5G发展前景和产业趋势之浅见

作者：中国信科马卫国

工信部在2019年6月6日宣布向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。中国企业在5G技术、标准和产业等方面取得了举世公认和令人瞩目的竞争优势。中国企业主导的灵活系统设计、极化码、大规模天线和新型网络架构等关键技术，已成为国际5G标准的重点内容。在产业发展方面，中国率先启动5G技术研发试验，加快了5G设备研发和产业化进程。目前中国5G中频段系统设备、终端芯片、智能手机处于全球产业第一梯队。作为信息通信领域的核心使能技术，5G移动通信服务的开启，将带动其他产业的创新发展，成为经济发展的巨大推动力。

1中国企业引领了5G国际标准的制定，产业链成熟度居于世界领先行列

中国企业引领了5G创新技术研究与国际标准化工作。回顾我国移动通信产业发展的历史，在经历了2G引进、3G追赶（TD-SCDMA）和4G同步（TD-LTE）的自主创新之路后，已经形成了以本土企业为主，从芯片、仪表、系统到终端的完整移动通信产业链。在5G技术研发上，我国政府、企业、科研机构等各方高度重视前沿布局，积极参与国际标准化工作，作出了重要的技术贡献。目前中国企业在3GPP投票权大幅度增加，已达总量的23%以上，国际影响力显著提升。中国企业在国际组织中重要任职显著增加，包括ITU 5G技术评估组主席、TG5/1 40&50频段工作主席、3GPP SA2主席和CT副主席、RAN1/2/4/5副主席等关键职位。中国企业在3GPP牵头了5G系统架构、无线接入、编码、非正交多址、车联网等一系列重要项目，在所有项目中占比超过40%。中国企业提交的标准提案文稿占全球总量的1/3。截至2019年5月，全球共有28家企业在ETSI （European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化协会）声明了5G标准必要专利，我国企业声明专利数量占比超过30%，位居全球首位。这些进展表明，中国企业在5G国际标准话语权大幅提升。

我国5G产业链的成熟度也处于世界领先地位。由工信部指导的5G试验于2016年正式启动，IMT-2020(5G)推进组负责全面组织实施。根据计划，在2016-2018年主要进行5G技术研发试验，2019-2020年会进行5G产品研发试验。其中，5G技术研发试验分为5G关键技术验证、5G技术方案验证和5G系统组网验证三个阶段实施。

第三阶段试验重点面向5G商用前的产品研发、验证和产业协同，开展商用前的设备单站、组网、互操作，以及系统、芯片、仪表等产业链上下游的互联互通测试，全面推进产业链主要环节基本达到商用水平。同时，系统厂商和芯片厂商也在基于NSA标准进行互操作研发测试，推动产业合作发展。2018年9月已经完成第三阶段测试，全产业链具备商用条件，处于全球领先，为5G牌照发放奠定了坚实基础。

25G移动通信作为信息领域的核心使能技术，将为经济发展带来强劲驱动力

中国是全球最大的移动通信市场，无论是用户规模、市场体量还是服务应用都居于世界领先水平。随着我国5G网络建设全面铺开，必将掀起全社会投资5G及相关产业的热潮，带动5G通信设备、芯片、终端等上下游产业链加速前进，推动相关软硬件产品丰富迭代，形成庞大的5G采购和消费需求。同时，随着5G与产业的融合互动，5G服务产品和内容也将日益丰富，5G生态体系不断完善，最终形成一个共同繁荣发展的5G产业圈。

5G移动通信作为信息领域的核心使能技术，将为经济发展带来强劲驱动力。国际咨询公司马基特预测，到2035年5G有望在全球各行业中创造12.3万亿美元的经济价值。中国信息通信研究院测算，2020—2025年，我国5G商用带动的信息消费规模将超过8万亿元，直接带动经济总产出达10.6万亿元；5G还将带来新的就业机会，2030年5G将带动超过800万人就业，间接提供1150万个就业机会。

5G具备比4G更高的性能，支持0.1-1Gbps的用户体验速率，每平方公里100万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数十Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还将大幅提高网络部署和运营效率，相比4G，频谱效率提升5-15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

