張弛 三思派
新華社瞭望智庫特約科技觀察員
5G技術與新產業
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出現之後，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，這對於遠程操作，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，更新換代的背後是高成本，他們並沒有太大的動力。但5G是國家戰略，關係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，誰先搶佔市場誰將會更有優勢。
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由於能夠傳播的距離縮短，因此基站數是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。而現在最大的問題就是資金問題。
都說5G改變社會，但這並不是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係，那麼下一步，人工智能（AI）就會改變人類本身；而沒有5G，AI就是擱淺的船。
基於5G的AI首先會改變人類的職務結構，簡單說，低智慧、經驗型、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問題。但華為的創始人兼總裁任正非說：“失業不怕，社會總財富增加就是積極的。”如隨著5G的發展會產生新的職業，就像今天利用各種視頻軟件也能賺錢。
基於5G的AI將會改變人類的職務結構
物聯網
如今，物聯網產業已進入大規模發展階段，低功率廣域網絡（LPWAN）技術是專為低帶寬、低功率、遠距離和大量連接的物聯網應用而設計的，市場已形成窄帶物聯網（NB-IoT）和Lora無線技術（Semtech公司創建的低功耗局域網無線標準）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，佔世界的70%，這是NB-IoT應用的巨大優勢資源。
兩大技術陣營：NB-IoT和Lora
雲計算
在2010年的深圳IT高峰論壇上，大家問李彥宏和馬化騰關於對雲計算的看法，李彥宏說雲計算其實是“舊瓶裝新酒”，馬化騰認為雲計算有可能實現，但是要在幾百年以後。但是臺下第一排有個人對雲計算充滿信心，那個人就是馬雲。
當時的主流觀點是與李彥宏和馬化騰的觀點相似的，因為雲計算對服務器的依賴過大，集中需求難以處理。
但是馬雲作為一個非專業人士，他通過服務器池改變了雲計算，簡單來說就是構造一個雲，包括十萬個以上的服務器，裡面不可避免每天會壞幾個，壞掉的服務器加個標籤就可以退出服務器列，但並不會影響整體性能 。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。雲計算的奧秘就是虛擬、動態、粒計算。
大數據
以前做數據統計的第一步就是抽樣，現在科技發展到我們可以做很大數據量的調查，因此大數據的第一個優勢就是我們不再需要抽樣，由抽樣引起的統計偏差就消除了。大數據如今正在為各行各業增加很多利潤，比如中國的滴滴已經通過大數據收穫了財富。
在4G時代，掌握客戶就是掌握財富；而在5G時代，掌握數據才是掌握財富。大數據的重要意義就在於消除不確定性，實現資源的精準配置。
邊緣分佈式計算（霧計算）
邊緣分佈式運算具有實時、高效、安全的特點。其類似於我們買空調時，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貨就能提高效率。
邊緣分佈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。也可以把網絡想象成一片雲，用戶分佈在地面，想登雲就必須通過霧，這個“霧”就是邊緣分佈式運算。
在邊緣分佈式運算中接入網絡切片，本質就是按照功能性或需求特性將5G網絡在邏輯層面上劃分為不同類型的虛擬網絡，從而應對複雜多變的應用場景。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
我國的北斗一代源於1991年的海灣戰爭，美國的GPS導彈震驚世界，決策層深刻意識到以後沒有導航定位系統無法打仗，於是在1995年前後制定了相應的政策。
2000年，美國的衛星系統已經有了30顆衛星，位於運動中軌道；我國的北斗一代只有2顆，而且位於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，可根據比例獲取相應收益；同時中國在整個系統的開發運作過程中可以提升技術，學習市場開發的經驗，為開發獨立的衛星導航系統打下良好的基礎。
隨後印度和日本也加入了伽利略計劃，由於他們投入資金少，但享受同樣的戰略資源，最後中國退出了伽利略計劃，開始了北斗二代的研究。
因為衛星軌道和空間頻率是人類共享的資源，遵循先佔先得的原則，因此只要軌道和頻率沒有被佔用就可以申請。當時歐洲和中國有些衛星的頻率是重合的，並且都得到了批准，誰先發射誰就將佔用這些頻率。
