張 弛

新華社瞭望智庫特約科技觀察員

5G技術與新產(chǎn)業(yè)

自從人類有文明史以來，通信就是在人和人之間進行的。當5G出現(xiàn)之后，通信的主體由人變成了物，這是5G的革命性進步。人和人之間的通信依靠語言，對話有100毫秒的延遲是感覺不出來的；4G時代手機到基站間的延遲是幾十毫秒，這對于遠程操作，比如遠程駕駛、遠程手術等來說是很長的；而5G帶來了更高的流量密度、連接密度以及更短的時延。

2018年12月6日中國5G預商用，2019年6月6日開始正式商用。站在運營商的立場上來說，更新?lián)Q代的背后是高成本，他們并沒有太大的動力。但5G是國家戰(zhàn)略，關系到國家安全和國際地位。如今，中美正在進行5G主導權的激烈爭奪，誰先搶占市場誰將會更有優(yōu)勢。

為了提高傳播速度，5G的關鍵是要提高帶寬；為了提高帶寬，核心辦法就是提高頻率。頻率的提高代表著波長的降低，其透射、折射、散射特性都會變差。與4G基站相比，5G基站有三個劣勢：一是5G由于能夠傳播的距離縮短，因此基站數(shù)是4G的3倍；二是5G的單位比特能耗雖然降低了，但是其速率提高了20倍，導致功耗是4G的3倍；三是5G的價格是4G的3倍。而現(xiàn)在最大的問題就是資金問題。

都說5G改變社會，但這并不是5G本身能夠做到的，更多的是構建在5G基礎之上的五大新科技，5G是這些新技術改變社會的基礎。

人工智能人工智能已誕生約70年，但是卻一直沒有發(fā)展起來，5G將是其大展宏圖的基礎和契機。5G首先會改變人類社會關系，那么下一步，人工智能（AI）就會改變人類本身；而沒有5G，AI就是擱淺的船?；?G的AI首先會改變人類的職務結構，簡單說，低智慧、經(jīng)驗型、無感情交流的工作將來會被人工智能所取代，這樣將面臨大量底層員工失業(yè)問題。但華為的創(chuàng)始人兼總裁任正非說：“失業(yè)不怕，社會總財富增加就是積極的?！比珉S著5G的發(fā)展會產(chǎn)生新的職業(yè)，就像今天利用各種視頻軟件也能賺錢。

物聯(lián)網(wǎng)如今，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已進入大規(guī)模發(fā)展階段，低功率廣域網(wǎng)絡（LPWAN）技術是專為低帶寬、低功率、遠距離和大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計的，市場已形成窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和Lora無線技術（Semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線標準）兩大技術陣營。無論是運營商還是政府，都在大力推進需要通過基站接入的NB-IoT技術，中國有700萬個基站，占世界的70%，這是NB-IoT應用的巨大優(yōu)勢資源。

云計算在2010年的深圳IT高峰論壇上，大家問李彥宏和馬化騰關于對云計算的看法，李彥宏說云計算其實是“舊瓶裝新酒”，馬化騰認為云計算有可能實現(xiàn)，但是要在幾百年以后。但是臺下第一排有個人對云計算充滿信心，那個人就是馬云。

基于5G的AI將會改變人類的職務結構

當時的主流觀點是與李彥宏和馬化騰的觀點相似的，因為云計算對服務器的依賴過大，集中需求難以處理。但是馬云作為一個非專業(yè)人士，他通過服務器池改變了云計算，簡單來說就是構造一個云，包括十萬個以上的服務器，里面不可避免每天會壞幾個，壞掉的服務器加個標簽就可以退出服務器列，但并不會影響整體性能。就好比將游泳池的水抽出一部分，還會有其他水的流入一樣。云計算的奧秘就是虛擬、動態(tài)、粒計算。

大數(shù)據(jù)以前做數(shù)據(jù)統(tǒng)計的第一步就是抽樣，現(xiàn)在科技發(fā)展到我們可以做很大數(shù)據(jù)量的調查，因此大數(shù)據(jù)的第一個優(yōu)勢就是我們不再需要抽樣，由抽樣引起的統(tǒng)計偏差就消除了。大數(shù)據(jù)如今正在為各行各業(yè)增加很多利潤，比如中國的滴滴已經(jīng)通過大數(shù)據(jù)收獲了財富。在4G時代，掌握客戶就是掌握財富；而在5G時代，掌握數(shù)據(jù)才是掌握財富。大數(shù)據(jù)的重要意義就在于消除不確定性，實現(xiàn)資源的精準配置。