5G将成为各行各业转型升级的使能者。5G有三个主要应用场景，分别是大带宽、低时延和众连接。前者是移动互联网的升级，增强移动宽带（eMBB）可提供数十倍于4G的无线传输峰值速率。后两者则面向万物互联的物联网：低时延、高可靠（uRLLC）支持毫秒级的时延和99.999%的可靠传输；海量连接（mMTC）能支持亿万级的连接能力。5G以用户为中心构建全方位的信息生态系统，渗透到社会生活的各个领域。在接入方面，5G网络可以为智能交通、智慧城市、智能政务等行业应用提供海量终端接入；在通信方面，5G网络可以为机器人、无人机、无人驾驶、远程医疗等典型垂直行业应用提供超低时延、高可靠性、强安全性的通信支持，为超高清视频直播、裸眼3D、增强现实、混合现实等提供超高带宽的通信保证。4G改变生活，5G改变社会，从人人互联到万物互联，从大众消费到生产制造，从物理世界到数字世界，5G与工业、交通、农业等垂直行业广泛、深度融合，将大幅拓展科技创新空间、网络融合空间、制造业转型新空间，将为设备赋智、为企业赋值、为产业赋能，变革生产方式、组织方式，促进结构优化、效率提升，从而推动传统产业实现数字化、网络化、智能化转型升级和快速发展。

5G将成为产业创新发展的催化剂。在5G这一新型基础设施之上，云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链等新一代信息技术集成汇聚，将孕育出诸多新模式、新业态，催生多个万亿元规模的新兴产业，成为数字经济发展的强劲动能。海量数据的便利存储与高速传输，人工智能的精准识别与分析判断，区块链共识技术的数据安全保障等，这些都将促进社会优质资源的共享与使用，提升社会管理水平，带动社会服务方式的变革。

5G时代网络安全将更加重要。5G时代万物互联，开放共享成为必然趋势，智慧传感器、工业互联网设备、智能网联汽车等数量迅猛增长，新的技术架构、生产体系、运营模式将带来新的安全风险挑战。5G跨越式网速提升也会带来大数据的井喷式增长，尤其是5G将渗透到各种垂直行业，数据成为更加关键的价值载体，要更加重视保护数据安全和隐私，以及这些数据背后的虚拟身份和财富。5G网络安全已不仅仅是单纯的个人信息安全或企业级信息安全，其影响将更为广泛。4G时代美国曾出现了黑客利用智能摄像头的网络管理漏洞操控实施大规模网络攻击的案例，伊朗核设施也曾遭受基于工业互联设备的网络攻击。5G时代网络威胁将通过新技术和新设备实现多源化、全自动智能攻击，超高速率也进一步磨利了攻防的双刃剑，传统的网络安全防御形式、防御思路和数据量等瓶颈都有待打破。运营商、科研机构、网络安全机构和企业需要实现联防联控，发挥网络安全的整体合力。

3C-V2X车联网将成为我国5G能够率先应用的行业领域

车联网是5G一种重要的行业应用，具有良好的社会效益和经济效益。因其涉及交通信息基础设施的建设与汽车行业的支持，相对于其他国家而言，中国政府的集中式社会管理能力和基础设施规划建设能力具有无与伦比的优势，最具潜力最早实施落地。

车联网也称作V2X (Vehicle to Everything)，是在车辆和任何会被该车辆所影响的实体之间分享信息的技术。包括车与车(V2V)，车与基础设施(V2I)、车与行人(V2P)以及与网络(V2N)之间的通信。

根据美国交通部的研究数据：“V2V 系统可以避免 79% 的各类交通事故。具体地说，V2V 系统可以避免 81% 的轻型车辆事故以及 71% 的重型车辆事故。V2I 系统可以避免 26% 的各类交通事故。具体地说，V2I 系统可以避免 27% 的轻型车辆事故以及 15% 的重型车辆事故。将 V2V 和 V2I 系统整合起来，可以避免 83% 的轻型车辆事故以及 72% 的重型车辆事故。”V2X技术能将车辆、交通基础设施、行人、路边传感器、交通管理部分以及其它各类交通实体连接整合在一起，相互间信息的实时充分共享能够减少事故发生、减缓交通拥堵、降低环境污染等。

