美国科研能力那么强,为什么在 5G 技术落后中国 3 年

虽然很多人不愿意承认,但是美国国防部却自己坦诚了在 5G 领域的窘况:

然而,在目前的5G竞争中,无论是国防部还是美国政府都无法决定5G供应链的内容和整合--我们专注于构建毫米波频段的5G生态系统,使我们脱离了Sub-6 GHz频段的5G生态系统的全球供应链。如果世界其他地区接受中国产品作为5G的更便宜和更优越的选择,这种不匹配将给国防部带来严重的安全风险。

中国在此次的 5G 竞争之中实打实地领先了美国至少 3 年。

2008 年, 4G 时代开始起航,4G 的到来,不仅让我们引来了移动互联网时代,智能手机成为人们的必需品,还引发了移动支付革命,互联网企业如雨后春笋,构建了一个庞大的线上世界。

那个时候,美国依然在 4G 时代占据着领导地位,2010 年初,AT&T和Verizon利用在2008年竞标中赢得的700兆赫(MHz)频谱迅速在全美部署LTE。

在这一部署的基础上,美国成为(继芬兰之后)第一个拥有LTE综合网络的国家,LTE网络的性能大约是当时3G网络的10倍。这种性能上的进步推动了智能手机的迅速普及,这种新型手机不仅可以传输更多内容,而且速度更快。

Apple、Google、Facebook、Amazon、Netflix等无数美国公司都针对这一频谱开发了新应用程序和服务。随着LTE技术在其他国家部署,相应的手机和应用程序也得以在全球推广。

这一举措助力美国取得无线和互联网服务领域的全球主导地位,并创造了一个由美国领导的无线生态系统,美国国防部和世界其他地区近十年都在使用这一系统。

然而,4G 时代,美国已然感觉到了属于中国互联网生态的威胁,因为和其他国家不一样,中国的互联网生态属于闭环生态,其他国家都用美国的WhatsApp、我们国家则是微信;其他国家都用美国的脸书,我们国家则是微博。

中国构建了一个由自己企业建设开发的生态圈,并且先美国一步完成了移动支付革命,从而将手机变成了生活中的必需品。

而且令美国特别生气的是,阿里巴巴、腾讯这些可以走出去,但是脸书、WhatsApp却无法打进来。

所以美国在国防部发表的文件《5G生态系统:对美国国防部的风险与机遇》愤怒地写道:

中国电信设备巨头华为的全球营收从2009年的约280亿美元增至2018年的1070亿美元,而爱立信、诺基亚等这些传统市场领军企业同期营收均有所下降。华为、中兴通讯、小米、VIVO和OPPO等中国手机厂商在全球市场份额迅速增长,尽管在美国市场的销量还比较小,但在使用率和影响力方面仍在迅速增长。2009年,收入排名前十的互联网公司都是美国公司。如今,在前十名中中国企业占了四个席位。这种趋势仍在继续

然而,到了 5G 时代,美国又遇到了一个非常尴尬的问题,那就是押错注了。

全球领域目前采用两种方法部署数百兆赫的5G新频谱。第一种的重心放在6GHz以下的电磁(EM)频谱上(“低到中频段频谱”,也称为“Sub-6”),主要在3GHz 和4 GHz频段。第二种方法侧重于24~300GHz之间的频段(“高频频谱”或“毫米波”)

在全球的 5G 押注上,美国只单押注了毫米波。

但华为提前完成了Sub 6GHz的研发,不仅更加便宜而且信号更好。而在国内5G的建设中,已经确认将首先使用Sub 6GHz这一方案。

工信部也已经公布我国5G中频段内的频率使用规划,明确了明确了3300-3400MHz(原则上限室内使用)、3400-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段。

各国选择的Sub-6GHz频段

Sub-6GHz频段作为NSA(非独立组网)的关键之一,在建设成网后,可以有效利用现有的4G LTE网络,继续使用2.5GHz-2.7GHz频段,可以节约运营商网络建设成本,并且能够很好的兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力。也就是说它在网络速度和信号覆盖上都能够取得很不错的效果。

另外目前中国运营商所开展的5G联通试验中,使用的大多也是这一频段。比如在2017年中,中国移动、中兴与高通所进行的全球首个基于3GPP标准的端到端5G新空口系统互通,在二者之间的通讯频率就在3.5GHz频段。显然这就是未来国内使用的5G手机中,必须支持到的一个频段。

