九旬专家李进良:商榷5G三大问题如何应对

发布:思齐 日期:2020-10-10 11:11 5g

5G发展如何采取得力措施降本增效?

 

文 | 中国电子科技集团公司第七研究所教授级高工 李进良

 

自从5G问世以来,各种争议不绝于耳,赞成者固然是主流,但反对的声音也不少。最近前财政部长楼继伟先生从钱财方面提出5G三大问题:技术很不成熟、运营成本极高、不易消化成本。楼先生认为现在不着手解决5G运营和应用问题,将来会成为国内大循环的一个堵塞点。基于此,我对5G发展面临的三个问题加以分析,借此商榷,探讨对策。

 

技术很不成熟

 

“现有5G技术很不成熟。”5G第二阶段SA独立组网标准Rel-16版本7月3日刚刚冻结,我国当年就立即大规模部署,自然不成熟,但是是不是很不成熟呢?值得分析认识。如何对待不成熟的5G,是等待其成熟了再布局,还是力促其成熟,必须探讨对策。

 

 

从1980年开始的移动通信发展历史来看,1G到4G,每一代建网初期,都会暴露很多问题,有技术体制标准的缺陷,有工业制造的设备质量不过关,有网络部署不完善,还有终端不适应等等,不一而足,引起用户的不满和怨言。只有经过几年的磨合,不断发现问题,不断解决问题,网络、终端逐步提高改进,慢慢用户适应满意,这一代发展也就到了高峰。随着技术的进步,人们产生了更高的需求,原来这一代虽经改进也不能满足,大概历经十年左右,又诞生了下一代。

 

移动通信从模拟的1G到数字的2G,这是一次革命性的技术体制飞跃,而2G~5G的发展过程,其数据速率是由低而高逐步提升的。1995年2G的GPRS速率仅56kbps,2000年3G标准诞生,受限于当时的国际电信水平,发展目标是沿着有线固定通信老思路定位在“移动的ISDN”,也叫一线通的2B+D传输速率144kbps,最高仅384kbps。当初并没有料到1996年后基于计算机的互联网会飞速发展,因此,欧美标准从未考虑适应互联网的要求,这样3G便处于一种高不成低不就的尴尬状态。而且WCDMA和cdma2000都是频分双工FDD存在不适应语音通信与互联网非对称业务的致命弱点,以致到2005年日本、欧洲和黄、香港和记还都发展缓慢、经营困难、甚至巨额亏损,欧美的3G商用一再延期。这就迫使WCDMA不得不修改升级为3.5G的高速下行分组数据接入HSPA标准,速率逐步从1.8Mbps、 3.6Mbps、 7.2Mbps、14Mbps一直提升到21 Mbps,这才获得发展。

 

而中国提出的3G标准TD-SCDMA(以下简称TD-S)是采用时分双工TDD,以及S开头的智能天线(smart antenna)、软件无线电(softradio) 和上行链路同步(synchronisation)3项关键专利技术综合开发成的CDMA移动通信系统。由于采用TDD技术,它利用了语音通信的特点,当一方讲话时对方都是在听的,因此只用一个下行的路,上行的路是空闲的;还有互联网非对称业务的特点,从网上下载的远远多于发给网上的,因此也是下行路忙,上行路闲;只要一个频段,按需分配上行或下行的时间。所以TD-S有它节约频谱的天然优势,符合移动互联网发展方向。

 

2009年1月7日,我国最终决定同时发放TD-S与WCDMA,及cdma2000三张3G牌照,当时WCDMA和cdma2000有七八年的建网运营历练,技术上已经成熟,应用较多,有上千款终端;而TD-S刚刚商用,技术很不成熟,处于弱势,有人喻之为与狼共舞。

 

