据,也就是1000M的数据,现在像从2.8GHz到6GHz的载频,完全就可以解决这个问题。它不需要(那么高的载频)。

 

一个阶段有一个阶段的发展目标,如果不经济不合理的话,就很难推广。将来等技术成熟之后,你再用高频段也是未尝不可,而且那个时候更为经济合理。现在这个载频已经足够解决问题,所以就没必要(用更高频)。

 

毕竟,5G推广是一个商业行为,商业行为它是一定要注重成本效益问题。
 


5G改变规则

《知识分子》:5G在中国现在已经试商用了,也开始颁发牌照了,但到目前为止,普通人还没有看到什么实质性的变化。5G商业化以后,可能会是一个怎样的发展历程?
 
舒华英:我们说4G改变了人们的生活。现在你看,无论走到哪儿,甚至吃饭,人们几乎都会拿出自己的手机来看。我今天早上看一个很有名的学者悲哀地说,中国国内从小孩到青年学生,一直到成人,每天都捧着手机看,在飞机上、火车上、地铁上,在任何地方都是这样。没人看书了,都完全碎片化。很显然,这就是这些年移动通信、移动互联网起来了以后,对人们的习惯、生活,甚至于思维模式都有一个巨大的影响。这个可以说是大家都认可的:4G改变了人们的生活。
 
那5G呢?现在可以看得到的,5G将会改变规则。4G改变生活,5G改变规则。
 
《知识分子》:这个规则指的是?
 
舒华英:这个规则是一个非常宽泛的规则。
 
5G起来以后,加上人工智能,人们决策、思考和管理的规则都会产生改变。
 
现在对普通老百姓来讲,可能还没有完全体会到。大家可以设想一下,如果说现在大家认为都可以做到的,4G都可以做到的,5G的传输速率更高之后,我们的数据量、运算量以及处理问题和分析问题的能力,完全就和4G时代不在一个数量级上。
 
像现在我们出行,开车导航基本上觉得还挺满意。但是如果说真正的所谓无人驾驶起来的时候——自动驾驶和无人驾驶是两个概念,自动驾驶不一定是没有人,自动驾驶人在旁边可以不管,但是在紧急情况下可以干预,叫无人驾驶那彻底就是说这个车不要司机,那紧急情况下的预判、措施应对就对动态地图的要求非常高,要求地图要非常精确。

 

现在导航地图我们用的还是GPS的民用精度,基本上单点10米而将来可以做到厘米级的地图。但是做到厘米级地图的时候,你可以想象它的数据量和10米级地图的数据量差距有多大—— 一脚迈出去,已经跨了多少厘米?这个数据量和传输量是非常(大的),数据交换的速率要非常之快。
 
这里边就涉及到5G改变规则的问题。原来这都是我们自己决策,未来很多事情加上人工智能以后就不完全是自己决策,是智能辅助决策,或者说采用的决策方法就不一样。也就是说决策的规则发生了改变。
 
《知识分子》:可以举个具体的例子吗?
 
舒华英:大家都知道滴滴。滴滴研究院现在有一个很大的研究计划,准备在未来利用5G、人工智能、边缘计算和大数据做城市管理。

 

比如一个城市的交通管理,不会是像现在这样,完全是一个既定的决策模式,包括红绿灯的变化等等。到了那个时代,可以做到充分优化。当然这个难度非常之大,它里边肯定还有很多问题。因为每个人的运动是随机的,在城市中,车流的运动和人的运动,可以说是一个非常随机的随机系统,这个随机系统你用什么样的数学模型去描述它?原来是用经典的随机过程,这些随机过程都是简化的,而且有很多随机过程是无解的。很多这种数理方程,可以列出方程,但是求不出解来。

 

为了寻求解决方案就必须建立新的模型,借助于人工智能和边缘计算处理海量的大数据找到合理的次优解,以进一步提高城市管理水平。城市管理的决策规则就和原来的规则发生了重大变化。

 

随之而来的是这样一个大的变化:随时要取数据,随时要传递数据,数据处理的结论要直达到每一个使用这个系统或参与这个系统的人。可以设想通信的速度要求有多快。而这样的要求只有像5G这样的低延时、高速率、应用范围广的通信系统可以满足要求。也就是说5G提供了人们去改变规则的可能性。

 

《知识分子》:您刚才提到5G传输速率更快,它能够同时传输大量的数据。然而在实际应用中,传输速率只是一个方面,另外一个方面则是数据处理。在这样海量的数据面前,现在的计算能力能否跟得上?

