5G為何成為中美爭奪的核心
12月21日，美國最大的電信運營商之一AT&T在全美12個城市率先推出移動5G服務，成為美國首個也是唯一一家基於標準的商用移動5G網路供應商。
而除了美國巨頭AT&T外，在5G領域，另一大巨頭華為日前也傳來好消息。華為公共及政府事務部12月19日表示，目前已獲得25份5G商業合同，作為全球最大的5G供應商已出貨超10000個5G基站。2019年上半年，華為將發布搭載5G晶元的5G智能手機，並將在2019年下半年實現規模商用。
全球5G網路建設已進入肉眼可見的商用部署關鍵期。預計在2020年完成部署的高速移動5G網路，不僅意味著更快的互聯網接入速度，也意味著對整個工業應用產生巨大革新。憑藉超高帶寬、超低時延和海量連接的網路，5G作為產業互聯網的基礎支撐，將帶來更多的連接設備和更智慧的生活。
(一) 5G時代，智慧生活搶鮮體驗
清晨醒來時，暖暖的被子以及枕頭以一種觸摸式震動的方式，溫柔地把你從美夢中喚醒。然後窗帘緩緩地拉開，房間的室內燈也自動亮起。吃完早飯就要出門了，在愛人幫你整理領帶的間歇，手機已經下載好了新聞、視頻的內容，還有近期熱門電影、遊戲新作。你下樓走向車庫的一分鐘時間，足以讓這些信息在手機和車輛間傳輸近百次。坐上車，手機和車輛已經完成了數據同步。車輛尚未啟動，雲端的交通數據路況信息和行程進行對比後，把最佳出行路線「告訴」了你的智能愛車。
隨後，你會徹底地解放自己的雙手。只要輸入你想去的目的地之後，車子就會自動行駛。在辦公或者趕路閑暇時間，還可以帶上VR眼鏡進入另一個全新的虛擬世界，那裡呈現的一切都特別的「真實」，好像眼前景象就在你身邊一樣。
以上的場景，可能馬上就會成為現實。今年8月，中國電信、中國移動、中國聯通三大運營商已經基本確定了第一批5G試點城市，國內5G商用迎來倒計時。
中國IMT-2020(5G)推進組組長、中國信息通信研究院副院長王志勤更指出，5G時代下的智慧生活，最大特點將是萬物互聯，各種新模式、新業態會層出不窮。
到底什麼是5G？
快，是很多人對5G的第一印象，也是5G最厲害的「殺手鐧」。
5G網有多快？目前流行的4G網路，下載速度僅為75Mbps，而5G網已經達到1Gbps，未來的速度更是有望達到10Gbps，這意味著一部高清電影的下載時間最快只需要不到1秒。
「G」是英文單詞「generation」的縮寫，從1G到如今的4G，人類完成了從模仿技能到數字化通信再到無線寬頻的技術轉變，傳播速度更快的同時，對技術水平的要求也越來越高。對於5G通信而言，其大帶寬、低延時、廣連接的特點，從根本上來講，是通信行業的一次技術革新。
「5G通信具有速度快、頻譜利用率高、能耗控制好、系統容量大等突出優點」，北京郵電大學網路技術研究院教授、博士生導師馬嚴告訴記者，從技術上看，毫米波、多天線、微基站、波束賦形以及基於OFDM(即正交頻分復用技術)優化的波形和多址接入、高效信道編碼、網路切片與網路功能虛擬化等，是5G所需的若干重要關鍵技術。
無線通信使用的電磁波頻率越高，頻段就越寬，速度也越快，這和汽車在六車道的馬路上，比兩車道的馬路上跑的更快是同樣的道理，因此高頻段也成為了5G通信的第一個特點。按照工信部的部署，中國目前5G的初始頻段為3.5 GHz或4.8 GHz左右，比1.8GHz的4G網高出1倍多，商用5G的高頻段更是可以達到24.25 GHz—27.5 GHz甚至是37 GHz—42.5 GH。