当年批评中国移动的3G比今天批评5G更起劲。值得欣慰的是,全国TD-S产业界与中国移动顶着骂名埋头4年艰苦努力,终于成熟,2013年TD-S像井喷那样爆发,新增9276万用户,竟为中国电信与中国联通二家之和的1.6倍。新款TD-S手机型号核准数,已经超过了二家,达到了与WCDMA手机:同步、同价、同质的三同目标。WCDMA从2000年日本开始建网商用,经过14年所达到的水平,TD-S 只用四年就赶上了,这在移动通信领域真是一个奇迹!TD-S的TDD体制为移动互联网先行探寻了一条新航线,4G的TD-LTE速率得以达100Mbps,比LTE FDD的频谱效率提高约一倍,5G也是TDD速率提高10倍达1 Gbps 。

 

特别是TD-S对中国电子信息产业的巨大推进作用

 

中国移动通信产业丢失了第一代,错过了第二代,第三代必须自主创新。

 

全世界不管谁生产CDMA的系统设备还是手机,都要交纳2千万元的“入门费”,大头还在厂家必须购买高通的芯片,并按销售额的5%至8%给高通提成,几年累计即高达500亿元,再加上入门费、芯片费,金额之大,更是惊人,中国的3G制造业便沦为给高通打工!

 

相反,推行自主创新的TD-S标准,中国就促成了从“系统技术突破”到华为中兴展讯等“产业群体突破”,形成了从核心网设备到接入网设备、从芯片到终端、仪表等完整产业链,使市场占有率超过80%,几年累计高达15000亿元,从而大大提高了我国信息通信产业的水平。因此,TD-S开恳了电子信息产业丰收的处女地,可以说没有中国3G的艰苦创业,就不会有中国4G的并跑,也就不会有中国5G的领先!

 

5G标准是中国主导全球统一制定的标准必须要上,可不可以晚几年?2018年4月美国首先打压中兴,2019年4月3日韩美二国争先恐后抢跑5G首发,拉开了全球5G竞赛的序幕。紧接着4月12日美国总统特朗普宣布“5G竞赛是一场美国必须要赢的比赛”。5月15日,美国将华为列入“实体清单”,对中国5G禁用、断供双面夹击。美国打压中国科技企业的目的,就是遏制中国在关键科技领域超越美国,5G将改变社会,中国的领先会让美国失去主导世界的权力。在这种迫在眉睫的严峻态势下,中国必要进行一场急行军,抢占5G至高地。工信部不得不调整原定“2020年5G正式商用”的计划,提前于2019年6月6日发放5G牌照,牌照的发放吹响了中国誓赢5G进军号!

 

2020年大规模部署5G SA独立组网,这是我国第一次实现从主导设计到率先部署的新一代网络,必然要承担技术不成熟的一定风险。当年力促中国3G TD-S成熟的成功经验值得我国今天5G借鉴。由于中国企业的5G标准必要专利占全球专利总数的30%以上,基于必要专利制定的5G标准中国是重要主导者,华为、中兴作为全球主设备商的龙头,3G/4G积累了丰富生产经验,在此基础上开发继承4G基因的5G系统,有了根底驾轻就熟,而且通过了为期两年国家组织的严格试验,现阶段建网所用设备虽是技术不成熟,但也不像当年TD-S那样技术很不成熟,更不会存在颠覆性的问题。

 

我们要以史为鉴,最早部署3G/4G的国家,都经历了网络不稳定、问题多多的导入期。中国3G部署晚了8年,4G晚了4年,跨过了这些麻烦阶段,而5G率先部署,我们必然要经历导入期的困境,肯定需要花大力气攻克技术不成熟的许多障碍。所以,不要用之前3G/4G的顺境来纠结5G,我们要有思想准备2022年之前5G的体验可能都不会很好,但2023年也许我们就能用上稳定便宜的5G了。如果推迟到2021年在5G Rel-17标准定稿后才布局,我们要等到2025年才能用上稳定便宜的5G,在当前这种严峻的竞争态势下,也许我国的移动通信技术就再次落后了。当初3G晚七八年,不少人都在骂为什么不早点上3G,现在5G与世界同步,我们应该从中国3G/4G的成功增强5G必赢的信心。

