邬贺铨院士:中国将在5G时代成为领跑者 | 深度报告:中国将主宰5G时代?

战略前沿技术2021-03-06 10:11:30

本文转载自中科同向(ID:zhongketongxiang),来源:光明网


量子通信、北斗系统、5G技术,在“砥砺奋进的五年”大型成就展网络科技特色体验展区内,这批科技成果让人大开眼界,同时该展区也成为展示我国网信事业五年发展新成就的重要窗口。



如何看待我国网信事业取得的系列成就?我国未来信息化发展还面临哪些短板?近日,有媒体采访了中国工程院院士邬贺铨。


中国取得领先科技成果

得益于“厚积薄发”


特斯拉辅助驾驶、“Watson”类脑计算机、阿里飞天平台、量子通讯、混合现实全息眼镜、“神威·太湖之光”超级计算机……在去年第三届世界互联网大会的领先科技成果发布会上,15项全球前沿科技成果可谓赚足了人们的眼球。


在这15项科技成果中,有7项成果来自中国的互联网公司或科技机构。“这得益于中国的厚积薄发。”对于这批成果的涌现,邬贺铨认为,在互联网领域里中国属于后来者,国外在一些基础的技术方面有较好的积累;不过,中国互联网企业的创新力度越来越大,未来可以有很多期许。



以“神威·太湖之光”超级计算机为例,该成果采用了全国产综合处理器,是世界首台性能超过10亿次、并行规模超千万核的新型超级计算机。对于这种计算机的具体应用,邬贺铨举例说,比如,石油勘探需要通过地震的方法检测,这是非常复杂的计算,超级计算机就能很好地完成任务;另外,还可用于检测药品、气象分析以及国防领域。


“ 神威·太湖之光 超级计算机的性能功耗比世界领先。更重要的是,它里面用的芯片是自主研发的。”在邬贺铨看来,计算能力是衡量一个国家科技实力的重要指标,自主研发超级计算机需要以国家实力为支持,同时也是国家实力的象征。


期待信息技术与传统产业结合

发挥更大作用


人工智能的时代已经来临,“神经网络”处理器也不断走进人们的视野。这种处理器就是给电脑创造出模仿人类大脑神经网络的芯片。在“神经网络”处理器运行中,计算系统的运算能力提升成为决定深度学习处理效率的关键。


去年10月,美国发布了《国家人工智能研究与发展策略规划》,指出人工智能对未来的国家安全、经济发展、教育、科技、健康等领域都有重要作用。“ 神经网络处理器芯片就是未来人工智能时代一个新的竞争高点。”邬贺铨说,“未来,这种人工智能芯片可以用在各种各样的产业上,当然也可以用在老百姓的生活上,像我们现在市场上见到的一些虚拟现实、增强现实的头盔以及一些智能终端等。”



邬贺铨还提到,百度大脑除了用在无人驾驶和辅助驾驶以外,其智能性也可用在工业、智慧城市上;阿里的飞天云平台除了用在电商业务外,还可以用在为企业和政府提供分布和开放的云服务。“期待信息技术与传统产业不断结合,发挥更大的作用。”


3G突破4G并跑,我国5G

在应用和技术上将成为引领者


“一系列科技成果反映了我国网信事业取得的成绩,也是我们砥砺前行的重要标识。不过,看到成绩的同时也要看到不少差距。”邬贺铨表示,核心技术与国外还有很大差距,以及基础网络建设、安全防护能力、人才培养、国际话语权等方面,都有很长的路要走。



他还提到,量子密钥传输、人工智能的基础理论研究,近年来我国确实取得了重要进展,但信息领域很宽,我们在集成电路、基础设施等方面还有提升空间。另外,尽管移动通信普及率不断提升,每位用户每月流量的使用量近5年翻了近16倍,提速降费取得明显进步,但人均带宽还比较低,有待改善。


专利竞争在国际上也日益激烈。“专利,表现了一个国家在新技术、新产品方面的主导权,IT领域是全球专利竞争最激烈的领域。其中,标准化在信息领域十分重要,平均每6个标准就有1个来自信息领域。”邬贺铨还提到,现在全球正在紧锣密鼓地制定5G标准,2G时代我们刚刚起步,3G突破,4G取得了并跑的机会,5G时代,希望我国在5G的应用与技术上可以成为引领者。“在牌照发放上,基本上会与发达国家在同一时间;在应用上,标准制定和专利方面也将起到引领作用、拥有话语权。”邬贺铨说。


深度报告:中国将主宰5G时代?