 

舒华英:这是另一个问题了。现在人们说到5G的时候,不仅仅是5G的网络问题,它还涉及到人工智能、边缘计算、云计算的问题。这些问题是整个技术发展起来才能解决的问题。

 

现在的运算速度和20年以前简直不可同日而语了,包括现在我们随便拿个手机,已经至少做到四核了,相当于四个处理器同时在工作。微电子技术目前已经做到了几个纳米。我们国家现在在向7纳米进军,英特尔它们已经做到了5纳米,而且成品已经出来,现在进一步直接就进行光的处理。

 

原来运算能力很差的时候,都提倡瘦客户端。瘦客户端就是说终端很简单,不做任何处理,很多要处理的数据通过网络送到后台去处理,送到服务器上去处理,这叫瘦客户端。后来随着集成电路技术的进步,像我们的手机现在就成为胖客户端——胖客户端有很多东西在本地就处理了。这也是技术进步所带来的变化。

 

将来一定是随着集成电路微处理器性能和运算速度的提高,原来需要在后台处理的,现在都可以把它集成到客户端上。比如我们刚才说的无人驾驶汽车,很多路边的实时数据和各种传感器摄像头采集到这些数据,根据车行进的速度,自动地跟踪前面多少米进行预警的这种运算,大量地会放在车载终端上。

 

在这些技术进步的同时,庞大的数据量处理,还有一个数据处理的理论方法问题。例如在图像数据处理中很多数据是重复的。比如说在一个汽车移动的过程中,处理某一时刻的数据的时候,它并不是把现时刻所有的数据都完全重复处理一遍,而是仅仅找出新的变化量,这样就减少了数据的处理量。比如说地面上有一个障碍物,它是一个突变,但是这个障碍物的距离大概是20公分远,在从0开始到第20公分中间这个阶段,可以不计算的,对不对?所以借助于数学理论和模型可以把复杂问题给降阶处理,减少运算量。

 

数据处理问题一定是伴随着其他所有技术的进步而共同完成的,而不是说单一的(技术进步)。

 

《知识分子》:刚才您讲到数据集中处理,现实情况是,国内有很多不同的公共数据库,但不同的数据库建立的标准不同,对接困难,而且可能也没有这个意愿跟别人去对接。

 

舒华英:这一类问题的解决和实现,不光是一个技术问题。说的低层面的是管理问题,说得再比管理稍微高一点,就是体制问题。这里面涉及到信息化实现的时候,各个部门之间利益的重新分配问题。

 

由于技术的进步,网络的快速发展和进步,带来了社会资源的重新分配,人们的利益的重新分配,解决这些问题比解决技术问题更难。

 

为什么会产生信息孤岛?或者说是标准不一?这里边有一个技术演进的过程,同时也存在着一些管理、体制、部门之间的利益重新分配的问题,它不光单单是技术问题。

 

《知识分子》:所以您觉得在5G技术的发展过程当中,中国一些机构的管理同时也需要做一些改变?

 

舒华英:不仅需要做改进,而且需要做很大的调整和改造。

 

举一个简单例子,电子政务,或者现在更时髦点叫智慧化政府,很多法律、法规、规章、办事流程都在改,以适应现在老百姓的需求。按照现在最时髦的说法,就是要让老百姓感知到有幸福感,要有更多的获得感,要尽可能地使老百姓少跑路,网络数据多跑路。

 

老百姓知道的越来越多、越来越方便的时候,整个社会的民主化进程都会有很大的不同。

 

简单地说,原来不公开,办事人员手里都有点小权力,你想办一件事都很麻烦。现在都流程化了,人家都跟你不照面,该你处理的你必须要处理。

 

然后有很多事情不需要人工处理,大量的程式化处理的事情交给机器、系统自动处理,政府人员就可以大量减少或做其他更有意义的事,极个别的系统做不了的事交给人来做。你想一想,这不是规则的改变吗?不是社会的改变吗?

 

所以我们在理解5G的时候,不要单单地就5G而论5G,而是说5G所带来的整个信息网络技术、集成电路技术、云计算、大数据、人工智能等等这一系列技术发展进步的共同作用,带来社会的进化。它不可能是单独的5G技术在发展,它是一个带动的关系,大家共同发展。

 

现在是一个相互依存的时代

《知识分子》:中美贸易摩擦现在已经波及到了科技领域,如果中美科技脱钩,您认为在5G领域中国的软肋是什么,有没有什么应对策略?