邊緣分布式運算（霧計算）邊緣分布式運算具有實時、高效、安全的特點。其類似于我們買空調時，全國各大城市都會有一個存儲空調的分倉，從距離客戶最近的分倉發(fā)貨就能提高效率。邊緣分布式運算實際上就是分倉，能夠讓遠在西藏的用戶很快就能下載到想要的資料，時效性得以提高。也可以把網(wǎng)絡想象成一片云，用戶分布在地面，想登云就必須通過霧，這個“霧”就是邊緣分布式運算。在邊緣分布式運算中接入網(wǎng)絡切片，本質就是按照功能性或需求特性將5G網(wǎng)絡在邏輯層面上劃分為不同類型的虛擬網(wǎng)絡，從而應對復雜多變的應用場景。比如自動駕駛切片強調時延，視頻下載切片強調帶寬，這樣可以極大地簡化調度。

北斗的前世今生

我國的北斗一代源于1991年的海灣戰(zhàn)爭，美國的GPS導彈震驚世界，決策層深刻意識到以后沒有導航定位系統(tǒng)無法打仗，于是在1995年前后制定了相應的政策。2000年，美國的衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)有了30顆衛(wèi)星，位于運動中軌道；我國的北斗一代只有兩顆，而且位于很高的靜止赤道軌道。而軌道越高，定位精度越差，但因禍得福的是，靜止軌道具有天然的通信能力，因此“北斗一代”具有雙重功能：既能通信又能定位。不過，事實上這兩種性能都比較差。

當時歐洲也正在實施伽利略工程，他們的優(yōu)勢是技術領先，但是缺少資金。中國與歐洲一拍即合，中國加入了伽利略計劃。中國向伽利略計劃投資了2億歐元，可根據(jù)比例獲取相應收益；同時中國在整個系統(tǒng)的開發(fā)運作過程中可以提升技術，學習市場開發(fā)的經(jīng)驗，為開發(fā)獨立的衛(wèi)星導航系統(tǒng)打下良好的基礎。隨后印度和日本也加入了伽利略計劃，由于他們投入資金少，但享受同樣的戰(zhàn)略資源，最后中國退出了伽利略計劃，開始了北斗二代的研究。

因為衛(wèi)星軌道和空間頻率是人類共享的資源，遵循先占先得的原則，因此只要軌道和頻率沒有被占用就可以申請。當時歐洲和中國有些衛(wèi)星的頻率是重合的，并且都得到了批準，誰先發(fā)射誰就將占用這些頻率。2007年，中國的北斗二代第一顆衛(wèi)星上天了，并且一年發(fā)射了好幾顆。北斗二代的快節(jié)奏給歐洲帶來了緊迫感，中國也繼續(xù)按照自己的既定節(jié)奏發(fā)射衛(wèi)星。

我國首先將北斗二號運用在漁業(yè)上，其雙向短信功能在搜救中得到了完美應用：漁船遇到險情后一鍵求救，終端會自動把附帶著定位信息的求救短信通過衛(wèi)星發(fā)送給岸上的救援隊，短信最多可編輯140個字，每條僅需0.3元，實現(xiàn)了衛(wèi)星導航+海事衛(wèi)星電話的功能。

按照原計劃，我國應在2020年發(fā)射55顆衛(wèi)星，到目前我們還沒完成這個目標。因為在北斗二代衛(wèi)星的建設過程中我們突然發(fā)現(xiàn)兩個問題：一是用的銣原子鐘是美國進口的，一旦美國制裁，我們就會失去主動權；二是我們缺乏海外基地，地球背面衛(wèi)星的導控是個難題。于是，我國在北斗二代衛(wèi)星的基礎上做出了兩項重大調整：一是用我們自主研制的氫原子鐘代替了國外進口的銣原子鐘，精度是原來的10倍；二是增加了星際鏈路功能，我們只需要把導控信息發(fā)射到一顆衛(wèi)星，就可以在35顆衛(wèi)星中互相轉發(fā)，形成對所有衛(wèi)星的導控。

2017年11月5號，我國發(fā)射了第一顆北斗三代衛(wèi)星，可距離2020年只剩下短短不到三年的時間了，全部換成三代衛(wèi)星，時間來得及嗎？北斗衛(wèi)星團隊的“小宇宙”爆發(fā)了，兩年時間發(fā)射了20多顆。也許，未來全球組網(wǎng)后的北斗系統(tǒng)將是全世界最好的定位導航系統(tǒng)。

中國正在籌劃北斗二代的地面基站增強系統(tǒng)，通過在路燈桿、信號塔等地方架設北斗基站設備，與基于天上基站的衛(wèi)星相互配合，實時通過北斗測量位移，將偏差傳送給所有用戶，減去偏差用戶就能獲得精準信息，可以達到“米級”以下的實時定位精度，這將對我們的軍事作業(yè)產(chǎn)生巨大影響，所以我認為，導航定位的未來在中國。