5G通信的第二大特點是微基站，按照波長等於光速(固定)除以頻率的公式，不難發現，頻率越高的電磁波，波長就越短，按照5G最先商用的28GHz高頻段來看，其波長只有10.7毫米。這麼短的波長，在傳播過程當中衰減的程度相當高，並且覆蓋能力很弱，這就需要大量建設基站，而5G的基站建設模式將向密集化、小型化和智能化方向轉變。
多天線的大規模MIMO，實現了數據的快進快出
多天線的大規模MIMO(多變數控制系統)，是5G通信的第三個特點;在3G/4G時代，載波波長在分米級，小基站的天線長度也差不多。但來到5G時代，載波縮小為微米級，實際上給天線騰出了更多空間，在行業內叫做Massive MIMO，又稱為large-scale MIMO。顧名思義，就是在基站端安裝幾百根天線，從而實現幾百個天線同時發數據。
在信號的傳遞上，為了減少折損，5G採用的是波束賦形，基站可以採用更有效的傳送通路將數據發送給特定用戶，從而降低周圍用戶間的干擾。對於毫米波來說，波束賦形解決的更是易於受物體阻擋和路徑衰減較快的問題。
此外，5G時代設備之間無需轉換，就可以採用同一頻率進行信號接收。以手機為例，它們彼此之間交換信息，甚至不需要通過基站傳送，在通信學上的專屬名詞就叫做機器對機器通信D2D模式，同樣極大提高了信息傳輸的效率。
重定義你與世界的連接
因為目前資費不菲及初期部署信號可能不穩定的情況，所以5G可能不會短時間內馬上徹底接管使用廣泛的Wi-Fi，但是5G通信對於這個時代的意義，則遠遠不止下載電影這麼簡單;從自動駕駛汽車到人工智慧機器人再到全新的物聯網社會，數字通信改變的一小步，也是人類生活方式轉變的一大步。
在移動通信領域，大約每十年就會出現一代新的技術。2G時代主要是提供話音業務，GSM網路模式迅速全球擴張，成為2G標準主流。3G時代移動多媒體業務開始出現，4G時代以蘋果iOS和谷歌安卓系統作為主要代表的智能手機，引爆了移動互聯網的發展。
今天的移動互聯時代，無所不在的4G網路覆蓋、不斷下調的流量資費和快速普及的智能手機。幾乎每個人一部手機吃喝玩樂行遍天下，而5G則將實現從移動互聯網向物聯網的拓展。
物聯網領域中，無人駕駛汽車可以說是個熱門，無人駕駛對於通信時延、通信穩定性、通信效率要求很高，之所以遲遲沒有大規模的試商用，一部分原因就是通信問題沒辦法保證。而5G的出現恰巧可以解決這類車聯網與無人駕駛的問題。
打個比方來說，無人駕駛在4G網路下，車輛的「反應」就像喝醉酒一樣，節奏慢半拍，可能數據還沒傳輸完，現場就出現了新情況，危險還是太大，無法確保安全。而使用了5G網路才能真正讓安全係數提到最高。
在理論上，5G網路使車輛控制信號傳輸的端到端時延控制在10毫秒以內，這意味著車速為90km/h的情況下，因時延造成的剎車誤差僅為24厘米，從而使車輛在遇到極端危險狀況進行緊急制動時仍可最大限度保證安全。
機器人將成為5G時代殺手級應用。圖為2018年11月7日，在浙江烏鎮舉行的第五屆世界互聯網大會「互聯網之光」博覽會會場內，一台5G人機互動機器人與工作人員玩起了「猜拳」的遊戲，迅速的反應讓參觀者吃驚。
「5G第一階段商業應用主要圍繞在移動互聯網和一部分高可靠、低時延的場景。未來5G的發展目標是為了解決物聯網，能夠實現5G作為通用技術承載多種業務。」王志勤表示。