 

运营成本极高

 

“现有5G运营成本极高。”究竟高在何处,能否降低?最终是不是仍然极高呢?值得分析认识。楼继伟还提出“要降低基础设施和准公共设施的用户成本,基础设施适度超前是必要的,但有些方面过度超前,抬高了用户成本。这些成本要逐步降下来,不然会是国内大循环的堵塞点。”这个意见提得好,要认真对待,究竟采取什么得力措施降本增效,究竟应该怎样适度超前建设、如何合理运营才能达到降本增效目的,必须探讨对策

 

5G由于所划分频段更高,存在覆盖能力小、单站能耗大两大问题。导致网络部署基站密度更大,与4G相同覆盖的基站数量需要加倍,以致5G网络的能耗数倍于4G,这确实会带来5G的部署成本与运营成本都是4G的数倍。要想降低部署成本就必须降低基站单价和基站数量;要想降低运营成本就必须降低单基站能耗和基站运营数量;从用户成本和碳排放的角度来看,全网能耗是当前移动通信行业面临的最大挑战之一。

 

要想降低全网的部署成本与运营成本,除了依靠制造商大力降低单基站的价格与能耗之外,关键是要减低全网所用基站数量。如果让一个个1000平方公里的城市(比如深圳)的每一寸土地上都覆盖1Gbps的大功率无线蜂窝网络,在经济上部署成本与运营成本肯定是巨大的。有人分析5G基站的能耗是4G的4倍以上,一年耗电7万元,如果完全覆盖全国,需要建设约600万个5G基站,5G电费将高达4200亿元,这是三大运营商年收入的三分之一。现阶段,中国各运营商年利润逐年下滑,增量不增收,此时让运营商过度超前提供上千亿资金强行推广尚未普遍应用的5G,除了让制造商短期受利,长期来看是在恶化整个行业的大环境。

 

如何采取得力措施降本增效?
 
1
网络部署
 
要依据5G的特点与场景采用下列措施尽量减少全网的基站数量。
 
1)按频谱特性与业务需求选用合适频段

 

5G网络不仅用于人与人之间的通信,还要用于人与物以及物与物之间的通信和控制。接入网络的设备数上千亿,流量增长超千倍,性能提升比4G至少十倍,例如一部10G大小的视频,4G下载需15分钟,5G仅需9秒;汽车无人驾驶智能刹车控制反应距离,4G是1.4米,5G仅2.8厘米。因此,高速率、大容量、低时延等特性的5G需要十倍以上的频谱带宽。5G为满足万物互联的不同场景,因此,其频谱需要面向低(0 GHz~3 GHz)、中(3 GHz~6 GHz)、高(6 GHz~86 GHz)全频段。

 

由于电波传播特性随频率升高而变差,1GHz以下低端优质频率具有良好的传播特性,可大大增加覆盖范围,可更好地支持5G广域覆盖和高速移动场景下的通信体验。从而大大减少建网成本,提升技术与产业竞争力。

 

以900 MHz和1 900 MHz、2 600 MHz三个频段的路径损耗来规划设计覆盖农村地区为例,采用900 MHz频段所用站点仅是1 900 MHz的30%、2600 MHz的15%。所用投资仅是1 900 MHz的28%、2600 MHz的13%。

 

我国5G的频谱划分为3300~3600MHz,带宽300MHz ;4800~5000 MHz,带宽200MHz ;同样的网络覆盖,3500MHz的投资比4G的2600MHz,要高出50%。如以700 MHz 、900 MHz取代3 300 MHz、4 800 MHz来规划设计覆盖农村地区,那优势就更加突出了。

 

工信部2016年前已规划给CDMA或GSM用的2G频谱有825 MHz~835 MHz/870 MHz~880 MHz,共计20 MHz带宽;885 MHz~915 MHz/930 MHz~960 MHz,共计60 MHz带宽;1710 MHz~1755 MHz/1805 MHz~1850 MHz频段,共计90 MHz带宽。