5G+北斗的革命

5G加上北斗會引發(fā)什么樣的變革？

上帝視角的自動駕駛近年來駕駛車輛的數(shù)量和速度都有所增加，如果我們的感官來不及反應就會發(fā)生危險的事情，未來自動駕駛將會是趨勢。雖然特斯拉已經(jīng)有了比較成熟的自動駕駛技術，但是它是典型的“單車”視角，車上裝了很多傳感器用來模仿人的眼睛和耳朵，這樣的安全性還不夠高。未來基于5G+北斗的無人駕駛將從“上帝視角”帶來更高的安全性：智慧的車，聰明的路，強大的網(wǎng)，以及故障導向安全模式。如前方的紅綠燈或者路邊的傳感器可以發(fā)送電波指揮駕駛，車和車之間也可以相互交流；同時采用了“故障導向安全”的負邏輯策略，即網(wǎng)絡一旦出現(xiàn)故障或意外就會導向安全的結果，如靠邊停車或慢速行駛，從而保證駕駛安全。負邏輯是非常重要的解決問題之道。

自動駕駛有兩個場景，第一種是在無人的礦山、港口和碼頭，這類無人自動駕駛現(xiàn)在正在普及之中。例如無人區(qū)裝沙石的大卡車的司機很貴，一輛車連續(xù)運作需要4個司機，年人工花費就需要100萬。為了保證安全，司機駕駛限速為15公里/小時，而無人駕駛速度可以高達35公里/小時，并且只需要一個人在大屏幕前監(jiān)督，而不是操作，這方面的程序已經(jīng)非常成熟。第二種是載人自動駕駛，這種技術面臨很多安全性的問題，預計2030年進入6G時代將會有一個超越，屆時載人自動駕駛才能真正進入實驗。

生產(chǎn)資料和工具入云北斗三代衛(wèi)星的精準定位對國計民生有非常大的作用。例如，江蘇一個鐵路局和鐵塔公司合作的“雙鐵”項目，解決了一個重大的隱患。夜間工人背著20多公斤的工具巡軌，鐵路局特別害怕工人把工具落在鐵軌上，這可能出現(xiàn)重大事故。于是鐵塔公司在每個工具上裝了一個北斗精準定位模塊和一個物聯(lián)網(wǎng)模塊，可以把它的實時位置上傳到云上，每一個工具都是動態(tài)顯示，如果一個工具離堆馬上就會報警，這比人工檢查可靠得多。

危險工礦的遠程操作在2019年6月底的上海世界移動大會的華為展廳，展示了這樣一個遠程操作：河南洛陽的一個礦山上有一個5G基站，礦車和挖掘機里沒有人，人在展廳中通過遠程操控完成作業(yè)（前面的屏幕相當于挖掘機的擋風玻璃），這樣挖掘就不需要在嚴寒酷熱的環(huán)境下工作了。4G時延高，看到的東西是兩秒前的，無法滿足這一應用的安全實現(xiàn)，而5G就可以實現(xiàn)這樣的場景。

拖拉機農(nóng)機自動耕種現(xiàn)在已經(jīng)有了5G+北斗的設備產(chǎn)品，當拖拉機頂上安裝了這樣的設備，拖拉機就可以實現(xiàn)自動駕駛，機械操作比人精準得多。

武器裝備的無人作戰(zhàn)坦克可以實現(xiàn)1+N操作，將來數(shù)輛坦克可能只有一輛由人來操控，其他都可以通過5G+北斗技術進行管理。

未來展望

未來的6G會怎么樣？5G網(wǎng)絡還沒使用上，就開始研發(fā)6G網(wǎng)絡了？沒錯，現(xiàn)在就要開始前瞻布局進行研究了！最近國際電信聯(lián)盟（ITU）召開了“網(wǎng)絡2030”研討會，焦點組主席做了壓軸發(fā)言，初步確立了6G的三大場景，分別是極大容量與極小距離通信、超越“盡力而為”、融合異構網(wǎng)絡。6G時代的VR不需要戴頭盔和眼鏡，極大容量能支持裸眼3D成像，如舞臺上您能很真實地看到鄧麗君在演唱。現(xiàn)在的網(wǎng)絡資源是共享的，使用Wi-Fi的人一多網(wǎng)速就會變慢，這就是“盡力而為”。“盡力而為”在日常使用可以，但是在工業(yè)控制上這就是“噩夢”。6G網(wǎng)絡的速度幾乎能達到1Tb/s，在人工智能和大數(shù)據(jù)的管理下，將能提供帶寬、接入量和時延的指標保障，這就是超越“盡力而為”。6G之后，運營商網(wǎng)絡和衛(wèi)星網(wǎng)絡等可以全面融合一體化。

美國目前已經(jīng)廢除了運營商中立政策，要大力發(fā)展5G，因為5G代表國家戰(zhàn)略和未來科技的制高點。工業(yè)革命落后，我們長期追趕；現(xiàn)在我們正面臨信息之戰(zhàn)，信息革命是一場國運之戰(zhàn)，中國必須在這場戰(zhàn)爭中取得勝利！