在5G時代通信下，製造業也將產生巨大變革，5G可以使智能製造閉環控制系統中感測器(如壓力、溫度等)獲取到的信息通過極低時延的網路進行傳遞，最終數據傳遞到系統的執行器件完成高精度生產作業的控制，並且在整個過程需要網路極高可靠性，來確保生產過程的安全高效。基於5G的種種特徵，通過在線視頻、虛擬現實技術手段將能夠實現遠程診斷、遠程影像會診、遠程監護、遠程手術等，將會具有實際落地的案例。
在醫療領域，病人行動受限的緊急室外場景或急救途中，醫生可藉助虛擬現實、增強現實等技術手段實現遠程機器人手術。同時，醫療可穿戴設備實時測量上報血壓、血糖、心電等健康體征數據，實現對身體隱患的早期發現和治療以及慢性病早期監控。
標準延緩為完善研發
12月18日的一則消息，也聚焦了全球緊鑼密鼓部署5G各國政府的目光：在義大利舉行的3GPP(標準化機構組織)會議上，3GPP主席Balazs Bertenyi表示，5G網路的R15標準的第三階段和後續階段將推遲到2019年的3月，而該標準原本計劃在2018年12月底完成。
所謂的5G標準，主要規定的是組網模式，骨幹網和接入網如何互聯，不同國家運營商會選擇不同模式，設備製造商就需要根據甲方要求予以實現，因此統一標準很有必要。
對於3GPP為何要推遲5G標準，有說法表示，「是為了預留更多的時間確保3GPP各種工作組之間充分協調，以及保證網路與終端、晶元之間更完善的兼容性等。」馬嚴認為，5G標準的推遲頒布，實則也是表明了國際上對5G的態度：「希望驗證完善以後再頒布，不希望過度超前予以制定，這同樣給5G研發應用指明了方向。」
（二）5G時代，中國領先了嗎?
記者/趙天宇
由於技術和市場的原因，中國的移動通信網路建設，比美國和歐洲晚了很多年，甚至一度連隔壁的日本和韓國也比不上。
昔時奮力追趕
1995年，中國才開始建設2G網路，直到2009年第一個3G網路才開通，比世界上第一個3G網路晚了8年，甚至日本有運營商早在2008年3月就宣布關閉2G網路;到2013年中國第一家4G牌照發放，依然比世界上第一個4G網路晚了3年。
或許是意識到了巨大差距，在5G布局上，中國則頗有些「聞雞起舞」的意味：早在2013年2月，由工信部、發改委和科技部聯合牽頭的「國家5G推進組」就已經成立，開始5G研發和國際合作。此後，華為、中興通過堅實的研究儲備和工程化能力成為5G重要的標準制訂者和成套設備提供者，三大運營商也積极參与建設。
2017年5月，高通公司發布的《5G經濟研究報告》預測，2020—2035年之間，5G對全球GDP增長的貢獻將相當於與印度同等規模的GDP，更為直觀的數據是，到2035年，5G在全球產生的GDP約合12.3萬億美元，這與中國在2017年全年的GDP相當。
實際上，圍繞5G的研發與應用，世界各國早已展開了激烈的競爭，美國和韓國是在全球範圍內最早開展5G試商用和商用的國家;日本計劃在2020年奧運會之間提前部署5G商業系統，並在2023年擴大到全國;英國早在2012年就推動5G研發，政府方面也投入巨資，積極探索5G商業模式、服務和潛力。
在中國，華為位列5G Polar碼公布專利數世界第一，在LTE(准4G網路)市場份額上也已經位列全球首位，不少企業正在加大研發力度，中國移動更是宣布，北京移動攜手華為於2018年12月已經率先在北京市國貿CBD完成4.9GHz頻段的5G基站測試及驗證，並在2019年開始5G商用。
從3G時代的跟跑，到4G時代的並跑，如今在5G應用研發上，中國是否已經開始領跑了?