本文转载自智东西(ID:zhidxcom)


各国各界争夺5G蛋糕

▲5G概念

5G 时代是万物互联的时代,高速率(100 Mbps ~1 Gbps)、大容量(百万/平方公里的连接数密度)、低时延(1ms 的空口时延),以及接近 100%的业务可靠性和超低功耗、超低成本等5G特征,意味着未来任何一个物体都有可能配有无线通信模块,无线通信技术也有望成为像电力一样的通用性技术。

▲5G 对社会经济影响的测算图

5G带来了许多移动通信技术的潜在应用,比如VR(eMBB场景的高速、宽带要求)、物联网(系统容量要求)、车联网(低时延高可靠场景的要求)等;与从同时,运营商的业务扩张需求也动是推动4G向5G演进的重要驱动力,以求进一步提升频谱效率,降低单位比特成本,网络架构虚拟化,业务部署灵活化。

随着产业定位的变化,5G 也会对整个社会经济产生巨大的影响,根据信通院发布的《5G 经济社会影响白皮书》,2030 年5G带动的直接产出和间接产出将分别达到6.3万亿和10.6万亿元,同时还将带动直接和间接工作岗位800万个、1150万个。巨大的市场空间以及对社会经济的带动作用也让 5G 产业充满了想象。

▲5G 的直接和间接经济产出

因此,全球各国的数字经济战略均将5G作为优先发展的领域,力图超前研发和部署5G网络,普及5G应用,加快数字化转型的步伐。

欧盟2016年7月发布了《欧盟5G宣言——促进欧洲及时部署第五代通信移动网络》,英国2017年3月发布《下一代移动技术:英国5G战略》,韩国预计2018年平昌冬奥会由韩国电信开展5G预商用试验,其5G国家战略拟投入1.6万亿韩元(约合14.3亿美元);我国也是频出政策支持5G产业发展,年初发布的《信息通信行业发展规划(2016-2020 年)》显示,目标是国内成为 5G 标准和技术的全球引领者之一,并在“十三五”期末启动 5G 商用。

▲全球主要国家新增5G频率分配情况

今年3月初,3GPP正式通过了5G加速的提案,将 5G NR 非独立组网(NSA,Non-Standalone)标准提前至2017年12月完成,相对于原计划提前半年,并于2018年3月完成冻结。另外,大会还确定分别于2018年6月完成、2018年9月冻结独立(SA,Standalone)5G 新空口标准。

▲3GPP 5G NR 时间表

支持加速提案的厂商多为来自欧美、日韩的运营商以及全球主要的芯片商、设备商。这与以下三方面因素有关:韩国和日本希望在 2018 年平昌冬奥会和2020年东京奥运会上率先推出5G;Verizon的抢跑5G引来AT&T等其他运营商的竞赛;4G建设高峰已过,设备及上游芯片厂商意欲缩短 5G 正式部署之前的空窗期。

市场参与者之使间的利益博弈促使 5G 加速提案落地,相关产品的开发提前,带动产业链需求提前半年至一年。

从关键技术看产业链

▲部分5G关键技术简介

5G 通过一系列的技术创新来实现上述关键性能指标,技术的创新主要来源于无线技术和网络技术两个方面。在无线技术领域,技术的创新主要包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入、基于滤波的正交频分复用(F-OFDM)、全双工、灵活双工等;在网络技术领域,技术的创新主要包括软件定义网络(SDN)、网络功能虚拟化(NFV)等。

从系统的角度来看,美国商务部频谱管理咨询委员会(CSMAC)5G小组指出,5G系统的相关技术包括干扰抑制/干扰消除(针对3GPP 5G标准以及现有的LTE版本信号的互作用)、发射机技术(新无线电、波束形成、有源天线系统、节点协调传输、功率限制等)、接收机技术(干扰抑制、最大输入输出等)、标准化(3GPP)、利用自动化协调(数据库)的频谱管理、共享许可(Licensed Shared Access)、频谱接入系统(有待FCC认证)、满足5G标准的频谱管理技术等。

▲5G细分领域投资时序(中泰证券)

▲5G投资机会(方正证券)

因此,对于产业链而言,5G主要带来的影响在于

1、射频前端:多天线、多频段带来混频器、DAC/ADC、PA、双工器、模拟波束赋形等射频前端器件用量成倍增加,SAW&BAW滤波器、化合物半导体PA成为发展趋势;

2、网络云化:时延低、应用场景高度碎片化,网络业务“下沉”到无线接入网势在必行,边缘计算、数据中心成为网络升级重点,数通设备迎来机遇;

3、基站:高频率部署,超密集组网带来热点区域基站数量增加,前传小型、有源化,连接器件减少,主设备商话语权增强;

4、前传网络:高带宽25G光模块需求大增(中泰证券预计在三大运营商总计建设828万宏基站、10300万站小基站的假设下,宏站光模块需求接近 9000 万只,市场总规模为295亿元,小基站的市场总规模为131亿元,5G 光模块总体市场规模约为426亿元),波分复用成为重要解决方案,光无源器件需求增加;

5、回传网络:回传网趋于扁平化,5G传输网对带宽要求严苛,核心层ROADM成为趋势( 北美ROADM网络铺开建设,Finisar和Lumentum处于领导地位,国内ROADM网络处于建设初期)。