 

因此,5G频谱规划应对2G清频3G共享,对广电700 MHz频段快速利用起来,则可获得黄金频谱红利、技术创新红利、成本节约红利(详见李进良《为5G频谱规划应对2G清频3G共享》)。

 

建网时,在城市热点用高频率、大带宽、大容量,郊区和农村用低频率、窄带宽、小容量。建议工信部组织4家基础运营商商定共建共享规划:当前农村和边远地区5G网络建设暂缓,待明年开始由铁塔公司用700 MHz频段5G设备全面铺设,供全国共享。

 

2)按移动、固定状态及业务场景需求合理布局5G频谱与光纤、WiFi 6

 

运营商要改变以往全面覆盖的思路,可先建5G园区,5G娱乐中心,5G工业区等等。这样以点为落脚,而不是去铺网,切忌过度超前。这样:一可做到针对性建设,给5G提供好的落地环境,提升5G初期应用体验。二可节省大规模建设却没人使用的巨大的溢出成本。三可积累网络建设、优化的经验。就是先做好一个个落脚点,再视业务发展情况,由点逐步扩展到面。

 

只把5G高频段部署在人群密集且移动大的地方,如机场、车站、体育场、剧院、会场及铁路、公路沿线。即点、线布局。这些应用场景,上网用户很多,空间没有什么大的障碍物,需要联网的终端,多到4G和WiFi都超过上限,又不能连固网,用上5G能增加收入或提升用户体验。特别密集处可用毫米波,适合补点,不宜普及。

 

城市的街道适用5G中频段覆盖,即大区域布局。按照正常市场规律,5G应该随着业务需求起来,先点后面,先高密度区域再低密度区域,慢慢替代4G,慢慢上。

 

小城市及镇5G真正有需求的地方不多。当前只在少数地点建少数宏基站补热点,随着业务增多了再增添基站。远郊区及农村全部用700MHz频段。

 

其他大部分区域如在家里、学校、公司三个最常慢速移动地方让一个个建筑内部部署室内分布系统,或直连低成本1Gbps光纤、WiFi 6。即小区域布局。

 

要利用人工智能、大数据、云计算等先进技术,作精准布网设计,有针对性的部署。使得整个5G网络基站数量、布局站址恰到好处,而且进一步对覆盖实现动态频谱管理和频谱资源共享随环境变化而优化。尽可能采用时分双工,使5G继承中国3G TD-S的时分双工优良基因,比4G的LTE FDD的频谱效率提高约一倍。
 
2
网络运营
 
依据5G的业务需求尽量减少全网的能耗。

 

当前真正在使用5G的人是少之又少,三大运营商宣布智能关闭5G基站。如联通宣布晚9点到第二天9点关闭某些地区的5G基站也不失为一个减少能耗的可行休眠办法。运营时,通过人工智能调度的算法对业务进行动态频谱管理和频谱资源共享。在低速率或低业务量的情况下使一些基站关断,在有业务来临时,立即开启,不耽误正常的业务运行,使它整个达到节能的效果。

如白日上班的办公区是需要提供5G高传输能力,此时家属区则需求较弱;而夜间相反。期望制造商与运营商合作集中技术力量,除减低每个基站的能耗之外,要充分利用其掌握的AI人工智能、自动化网络运营等创新技术对各站点设备进行统一的监控,把所有站点的能耗分布勾画出来,进行能源管理,使得5G随需求自动调整,5G的总能耗争取做到和4G相当。这是运营商降低运营成本的关键。

 

不易消化成本

 

“5G数千亿级的投资已经布下,找不到应用场景,今后消化成本是难题。”究竟有没有应用场景?能否消化数千亿级的投资?也就是5G值不值得作为“新基建”大张旗鼓地建设,值得分析认识。我们国家究竟应该怎样将找到的应用场景在全国全行业推广,如何运营这些新兴智能行业才能达到消化巨额投资的理想效果,必须探讨对策。