現今優勢見長
北京郵電大學網路技術研究院教授、博士生導師馬嚴說，過去幾十年，美國等工業發達國家一直在全球移動通信技術發展中扮演領頭羊的角色，但在5G時代，美國的這種巨大優勢正在喪失，告別一家獨大的局面，甚至在無線通信設備製造領域，美國已經捉襟見肘，「這是一個產業融合的過程，大家(參與國家的相關企業與機構)在這個過程中都有貢獻，中國不是一家獨大，但已經絕對是主力軍」。
清華大學信息技術研究院無線中心副主任、電子系教授周世東也認為，商業市場不是國防軍工，用領跑形容哪個國家都不合適，在5G領域，每個國家都在積極發揮自身優勢，中國是最重要的參與者之一。
「我們最大的優勢在於市場」，周世東強調，中國之所以在1G、2G通信時代發展較慢，與當時經濟發展水平有關。如今，中國人口已經超過14億，比美國和歐盟的人口總和還要多30%左右，並且消費能力不斷提升，市場前景良好，這是其他國家和地區所無法比擬的。
當然，技術和政策上的優勢同樣值得關注，尤其是改革開發四十年以來，技術成果轉化生產力水平不斷提升，一大批行業企業快速成長，都從客觀上促進了5G產業在國內的快速發展：「美國、歐洲人聰明，但中國人也不傻，我們集中力量辦大事，集中力量在真正需要突破的地方，也已取得領先的成績」，馬嚴說。
未來前景可期
數據顯示，截至2018年12月，我國5G基站數量已達35萬個，是美國的10倍。在技術和標準的雙重助推下，中國的5G建設也正在提速，三大運營商均已開始了5G網路試點。
中國移動提出在上海、杭州、廣州、武漢、蘇州五個城市進行外場測試，每個地區將建設超過100個5G基站，並在北京、成都、深圳等12個城市開展5G業務與應用示範。
中國聯通則在北京、天津、青島、杭州、南京、武漢、貴陽等16個城市試點建設5G網路;中國電信也計劃在雄安、深圳、上海、蘇州、成都、蘭州等12個城市開展5G試點。
中信建投通信行業分析部門的數據顯示，未來中國的5G基站數量將是4G的2倍，運營商5G建網主體投資可能高達1.23萬億元，較4G投資增長68%。國內5G商用的大幕已經徐徐拉開。
暢想未來，真正「萬物互聯、智慧生活」的5G時代，離我們還有多遠呢?
周世東認為，目前很難下定論，「從3G到4G時代的增速，已經超乎很多人想像了，5G時代會有更多可能。」4G網路美好卻並不完美，最大的「詬病」依然是網速。以當下最火熱的無人駕駛汽車為例，4G的網路延遲大概是50毫秒，這將無法滿足無人駕駛汽車所需要的響應時間。比如，一輛無人駕駛汽車以100km/h的速度在高速公路上飛奔。50毫秒的時間大概行駛近2米距離。這可能是生死的差距。而5G網路低至1毫秒的延遲，讓自動駕駛汽車在馬路上暢行無阻成為了可能。
馬嚴則認為，大規模普及至少還需要5年以上的時間，因為產業化能力轉化需要一定時間，不可能一蹴而就。除了智能駕駛，在5G時代，可穿戴設備、智慧城市、物聯網、車聯網，甚至遠程手術、遠程維修都將成為可能，所謂的智慧城市、智能生活將不再局限於文字筆墨當中。5G將連接工廠、汽車、無人機等萬事萬物，並在萬物互聯的基礎上加速機器學習和人工智慧部署。「有些領域已經開始試用了，例如工業製造領域，隨著生產能力、製造能力的增強，未來的發展形勢將非常好」。
當然，與任何一項新技術一樣，5G不可能憑空而來，它的快速發展，同樣依賴於對現有技術的深入研究與利用。比如用在LTE Advanced和LTE Advanced Pro 上的載波聚合、物聯網、車聯網技術等等，還有不小的進步空間。業內人士也認為，未來幾年時間，4G和5G將平行發展，一邊是4G的繼續成熟，一邊則是5G的創新研發和逐步在5G設想三種場景下的大規模部署。
記者/趙天宇 何從
編輯/吉菁菁 供圖/視覺中國(除署名外)
採訪專家
馬 嚴（北京郵電大學網路技術研究院教授、博士生導師）
周世東（清華大學信息技術研究院無線中心副主任、電子系教授）
本文由中國數字科技館聯合北京科技報《科技生活》周刊采編製作，是中國數字科技館(www.cdstm.cn)原創內容，轉載請註明出處和作者，否則我們將依法追究侵權責任。
※名字這麼野，肯定是個廣東人
※「每天8杯水」，到底是多大的杯？這個說法是怎麼來的？
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