2007年，中國的北斗二代第一顆衛星上天了，並且一年發射了好幾顆。北斗二代的快節奏給歐洲帶來了緊迫感，中國也繼續按照自己的既定節奏發射衛星。
我國首先將北斗二號運用在漁業上，其雙向短信功能在搜救中得到了完美應用：漁船遇到險情後一鍵求救，終端會自動把附帶著定位信息的求救短信通過衛星發送給岸上的救援隊，短信最多可編輯140個字，每條僅需0. 3元，實現了衛星導航+海事衛星電話的功能。
按照原計劃，我國應在2020年發射55顆衛星，到目前我們還沒完成這個目標。因為在北斗二代衛星的建設過程中我們突然發現兩個問題：
▶一是用的銣原子鐘是美國進口的，一旦美國製裁，我們就會失去主動權；
▶二是我們缺乏海外基地，地球背面衛星的導控是個難題。
於是，我國在北斗二代衛星的基礎上做出了兩項重大調整：
▶ 一是用我們自主研製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射到一顆衛星，就可以在35顆衛星中互相轉發，形成對所有衛星的導控。
2017年11月5號，我國發射了第一顆北斗三代衛星，可距離2020年只剩下短短不到三年的時間了，全部換成三代衛星，時間來得及嗎？
北斗衛星團隊的“小宇宙”爆發了，兩年時間發射了20多顆。也許，未來全球組網後的北斗系統將是全世界最好的定位導航系統。
中國正在籌劃北斗二代的地面基站增強系統，通過在路燈杆、信號塔等地方架設北斗基站設備，與基於天上基站的衛星相互配合，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產生巨大影響，所以我認為，導航定位的未來在中國。
5G+北斗的革命
5G加上北斗會引發什麼樣的變革？
上帝視角的自動駕駛
近年來駕駛車輛的數量和速度都有所增加，如果我們的感官來不及反應就會發生危險的事情，未來自動駕駛將會是趨勢。
雖然特斯拉已經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。
未來基於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，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送電波指揮駕駛，車和車之間也可以相互交流；同時採用了“故障導向安全”的負邏輯策略，即網絡一旦出現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在正在普及之中。例如無人區裝沙石的大卡車的司機很貴，一輛車連續運作需要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，並且只需要一個人在大屏幕前監督，而不是操作，這方面的程序已經非常成熟。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。
生產資料和工具入雲
北斗三代衛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。夜間工人揹著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，這可能出現重大事故。於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網模塊，可以把它的實時位置上傳到雲上，每一個工具都是動態顯示，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，礦車和挖掘機裡沒有人，人在展廳中通過遠程操控完成作業（前面的屏幕相當於挖掘機的擋風玻璃），這樣挖掘就不需要在嚴寒酷熱的環境下工作了。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，而5G就可以實現這樣的場景。
拖拉機農機自動耕種
現在已經有了5G+北斗的設備產品，當拖拉機頂上安裝了這樣的設備，拖拉機就可以實現自動駕駛，機械操作比人精準得多。
武器裝備的無人作戰
坦克可以實現1+N操作，將來數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會怎麼樣？5G網絡還沒使用上，就開始研發6G網絡了？沒錯，現在就要開始前瞻佈局進行研究了！
最近國際電信聯盟（ITU）召開了“網絡2030”研討會，焦點組主席做了壓軸發言，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。現在的網絡資源是共享的，使用Wi-Fi的人一多網速就會變慢，這就是“盡力而為”。“盡力而為”在日常使用可以，但是在工業控制上這就是“噩夢”。
6G網絡的速度幾乎能達到1Tb/s，在人工智能和大數據的管理下，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之後，運營商網絡和衛星網絡等可以全面融合一體化。
美國目前已經廢除了運營商中立政策，要大力發展5G，因為5G代表國家戰略和未來科技的制高點。工業革命落後，我們長期追趕；現在我們正面臨信息之戰，信息革命是一場國運之戰，中國必須在這場戰爭中取得勝利！
本文選自《世界科學》雜誌2020年1期“大家”欄目。文章觀點不代表本機構立場。