 

从1G到4G,这四代都是解决人与人的连接通信问题。现阶段,全球新一轮科技革命和产业变革正在孕育,人工智能、大数据、云计算等等兴起,跨行业、跨领域的融合创新不断深入,已经不满足于人与人通信的移动互联网的4G,日益期望扩展物与物、人与物智能互联即物联网,使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。这样移动互联网与物联网就是未来移动通信发展的两大主要驱动力,5G也就应运而生。

 

有人反映当前数千亿级5G投资找不到应用场景,某无人驾驶基地还是一片荒地,智慧园区还是工地状态,产业只有空壳,以三大运营商为主体投资,便没有收益。产业没有突破,影响的是千万家企业的生存空间,以及这些企业带来的就业机会。这一系列的连锁反应,不可小觑。究竟有没有应用场景?效果如何值不值得投资?可不可以立即在全国全行业推广?

 

我们从最近华为上海联接大会2020的报道看几个突出案例:
 
1
电网
 
2019年12月,南方电网将鹏城变电站升级成了首个5G+智能变电站。搭载了5G CPE的智能变电站巡检机器人,利用5G的高速率、低时延、大带宽的特点,实时将红外摄像头采集的设备图像和实时温度数据回传到主控室的智能分析平台,并进行故障、风险判断,及时告警。变电站巡视、操作等日常业务无人化、智能化之后,巡检效率提升了2.7倍。
 
2
机场
 
深圳机场与华为合作推出了“一张脸走遍”全机场,其中的差异化安检将效率提升了60%。平均每位旅客只需1-2秒即可快速准确完成验证通行,每位旅客仅需十来分钟就从机场出发大厅入口到达登机口。
 
 
3
焦化行业
 
河南鑫磊和华为合作,通过AI技术,结合专家经验,构建智能配煤模型,有效提升了精度、效率和稳定性。经测算,这套系统可以节约炼焦成本15元/吨,每年可节约2700万元。推广到整个中国的焦化行业,设每吨节约10块钱,将为整个行业带来每年60亿元的成本节约。
 
4
物流园区
 
顺丰DHL和华为对物流园区进行了智慧化升级,占地10万平方米的上海康桥物流园区信息化、自动化程度低,盘点完全依赖人工,每次要一个月。依托华为智慧园区数字平台,拉通20几个业务系统,实现了智慧泊位管理、仓储管理、资产管理等,资产盘点效率,车辆通行效率都得到大幅提升、整体作业提升了30%。这就可以对全国快递行业的物流园区进行推广应用。
 
5
智慧城市
 
深圳市与华为合作进行智慧城市的建设,发挥5G、云、AI等领域的技术优势,帮助市政府管理服务指挥中心打通了42个委办局业务系统,100多类数据,构建了全市1+10+N一体化指挥体系。帮助政府实现兴业、惠民、善政。这就是可以在全国大中城市推广的样板。

 

建议主管部门应将华为、中兴、信科等业界在各垂直行业所获得的技术积累和成功经验加以综合提高,分门别类,根据不同的需求提供场景化解决方案;因势利导积极与各龙头企业、行业联盟组织5G应用推广,协助各个省市、地区开展5G应用,探讨商业模式,把创新应用所获得的红利,按运营、制造、行业的参与贡献分成,做到多赢。一起把这些技术应用到全国各行各业,帮助企业实现商业成功,帮助政府实现兴业、惠民、善政。

 

这样消化5G数千亿级的投资成本就不是难题。

 

当然5G的创新应用不止这些领域,期望全国运营商与制造商下一步工作重点是和合作伙伴一起聚焦行业应用,与很多科技公司一起尝试新业务、新玩法,以便在5G时代迎接更多新机遇,共建标准、共推应用、共创模式,形成更多有影响力、可复制推广的5G应用“样板间”,帮助5G客户释放5G价值,率先享受5G技术红利,赋能行业数字化转型,借以促进5G改变社会。

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