5G,美國究竟有多落後?

5G,根據應用場景分為eMBB(增強型移動寬帶)、URLLC(超可靠低延遲通信)、mMTC(大規模機器類型通信)。5G之所以強大,除了體現在幾個方面:


  • eMBB場景下的高速率,通信上的理論峰值能達到10Gbps,比4G快100倍,這對機器3D視覺、AR/VR和雲存儲等非常重要;
  • URLLC場景下最低時延只有1毫秒,比4G降低幾十倍,並能在500公里時速下保持99.999%以上的連接可靠性和可用性,這些對無人駕駛和遠程遙控等非常重要;
  • mMTC場景下的超大規模連接,支持每平方公里100萬臺設備的連接,這對工業物聯網、智慧城市和智能教育等非常重要。

早在2016年底,eMBB的5G標準已經確定,業務信道的長碼、短碼採用高通LDPC,控制信道的控制碼採用華為Polar,數量上說,高通擊敗了華為。這場勝利為高通帶來的是,每年僅中國手機廠商的專利授權費就預計超過30億美元。

2018年6月14日,5G的獨立組網(SA)標準凍結,5G第一階段全功能標準化工作完成。第一階段工作的完成,這意味著對eMBB、URLLC的支持,基本實現了對所有 5G 的新特性和新能力的支持。獨立組網,是相對於非獨立組網(NSA)而言,非獨立組網的優勢是可以依託4G的基站和核心網工作,主要以提升熱點區域帶寬為目標,但無法充分發揮5G的低時延特點,也無法實現網絡切片(對公共物理網絡資源的個性化調用,可在大帶寬、低時延、大連接數等指標上自由取捨)、移動邊緣計算(在接近用戶端的網絡邊緣側提供網絡、計算、存儲等服務的平臺)等支持。

探討美國的5G是不是落後,無非兩個角度,一是5G技術,二是5G應用。

2


先說5G技術。

下圖是德國IPlytics統計的截至今年6月的全球5G SEP(標準必要專利)排名:

5G,美國究竟有多落後?

標準必要專利的意思是其它公司的產品無法繞過的專利,可以看到,華為為首的中國企業顯然在5G SEP的數量上佔領導地位,不過,多國企業在5G SEP上也佔有不容忽視的份額。

大概是IPlytics的統計非常提氣,所以國內大量引用其統計,以證明中國企業在5G上的壓倒性優勢。然而,分析問題不能只看一面。

實際上,按高通陳立人的說法,企業對SEP的披露是出於自覺性,只要企業認為有可能屬於SEP,就可以披露,並不需要第三方認證,所以SEP的準確性是有待檢驗的。

陳立人的說法不無道理,SEP的含金量即使從IPlytics自身的統計上也能發現疑點。

5G,美國究竟有多落後?

上圖是IPlytics今年4月的統計,結合前面6月的統計圖可以看到,僅時隔2個月華為的SEP就暴增606件,不但遠高於國外企業,也遠高於中國企業。更誇張的是,在去年12月的統計中,華為的SEP還只有933件,位列第一名三星的1166件之後,半年時間增長130%,怎麼做到的?

相比之下,高通的SEP僅從去年12月的730件增加到今年6月的921件,英特爾則僅從473件增加到618件。是美國企業放棄抵抗了?那麼,韓國三星更僅從1166件增加到1353件,難道也放棄抵抗了?瑞典愛立信也僅從794件增加到1058件,難道也放棄抵抗了?再看中國企業,中國電信研究院從352件增加到552件,增長不到60%,中興則增長不到80%,難道也放棄抵抗了?

再看下圖,這是5G專利分佈圖。可以看到美國企業的5G專利數量在全球處於領導地位。

5G,美國究竟有多落後?

如果不相信這些國際巨頭都放棄抵抗了,也不相信高通、英特爾這樣的美國巨頭只會開發一堆價值不大的專利充數,亦不相信華為小宇宙爆發,那麼只能得出兩個觀點。

首先,美國企業的5G專利數量與SEP數量形成鮮明反差,足見其的SEP含金量有多高。

其次,不得不令人懷疑華為的2160個SEP有多少含金量?