而美国之所以单压毫米波,则是因为Sub-6GHz频段大部分是美国独有的联邦频段,特别是国防部广泛使用的频段。简单来说,就是只能军用,没有办法民用。

虽然研发的5G毫米波虽然速度更快,高通在MWC的展示中,已经通过运用毫米波技术,达到了4.63Gbps的网络传输速率,这是一个在4G时代无法想象的快速。

5G毫米波

毫米波虽说在速度上让6GHz频段望尘莫及的,然而毫米波存在传输距离短,穿透和绕射能力差,容易受到气候环境影响等缺点。自然环境中,雨水、树叶等都会大大阻碍毫米波的穿透, 而且频率愈高的波段,衰减就愈严重,因此毫米波通常应用在比较短距离的通信需求方面(2公里内),或者遮蔽障碍物不多,空间小的 场景(如家庭或办公室等场合)中。

为了弥补衰减严重的缺陷,通常需要使用多天线波束成形技术去补偿收发信号的增益。目前,毫米波通信在射频器件、系统设计等方 面还面临很多难题,比如CMOS技术的硏发、导波管设计、基板设计、 电力耗损问题、晶片内部连接线的长度,以及频率偏差晃动等问题都需要突破。

虽然高通已经有了相应的解决措施,但是落实到实际之中,还是会存在着许多的困难。

最重要的一点就是,毫米波频率与气象卫星的接近(23.8千兆赫频率),5G网络的大范围铺开建设可能会干扰卫星的观测,这会严重影响天气预报,尤其对大型风暴预警能力降低以及人员死亡产生极大的影响,而且目前毫米波不能提供高密度服务。

毫米波频率的大气吸收率(db/km)

美国宇航局(NASA)国家海洋和大气管理局(NOAA)一直在向联邦通信委员会(FCC)发出警告,称之拍卖的 5G 无线网络频谱,可能对天气预报系统的数据收集系统造成严重的影响,从而影响飓风预测的准确性。NOAA 代理主席 Neil Jacobs 在国会山表示,正在推进的 5G 网络建设,或将天气预报的准确性降低 30% 。

而华为这边早已经完成Sub 6GHz频段的研发,在全世界开始兜售其 5G 技术,3Ghz和4Ghz之间的频谱波段可以说主导了全球的5G活动,因为相比于毫米波频谱,3Ghz和4Ghz的传播范围得到了改善,能用更少的基站数量提供相同的覆盖范围和性能。

这让美国特别惊恐,然而,华为不仅完成了Sub 6GHz频段的研发,2018年 5 月份日本最大的移动通信运营商NTT DoCoMo宣布,他们已经和华为完成5G毫米波接入回传一体化(IAB,Integrated Access & Backhaul)技术的外场测试,该技术提高了毫米波(mmWave)频谱的无线覆盖范围。

华为的而IAB技术则通过使用一种“由超材料制成的紧凑型焦距透镜天线”和波束赋形技术集中无线电波的远距离方向,这将能够减少信号干扰,并且允许同步数据传输速率超过相同的频段。

简单来说,美国还没有克服的毫米波技术障碍,华为已经率先攻克,而且预计可以在 2020 年就正式投入商用。

因为实际上,5G标准截止目前仍然没有全部完成,而且最后一个阶段还突然推迟了!

为了加速上马5G,新一代移动通信技术标准分成了R15、R16两大阶段,其中R15又分为三部分,R15 NR NSA(新空口非独立组网)标准2017年12月完成,R15 NR SA(新空口独立组网)标准2018年6月完成,后边还有个5G Late Drop。


R15 Late Drop标准原计划2018年12月完成,然后到2019年3月完成含有完整ASN.1代码的标准版本,但就在今年马上结束之际,日前的意大利3GPP会议上,3GPP突然宣布后续标准工作推迟3个月,R15 Late Drop、R15 Late Drop ASN.1分别要到2019年3月份才能完成。

这样一来,再往后的工作也不得不顺延,即便之后的工作进展顺利,R16标准完成时间也要从2019年12月延后到2020年3月,R16 ASN.1则要到2020年6月。


也就是说5G全部标准要到明年 6 月份才全部搞定,美国估计也是想在标准完成之后最终完善毫米波的缺陷,并且投入商用。可是华为不仅走在了标准的前面,还把5G的关于毫米波和Sub 6GHz所有核心技术都给搞定了,三大运营商也在今年就展开了5G的全国大范围部署。