5G进展

标准冻结提前

▲3GPP 5G 时间表

标准化方面,由于全球主要运营商和设备商提议将 5G NR 非独立组网标准提前冻结,3GPP RAN第75次全体大会正式通过了5G加速的提案。

Release 15将 5G 演进路线分成了两类:非独立组网方式(5G RAN 和 LTE 网络整合在一起,在保证兼容性的同时实现现有系统性能的进一步提升)和独立组网方式(通过引入新的技术方案来满足 5G新的业务需求)。

▲NSA(非独立组网) 和SA(独立组网)

根据加速提案,非独立组网标准将于2017年底完成、2018年3月冻结,较原计划提前半年,助力运营商提前实现5G 部署;而独立组网标准将按原计划于2018年6月完成、9月冻结。

随后3GPP将正式启动 5G 第二阶段即 Release 16 的编制工作,预计2019年底正式冻结,部署工作预计在 2021 年开始(通常情况下标准正式冻结到部署需要18个月的时间)。

商用部署加速

▲2017 年-2022年国际5G投资(单位:百万美金)

运营商方面,美国抢跑5G,中国与全球基本同步(详情参见以下两张表格)。2017年2月27日,28 家通信巨头集体宣布,支持加速 5G NR 标准化进度,以满足部分运营商在2019年实现 5G 商用的强烈需求。由于受益不明确,投资周期长,运营商在投资部署方面有些谨慎。

▲美国运营商 5G 部署进度及计划

▲中国运营商 5G 部署进度及计划

▲5G 时代运营商采用低频宏基站+高频小基站布网策略

▲5G 小基站投资预测(中泰证券,仅考虑单次覆盖热点区域的情况)

设备商方面,中国较有优势,全球四大设备商中华为(上半年营收达418亿美元)、中兴(上半年营收80亿美元)分别位列第一和第四,承载了中国在5G时代提升在移动通信领域话语权的希望。因此,通信设备也成为了中国角逐5G市场的主战场。

▲中国设备商的崛起

2016 年 11 月,国际移动通信标准化组织3GPP将Polar码(极化码)确定了作为5G eMBB
(增强移动宽带)场景的控制信道编码方案。作为华为主导的编码方案,Polar 码被确定为控制信道编码方案打破了美国和欧洲在这一领域的垄断地位。

中兴通讯针对 5G 同样投入了大量人力物力,目前先期的投入已经效果初显。MWC 2017中兴发布 5G 全系列高低频预商用基站产品,并在展会现场真实演示了5G高频基站 50Gbps峰值速率。2017年6月,中兴与中国移动合作在广州大学城开通了国内首个 5G 基站,参与测试的用户单终端下行峰值速率达到了 2Gbps 以上小区容量达到 5Gbps,远超现有网络速率。

▲5G终端芯片进展

芯片商方面,大部分厂商要等18年以后才能推出基于Verizon 5G标准的高频芯片和测试样机。

5G时代的中国话语权

目前,按照电信用户数、网络规模等指标计算,国内电信市场已经是全球最大的市场。但和很多其他产业类似,国内电信市场仍然呈现大而不强的阶段性发展特点。5G 时代,随着华为、中兴等设备商在全球竞争地位的提升,国内主导的Polar码被采用,开始具备一定的话语权。

可以说,5G 是中国在移动通信技术领域与美、日、欧最为接近的一次,为了巩固业已获得的
优势,国内在政策、资金等方面有望对 5G 的研发、建设给予大量支持,助力电信产业引领全球创新。

▲2011~2016 年设备商全球市场营收排名

目前,我国第二阶段测试进度领先,先期布局有望转化为竞争优势。华为进度最快,除高频热点场景外,其余场景都已经测试完成了;中兴也已经开展全部场景的测试工作,并且部分场景测试完毕,另外一部分场景完成了阶段性测试;其他厂商的测试工作进展相对较慢,爱立信正在进行连续广域覆盖和低时延高可靠的测试,其他场景的测试工作还未开展。

▲全球主要国家和地区运营商资本开支

而运营商方面,根据 Machina Research 的预测,2025 年中国将引领全球物联网市场,连接数占全球 21%,位居全球首位。 更多的连接意味着更多的基站投入,因此我们预计中国运营
商在 5G 阶段的资本投入大概率超过全球其他主要国家和地区,国内电信市场的规模和重要性再次提升。当然,中国电信市场重要性提升,也会利好国内设备商持续提升全球市场份额。

智东西认为,5G并不仅仅是通信技术的进一步成熟,更拉开了新蓝海的序幕,包括VR/AR、云、物联网、车联网(自动驾驶)等,其庞大的市场空间和社会效益引起了全球各界的高度关注,标准化进程加速,相关政策频出,产业投入不断加大,产业链多个环节即将迎来爆发式增长。与此同时,国产设备商的喜人进展,为5G时代赢来了中国话语权。

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