正如高通陳立人所言,僅從專利數量上衡量是不全面的,專利價值要在市場中體現。

據世界知識產權組織(WIPO)統計,2018年中國發明專利申請量已連續八年世界第一,高達154萬件,佔全球46.4%,比美日韓歐洲之和還多,這是什麼概念?華為一家提交的專利申請比英特爾+高通都多,比華為自己2017年增長34%,這又是什麼概念?然而,按黃奇帆的說法,2018年中國的研發費用差不多2萬億元,但投在“核高基”(核心的基礎高科技)上的僅佔5%,包括華為在內合計1000億元;美國的“核高基”佔比則高達17%,摺合人民幣8500億元;日韓德等G20國家的“核高基”平均佔比更高達20%。不僅如此,按黃奇帆的說法,美國的專利轉化為生產力的平均比例是40%,中國則只有10%。

下圖來自2019年1月23日科睿唯安發佈的《德溫特2018-2019年度全球百強創新機構》。

5G,美國究竟有多落後?

這個榜單的涵蓋行業包括航空航天和防禦、汽車、化學品和化妝品、硬件和電子、家庭用品、研究院和政府研究機構、製造業和醫療、石油天然氣和能源、製藥業、軟件、通信等。該榜單是綜合專利申請數量、專利授權數量、專利申請的廣度和外部引證情況4項指標評出。

可以看到,美國和日本的企業數量佔比72%,這兩個國家是目前全球最強大的創新中心。中國大陸僅有華為、比亞迪和小米上榜。

再看學院派的情況。

2019年11月19日,科睿唯安學術研究事業部公佈了年度“高被引科學家”名單,統計範圍是基於其ESI數據庫中21個按期刊劃分的大學科領域,近60個國家的共計6216人次入榜。在上榜人次前十的國家中,美國2737人次,佔比44%;中國636人次,僅佔比10.2%,包含港澳臺則是735人次;而英德荷法西班牙、澳大利亞和加拿大合計1888人次。

而根據今年美國數據、技術和公共政策交叉研究智庫Center for Data Innovation發佈的一份報告,在全球頂級AI研究者數量上,歐盟以5787人高居榜首,美國以5158人居第二位,中國則僅有977人;2007年-2017年間在AI期刊上發表文章或取得AI相關專利的研究者,歐盟和美國分別高達43064人,28536人,中國僅18232人。與人數的絕對劣勢相反,中國從1998年到2017年發表的AI研究論文高達135000篇,歐盟和美國則分別為164000篇和107000篇,難道中國研究者格外勤奮、有天賦、運氣好?該報告對美國論文的總結是,數量不及歐盟和中國,但平均質量最高。

不言而喻,中國發明專利的水平和實用價值如何。

下圖是澎湃新聞的《中國授權發明專利分析:來自哪?誰最多?》一文中的統計,不妨對比一下國內授權發明專利的國內外主要申請企業,這還是外企的客場,看看是否有IPlytics統計的5G SEP和WIPO統計的發明專利申請量那麼誇張。

5G,美國究竟有多落後?

所以,既無法判斷、也無需判斷中美的5G技術誰更強的,只要知道,並沒什麼證據支持美國的5G技術落後於中國。

3


再說5G應用。

根據3GPP R15標準,5G分兩個頻段,FR1頻段與FR2頻段。

FR1頻段,即sub-6GHz,範圍是450MHz-6GHz,信道帶寬達100MHz,信道帶寬是4G的5倍。FR2頻段,即毫米波(mmWave),範圍是24.25GHz-52.6GHz,信道帶寬更達400MHz,信道帶寬是4G的20倍。相比sub-6GHz,毫米波的信道更穩定、安全性更強、數據量更大、延時更低,是5G的頂級優勢所在。

5G,美國究竟有多落後?