V2X车联网的候选技术包括DSRC（Dedicated Short-Range Communications）和C-V2X（Cellular Vehicle-to-Everything）两种。DSRC是基于WiFi的同族技术应用于车联网领域，2012年形成了一个统一的标准IEEE 802．11p，尚无明确的后续技术演进路径。2016年3GPP基于LTE的 V2X规范作为底层技术发布了C-V2X，除直接通信（V2V，V2I）外，C-V2X还支持蜂窝网络（V2N）上的广域通信。业界公认的系统仿真与实验验证结果表明，相较于DSRC，C-V2X支持更远的通信距离（约2倍）、更佳的非视距性能、增强的可靠性（更低的误包率）、更高的容量和更佳的拥塞控制。此外5G标准中的uRLLC（Ultra Reliable Low Latency Communications，低时延高可靠通信）则是专门支持C-V2X应用场景的演进技术。

2019年7月4日，包括拥有强大汽车产业的德国、法国和意大利等在内的21个国家，在欧盟驻布鲁塞尔代表团的28个成员国会议上投票反对欧盟有关在欧洲部署DSRC车联网的提案。这标志着支持5G演进的C-V2X已经战胜DSRC，将成为车联网的主流技术。

现有数据显示，截至2018年底全国汽车保有量达2.4亿辆，汽车驾驶人3.69亿人。伴随着汽车保有量增加而来的是道路拥堵、环境污染、公用设施不足等问题的日益突出，车联网的出现对促进汽车、交通、信息通信等产业的融合和升级，对相关产业生态和价值链体系的重塑都具有重要意义。国务院在2015年印发的《中国制造2025》，提出建设智能网联汽车自主创新体系、智能网联汽车产业链、智慧交通体系。2018年12月，工信部印发《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》。随着5G时代临近，车联网行业或将迎来爆发。根据《中国车联网产业发展研究》白皮书的预测，到2020年，全球C-V2X市场规模将突破6140亿元，其中中国市场将达到2000亿元。特别值得指出的是，车联网市场连接了汽车、出行、能源、物流和商业地产等多个产业，这可能是未来20年对社会产生正面影响最大的机会，它将创造数万亿元的经济规模。

特别值得说明的是，5G车联网技术将有效助力自动驾驶。自动驾驶是指汽车依靠人工智能、视觉计算、激光雷达、毫米波雷达、超声波、监控装置和全球定位系统等共同协作，让车载系统可以在没有或者缺少人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆的技术。现有自动驾驶技术主要依靠单车装备的传感器和计算平台实现，这种单车智能具有一定的局限性。例如：图像、激光雷达、毫米波雷达和超声波等传感技术都依赖于视线传播，而且有效探测的直线距离有限。例如：无法感知交汇路口非视距车辆及其行驶状态，从而形成路口盲区；通过图像识别交通灯信号标识也有不准确的时候；强光、雨雪大雾等恶劣天气等也会干扰传感系统，造成误判。特斯拉的多起交通事故，就是源于单车智能的传感误判。而且这些传感系统的成本很高，能耗也比较高。

5G C-V2X车联网技术能够通过车车之间、车与路边设备（含交通设施）之间、车与行人之间等无线通信方式，实时交互信息，以低延时、高可靠和低成本、低能耗的方式实现对更大范围环境的精准感知。由于C-V2X包括两种通信接口，短距离直接通信接口PC5以及终端和基站之间的长距离通信接口Uu，所以无论是否有网络覆盖，汽车都可以通过PC5接口和其他车辆、路侧单元进行通信，在有蜂窝网络的情况下使用Uu接口。这种车车、车路之间的动态自组织网支持多跳通信，加上车与蜂窝网络的通信，信息交互使得能够感知的地理区域范围进一步扩大。C-V2X信息交互方式克服了强光、恶劣天气等环境的影响，支持全天候应用。这种车路协同的C-V2X技术与原有的单车智能技术形成互补，两者融合的环境感知使得自动驾驶更加安全可靠。

5G技术不仅可以提高自动驾驶车辆的环境感知能力，还可以帮助汽车决策和执行。比如利用车辆间无线连接，让多个车辆进行协作式决策，合理规划行动方案。此时，伴随RSU（Rode Side Unit，路边设备）部署的MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算平台）可以用于缓解车上OBU（On Board Unit，车载设备）计算平台的压力，实现协作决策与调度的实时计算。