先用 Sub 6GHz频段抢订单,再用提前研发完成的毫米波彻底堵了美国老路。作为全球唯一一个拥有Sub 6GHz和毫米波两大技术的公司,华为的确让美国公司恐慌了一把,甚至担心其推出的毫米波方案没有人跟随,而中国的Sub 6GHz频段则成为引领者。

美国运营商可能会继续探索毫米波,但如果没有追随者,就不可能在5G领域领先。

无线网络的领导地位要求全球市场认可并遵循领导者所制定的频谱频段规范,因为这些5G子组件和产品最终将推动跨网络的互通。世界其他地区与美国运营商相比,并不存在相同的Sub-6频段限制问题,所以他们后续将在该范围内寻求5G的发展。因此,如果美国继续探索与世界其他国家不同的频谱范围,可能会发现自己没有全球供应链基础。

如果世界上大多数国家采用的未来5G生态系统是建立在Sub-6中频频谱之上,美国也将面临毫米波设备通用性的挑战和Sub-6基础设施安全问题。随着Sub-6成为全球标准,目前在这一领域处于领先地位的中国很可能会成为这一阶段的引领者。

简单来说,你完成了Sub 6GHz研发也就算了,为啥还要抢我的毫米波,居然一点肉都不给我吃,这我怎么能忍!

如果不能把华为彻底打垮,作为全球唯一一家掌握毫米波和Sub 6GHz技术的公司,那么美国将彻底失去5G时代的话语权。

而美国前段时间在本土商用的 5G也被惨遭打脸,充分暴露美国 5G 技术的不成熟。在美国论坛Reddit上,有用户在电信运营商AT&T的全球第一款5G终端设备Netgear Nighthawk移动5G热点上进行5G网速测试,经过测量发现,5G网速的测试结果为194.88Mbps,也就是24.36MB/秒,延迟为77毫秒。但是根据AT&T运营商在印第安纳波利斯(美国印第安纳州首府)同一个地方所测试的4G网速,测试结果为187.44Mbps,也就是23.43MB/秒,延迟为77毫秒。也就是说,4G和5G两代移动网络之间的差距不到1MB/秒。

也就是说,美国提前商用 5G 想展现其强大的 5G技术,结果遇到了大翻车!

很多人不明白 5G 的意义,5G 相比 4G 不仅仅是网速的提升,正如当初 4G 时代到来一样,引领了互联网时代深入发展,掀起了移动支付革命,促进产业完成升级。

5G 同样也会成为全球各行业转型升级的主要推动力,并且在互联网软件生态上重新洗牌,5G 是线上线下软件硬件全方位升级迭代的新时代。

打一个比方,到了 5G 时代,全息投影通话成为可能,那么是不是新的取代WhatsApp的APP就会出现,那到时候,谁掌握了 5G 的核心技术,当他构建了新的网络生态的时候,成为全球通用的标准时候,对于其他国家的辐射力是不是会增强。

5G 技术之争更多是制霸权之争,4G 时代,美国成为了领航者,对全球经济拥有着无可匹敌的影响作用,掌握了全球经济的话语权。

而如今,美国的 5G技术已经落后,要知道,除了华为之外,大唐还有中兴的 5G 专利可都不弱,

华为、中兴、大唐三家企业的5G专利声明量合计2542件,占据了总声明量的接近三分之一份额。

这是美国目前面临的窘境,如果不能把华为、大唐等中国企业一举击杀,那么美国将很难掌握 5G 技术的话语权。

这并非是我们的自大,而是美国国防部的无奈承认:

中国计划部署第一个广泛使用的5G网络,其首批Sub-6网络服务将于2020年投入使用。先发优势可能会推动智能手机和电信设备供应商以及国内半导体和系统供应商的市场大幅增长。因此,中国的互联网公司将为其国内市场开发基于5G速度和低延迟性能的服务和应用程序。随着5G在全球以类似的频段部署,中国的智能手机和互联网应用及服务很可能占据主导地位,即便它们被美国市场排除在外。中国在5G领域的发展,将重现美国在4G领域的辉煌。

当然了,我们不能盲目吹捧华为等中国企业,我们和美国在基础核心技术领域依然有着很大的差距,这只是一个实现弯道超车的契机,如果我们没有做到,就千万不能自大。我们也不能裹挟民粹主义,说不买华为就怎么怎么样。实际上,进入中国市场的外国商品,都对中国经济起到了促进作用。

理智地看待目前的问题,对未来充满信心,坎坷永远只是一时的,我相信这场 5G 的博弈战中国会取得最终的胜利。

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