兩者的實際使用區別有多大呢?幾個月前美國CNET對美國、韓國、英國和澳大利亞的共7家商用5G運營商進行了測試。結果是使用毫米波的AT&T洛杉磯、Verizon芝加哥大幅領先,Verizon芝加哥的下載峰值超過使用sub-6GHz的運營商2倍,達到166MB/秒,AT&T洛杉磯更超過3倍,達到230MB/秒。在對4個美國商用5G運營商的實際下載測試中,整體上毫米波的速度也遠超sub-6GHz。不過,測試中毫米波網絡的較好效果在基站30-100米範圍,室內無法使用,還會受到樹木、下雨的影響,這方面sub-6GHz又佔絕對優勢。

實際上,由於波長較長,sub-6GHz能在相同基站數、相同速率下覆蓋大得多的範圍,這個範圍根據谷歌對洛杉磯的測試,100Mbps時是毫米波的4.9倍,1Gbps時是毫米波的5.4倍。反之,有關研究表明,如果利用美國的電線杆部署毫米波基站,採用28GHz下,需要用1300萬個電線杆,花費4000億美元,才能做到100 Mbps速率下全美72%覆蓋、1Gbps速率下全美55%覆蓋。顯然,對於要求較低的網絡,sub-6GHz相比毫米波具有顯著的經濟性。

但正如前面介紹過的,sub-6GHz的潛力是遠不及毫米波的,只能算作5G的廣泛覆蓋方案,毫米波雖然性價比不好,卻是大勢所趨。按大唐移動段滔的解讀,毫米波主要是針對大帶寬、高容量的應用,在eMBB場景的應用集中在室內熱點、密集城區、宏覆蓋、高速鐵路接入與回傳、衛星擴展到地面。

國內媒體之所以一直嚷嚷美國輸了5G,美國也表現得憂心忡忡,就在於sub-6GHz這一塊。正如CDMA技術在上世紀90年代中才開始大規模商用,美國卻早在60年代初便將之用於軍事通信,直到80年代中才開放給民用,造福全球,sub-6GHz頻段早已被美國政府利用,尤其是軍方,所以美國一直將28GHz-37GHz的毫米波作為優先選項。按任正非在《與任正非咖啡對話(第三期)》中的解釋,美國可能低估了5G到來的速度,重心放在了毫米波+6G上。結果是,sub-6GHz這個低配方案大大提前了5G的商用時間,令美國陷入很大被動。在2019年4月美國防部發布的《5G生態系統:對美國國防部的風險與機遇》報告中,美國防部估算了兩種sub-6GHz解決方案的耗時,完全讓出頻段通常要10年以上,共享頻譜也要5年以上。

5G,美國究竟有多落後?

不過,不要忘記美國的人口不到中國1/4,而且美國雖然地廣人稀,城市化率卻高達82%,一些都市圈更接近100%,中國的城市化率相差甚遠,所以美國的5G覆蓋遠不如中國艱鉅。

同時,美國在sub-6GHz頻段的讓出上也沒有想象的遲鈍,年初AT&T就宣佈將在2020年初在全美實現5G覆蓋,覆蓋將主要使用sub-6GHz頻段來實現;Sprint則擁有2.5GHz頻段的關鍵頻譜,其超過70%的基站是基於此頻段。

反觀中國,要實現覆蓋全國的5G網絡,所需的成本和時間不容低估。中國信息消費聯盟理事長項立剛表示,5G基站要比4G基站多1倍,前三年可能需要每年100萬個5G基站,後三年很可能是每年200萬個,最終可能需要800-1000萬個。按中國移動的預計,僅中國移動5G組網就要1.2萬億元。而根據天極網的推測,國內5G網絡的總投資僅成本也要2-3萬億元。2-3萬億元,即使只按2萬億換算,也相當於約3000億美元,成本甚至不比美國用4000億美元鋪設毫米波5G網絡低多少。