利用5G技术低时延、高可靠、高速率和大容量的能力，自动驾驶技术不仅可以帮助车辆间进行位置、速度、行驶方向和行驶意图的沟通，更可以利用路边设施辅助车辆对环境进行感知。比如交通信号灯把灯光信号以无线信号的方式发给周边的车辆，确保自动驾驶汽车清楚了解交通信号灯的状态。交通信号灯还可以广播下次信号改变的时间，甚至其他相邻路口未来一段时间内的信号状态，自动驾驶车辆可以据此精确的优化行进速度和路线，选择一条红灯最少、行驶最快的路线。更高的交通效率也将减少交通能源消耗和环境污染。

总而言之，我国主导的C-V2X技术已经初步战胜了欧美主导的DSRC技术，成为绝大多数国家以及汽车工业界主要成员支持的主流车联网技术。C-V2X的5G演进版本进一步降低了时延和提升了可靠性，与基于单车智能的自动驾驶技术具有天然的互补优势，必将获得广泛的应用。而且地面交通领域天然具有地域化和区域化属性，基于我国政府有力的集中行政管理能力和强大的基础设施规划建设能力，我国有望在5G车联网产业化应用率先得到成熟应用，并将优势成果对外推广。

结语：5G移动通信技术是信息产业的核心使能技术，是助力产业创新、融合、裂变、突破的催化剂。经过3G追赶、4G同步的积累，中国已经构建了移动通信完整的产业链和生态体系，并进一步引领了5G核心技术研究和国际标准的制定。我国5G牌照的发放和产业应用的快速推进，将成为促进经济发展的巨大推动力。

作者：中国信科 马卫国

中国信科背景信息：

中国信科集团在参与5G标准制定、研发5G系列商用产品及丰富应用、推进产业及生态合作方面取得了多项成果，做好了5G商用准备，成为推动5G发展的中坚力量。

据悉，自2015年开始，中国信科所属大唐电信集团在3GPP积极推动5G研究的立项工作，全面参与了5G标准第一个版本的制定，推动大量关键技术进入国际标准。在大规模天线、超密集组网、非正交多址、TDD帧结构与空口设计、新型接入网架构、核心网架构、移动性管理、网络安全、车联网应用等技术领域取得突出成果，处于领先地位。尤其在大规模天线方面，中国信科借助在3G、4G时代在TDD智能天线波束赋型技术积累及新技术研发，推动大规模天线的波束赋型传输技术成为5G最为核心的关键技术之一。

中国信科还在3GPP担任核心网和终端（CT）工作组副主席，担任RAN5工作组副主席，并成为多个关键特性的标准化牵头人。在国际电信联盟（ITU）的5G标准化工作中，中国信科专家担任5G评估组主席，主持ITU-R WP5D中评估组以及起草组会议，牵头完成ITU 5G评估指南报告、5G需求指标等。

在国内，中国信科积极参加CCSA、IMT-2020和FuTUREForum等5G标准化组织工作。在IMT-2020推进组继续担任大规模天线、低时延高可靠和灵活频谱共享技术专题组组长单位，主导技术研究。在CCSA担任TC5副主席，TC5WG6/WG8/WG9组副组长等职务，长期带领国内企业、高校和科研院所进行新技术突破。

此外，在5G产业化方面，中国信科已在无线网、核心网、传输网、可信云平台等方面研发端到端解决方案，2018年已经具备端到端预商用能力。2019年，将开发2.6/3.5/4.9GHz等多频段、系列化的室内外5G基站产品，支持SA/NSA组网，全面支持5G商用。

目前，中国信科积极构建5G产业生态，2018年以来中国信科与中国移动、中国电信、中国联通、华为海思、东风汽车、中铁国际、高通、是德科技等产业链合作伙伴积极构建了终端、芯片、网络、业务应用、测试仪表等5G产业生态圈，打造了一些列无线与传输融合、移动边缘计算等特色5G技术、产品和服务方案。

众所周知，在无线移动通信领域，中国信科一直是全球TD-SCDMA 3G和TD-LTE 4G国际标准的主导推动者和标准必要专利拥有者，是全球5G核心技术推动者和标准必要专利拥有者、IMT-2020推进组核心企业，我国移动通信网络设备和网络优化服务核心提供商，具备4G/5G基站、天线和网络优化全系列产品，综合应用服务能力突出。目前，中国信科积极发挥在移动宽带等核心技术上的优势，引领技术标准的制定，构筑信息通信领域的新高地，不仅在5G领域已形成了端到端方案能力，构筑了全面的服务能力，还凭借在垂直行业的深厚发展经验形成了独到优势。