 

舒华英:现在很多人在炒作这个事情,一个觉得说华为、国内一些科研机构什么都能做了,脱钩无所谓。另一种看法是说中国一定不能脱钩,要让步也不能脱钩,脱钩以后天都要塌下来了,中国就不行了。

 

我觉得这两种看法都有问题。我判定在目前的情况下,中美科技完全脱钩的可能性不大,因为走到这一步的时候,等于是切断了两国最后的这种联系,现在仅仅还是经济贸易摩擦问题,还没有到这种程度。中美两国在许多领域的相互依存度很高。

 

现在在美国各种研究机构、大学里具有中国血统的人员数量非常多。美国如果真正要采用1950年代的麦卡锡主义,那凡是有中国血统或者说第一代的华人都会被赶回来或者赶到其他地方去。真的要做到这一步,美国的发展也会受到一定的影响,而且在一些重要的研究机构,会受很大的影响,这是从美国的角度客观地来看。

 

在美国的留学生和研究人员出类拔萃的人中,华裔和中国人占的份额相当之大。首先是印度人他们在软件研究开发上具有优势,其次就是中国人,在理论研究硬件开发产品研发上具有优势。这些力量对美国的发展具有重大意义和作用。这是从美国的角度来说。

 

从中国的角度来讲,在现阶段,虽然中国有很多事可以自己做,也做得不错,但是不得不承认在很多领域,我们依然是落后的。所以如果我们采用强硬的方式去和美国脱钩,就是自己把自己的门关起来,根本就没有必要,而且损失也很大。世界已经是融合发展了,闭关锁国决不可取。

 

所以,从双方的意愿来讲,都没有做好完全硬脱钩的心理准备。无论美国它怎么嚷嚷,这些鹰派说要遏制中国,要采取措施,也是一个逐步的、渐进的过程。

 

基于现在双方之间的依赖和依存度,我认为短期内都不会发生硬脱钩这种情况,当然交流不会像以前那么频繁,有些领域会受到很多限制。

 

另外,世界发展到今天,美国所谓的跟中国完全硬脱钩,它不可能和欧洲,或者其它的这些国家脱钩,中国也不可能和其他这些国家全部都脱钩。世界把中国孤立,或着中国把世界孤立,这种可能性有吗?我觉得根本就没有。不会回到那种时代去。就是以前最严峻、最困难的时候还有香港这个口子,那个时候还有一定的交流。这是在技术层面。

 

在科学、基础理论层面就更难做到“硬脱钩”了,基础理论是封锁不住的,除非相关的杂志都不发表,把所有的公开信息全部干掉。只要有发表,就封锁不了。

 

中国在基础理论研究的某些方面做得不好,的的确确做得不好。所以为什么华为任正非在世界范围内去请这么多物理学家、化学家、数学家,他就是要从基础理论上来解决这些问题。华为最擅长的、中国最擅长的就是应用基础理论,把这些东西转化成为能够有用的产品。

 

从这点上来讲,也就是说万一走到硬脱钩那一步,其实也是刺激中国要做得更好。

 

就5G技术本身而言,现在硬脱钩了也不会有多大影响。因为你看现在从芯片,从关键的部件,再到所谓的操作系统,国内都能做。只不过就是说原来没有摩擦是速度更快一点,如果硬脱钩以后,速度稍微放慢一点而已,影响有但不是灭顶之灾的那种。

 

真正搞要出成果的研究,需要土壤、需要环境
《知识分子》:刚才您说到任正非说中国的基础科研做得不好,您也同意这个观点。从2013年开始,中国的研发投入其实一直仅次于美国。您觉得基础科研投入那么多经费,为什么还是没有做好?

 

舒华英:体制问题。这里边有很多是无效的投入,我的确是这个看法,很多投入是无效的。

 

我们现在的科研体制,对科研的这种考核,是错误的,包括对高校一些重大项目的投入,最后的考核指标都有问题,所以效率不高,有效度低。虽然看起来钱没有少投,但是真正用于科研上的是多少?这是一个方面。

 

还有一个方面,任何基础研究,它不是一天、两天临时抱佛脚所能够解决的,它一定是长期的积累过程,其中包括人才的积累,思想的开放和解放,适合人才去做研究的环境。

 

所以光看钱没用,钱只是一个方面。

 

真正搞要出成果的研究,它需要土壤、需要环境,不需要干扰,要给它自由,但在现在这种科研体制,比如说原来国家的一些863计划,五年的计划,第一年开始是立项,这个弄完了以后,财政拨款到第二年的年底才能给钱,第四年就开始准备去验收,真正做研究的时间有多少?

 

如果一个研究前期没有其他的经费投入,这个科学家连仪器设备和人都找不着。五年的计划,中间真正做科研也就是一年多的时间,这一年多的时间还要应付大量的检查,所以这种体制能出成果吗?

 

另外,对科学家、研发人员——当然我们不排除这里边有很多忽悠是混钱的——要有一个最基本的信任,财务检查严格到简直无以复加的地步。项目负责人大部分精力都花在应付检查上了,他还有多少精力来做研究?同样的一个人,在国内他就做不出成果,跑到国外去没多久成果就出来,这个人还是这个人,也没有听说国外给他的待遇有那么高。科研是一个创造性的劳动,你要给他一个环境,不能管这些科学家像管农民工一样。

 

让人可喜的事,最近这一两年中央可能发现了问题,给出了一些给科研松绑的政策,希望我们国家在科研管理上、人才作用发挥上改革的力度再大一些,使我们的投入效率更高一些。

 
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