再看財務狀況。2017年,美國五大運營商的營業收入合計約2.46萬億人民幣,中國三大運營商則合計1.38萬億人民幣,而且後者建設4G網絡的成本都尚未收回。

所以,綜合來看美國5G組網的負擔可能反倒低於中國。

事實上,儘管中國將5G發展放在很高的地位上,但根據8月份“5G網絡創新研討會”上TD產業聯盟秘書長楊驊的說法,截至7月,三大運營商的5G基站合計僅約3.8萬個,預計年底達到15萬個。另據證券時報報告,明年國內5G覆蓋城市將不會太多,單個運營商會部署20-25個城市、每個城市的基站數量僅約500-1000個。目前這個建設速度與項立剛的估計相差甚遠,因此,無論實現重點城市覆蓋,還是實現全國覆蓋,中國的5G普及速度未必會比美國快。

而放到更大的廣度說,美國的sub-6GHz還有個黑馬補充者,就是SpaceX的“星鏈計劃”,這項計劃由成千上萬顆衛星組成。有些憤青黑“星鏈計劃”,還有說馬斯克是騙子的,但宣佈類似巨型星座計劃的還有一網、亞馬遜、波音、韓國三星等,可見馬斯克並非異想天開的騙子。

對巨型星座計劃絕不可小覷,因為目前專業界對6G有三種判斷,一是6G是基於太赫茲頻段,因為太赫茲比毫米波傳播距離更弱,這意味著6G需要的基站比5G還多得多,不得不用衛星實現覆蓋;二是認為5G+空聯網=6G,還是要往衛星覆蓋發展;三是認為5G+AI 2.0=6G,與衛星也不矛盾;可見,巨型星座計劃是6G的基礎,甚至可能就是5G的未來。

即使是近期,“星鏈計劃”也能作為sub-6GHz的有益補充。“星鏈”衛星使用的是Ku/Ka頻段和V頻段,實際上就是5G的毫米波頻段;“星鏈計劃”可為全球任何地區的用戶提供至少1Gbps帶寬的網絡服務,這又達到了sub-6GHz的帶寬;而包含1.2萬顆衛星的計劃總成本預計僅100億美元;說白了,“星鏈”能以低成本組建洲際5G網絡,這是基於地面的5G網絡不可想象的。

第一批1584顆“星鏈”衛星將用於美國、加拿大的覆蓋,然後是2825顆衛星實現全球組網,最後由7518顆衛星組成更激進的低軌星座。按照SpaceX的計劃,2020年底SpaceX可能會在美國南部提供高速互聯網服務,而到2021年颶風季結束時,“星鏈”的覆蓋範圍可能會擴大到包括美屬維爾京群島和波多黎各等美國領土,預計2025年“星鏈”用戶將超過4000萬,年收入可達300億美元。

5G,美國究竟有多落後?

所以就5G應用而言,說美國落後論據是不夠充分的。相反,如果“星鏈計劃”之類的巨型星座計劃成功運營,美國甚至有可能直接升級到6G。

遺憾的是,類似的巨型星座計劃在中國現有的市場條件下,恐怕根本找不到運營者,因為只有馬斯克這樣真正的企業家、加上非常開放的市場環境,才能孕育出如此大膽的商業藍圖,才能快速、經濟的實現如此宏大和複雜的工程。換做集中力量辦大事的思路,以舉國之力效仿當然也可以實現,但時間、成本恐怕要高得多。

4

一個國家的發展,尊重規律、求真務實、集思廣益才是王道。動輒“震驚體”、“哭暈體”、“厲害體”,動輒“打破技術封鎖”的口號喊得震天響,好端端對外開放,卻經常表現得似要把外國踩在腳下,除了坐實“中國威脅論”,暴露國民精神的自卑和自大,又能贏得什麼?既然開放的大門只會越開越大,既然21世紀是中國的世紀,就應該拿出大國的氣度。

華為副總裁陳黎芳曾向華為新員工分享任正非的話,“我們要正視美國的強大,看到差距,堅定地向美國學習,永遠不要讓反美情緒主導我們的工作。在社會上不要支持民粹主義,在內部不允許出現民粹,至少不允許它有言論的機會。全體員工要有危機感,不能盲目樂觀,不能有狹隘的民族主義”。


分享到:


相關文章: