特朗普为什么非得封禁华为5G?
2020-10-04 07:43

特朗普为什么非得封禁华为5G?

华为的一只脚正悬半空中。


“华为基站芯片数量充足,但智能手机业务在断供后受影响严重。”9月23日,2020华为全联接大会在上海开幕,也就是华为禁令生效后的第八天,华为轮值董事长郭平在会上说到。


有业内人士预计,其手机芯片库存能够维持到2021年第一季度的市场需求,5G基站芯片可满足明年全年的市场需求。


会上,郭平多次强调5G概念。同时,就5G业务受到制裁,华为回应,clean 5G并未对其5G业务产生影响,华为的目标是通过5G网络实现连续覆盖。


2年前,5G的概念尚存争议,华为以49.5%的专利占比稳坐科技企业头把交椅。如今,5G被视为通信世界的第二次嬗变,如溪云初起,山雨欲来,5G概念开始遍及各行各业。


2020年8月17日,深圳正式完成5G独立组网全覆盖,成为全国第一个5G城市。此后,北京、山东16市城区陆续加入5G城市行列。9月27日举办的2020中国500强企业高峰论坛上,中国移动(雄安)产业研究院副总经理王昀再次强调打造新型智慧城市的概念。


此外,在量子通信领域,北京的首台量子直接通信样机于9月研制成功,该项目实现了10公里光纤链路4kb/s通信速率的量子保密电话,推动了量子直接通信的实用化发展。


那么,5G技术到底是什么,它将带给我们什么样的便利与威胁,特朗普又为何对华为5G技术布置出重重杀阵;以俯视的视角观测,在5G之后,通信业的终点又是什么?


回答“为什么”,需要进一步了解是什么。盒饭财经试着通过拆解《果壳中的5G》一书,从商业层面了解5G到底意味着什么?


1 5G不止于速度


通信技术的升级一直被大众用数据传输速率来解读,大众听到的、看到的所有市场宣传中,无一不是在谈论网络的速率变化。诚然,从2.5G通信网络启动了移动数据业务的发展之后,如何提升数据传输速率一直就是网络演进的主题线索。


以更高的网络速率来迎接新的通信技术时代仿佛已经成了一种定式,5G也不例外。大众消费者认知5G最典型的方式,也是将5G与之前的通信网络进行传输速率的比较。


通过网络数据传输速率认知5G时代的核心技术,这本身并没有什么错误,但它却在很大程度上扭曲了5G网络所具有的全部内涵。事实上,描述一个通信网络的特征并不仅仅只有数据传输的速率,一个通信网络还有很多指标,每一个指标都表明网络的不同能力。



只是通信网络在面向大众消费者提供服务的时代,其他网络特征并不被用户所明显感知。但当通信网络要面向万物提供连接服务时,每一个特征指标都会成为网络服务的重要内容。


网络传输速率只是表明一个网络可以多快地传输数据,这就如同说明汽车在一条道路上可以多快地行驶一样,这个速率往往与路面、路型、环境条件、道路设施等有直接关系。


而除了传输速率之外,网络的带宽也同样是一个重要的网络特征指标。一条道路的路面设计可以满足速率为100km/h的需求,并不意味着所有的车辆都能在这条道路上达到这个速率。因为,这条道路上会有限高、限重、限宽的路段,这些因素就会限制某些车辆在道路上的行驶。


网络带宽就如同这样的指标,你必须提高网络对于超高、超重、超宽的支撑能力,才能使更大型的车辆能够在道路上自由形式。第一代移动通信系统的信道带宽只有2.5kHz,它的网络就只能传输窄带的语音信号,而5G网络想要平滑传输8K的高清视频信号,网络带宽就至少需要达百兆。


除了传输速率、传输指标外,描述网络能力的参数特征还包括网络覆盖范围、连接密度、传输可靠性、传输时延等指标。而在万物互联的场景中,每一个参数都可能是某些特定被重点关注的需求。在这种情况下,网络的建设方式就会发生变化。


4G时代,网络只需要服务手机终端,所以运营商可以建设一个性能和功能都一致的连续网络,只要网络能够全面覆盖用户群体,网络的价值就能得以充分体现。


但在5G时代,网络需要应对万物的需求,而万物的需求又各有不同,网络就必须有能力千变万化来满足不同需求,这并非传输速率就可以概括。正相反,在很多物联网的场景下,我们根本不会去追求5G网络的传输速率超过4G网络。


2 被毫米波颠覆的运营商


毫米波的必要性


5G的核心场景之一为增强型移动宽带(eMBB)【注1】。这表明5G网络必须有能力传输高带宽的数字信号,同时意味着5G网络必须选择更高的通信频率,这是由无线通信的基本性质所决定的。


所有用于数据传输的无线通信信号都是调制在一个载波频率上被发送和接收的。我们通常所说的通信频率,实际是指的这个载波的频率,而我们通常所说的传输带宽是指的通信信号的带宽。


通信信号带宽和载波频率有着对应的关系,载波频率越高,能够承载的通信信号的带宽也越高。这就好比一辆集装箱货车,它的集装箱长度越长,那么他能够装下的最长货物也越长。载波频率就是这个运输车的集装箱长度。所以,提升通信所使用的载波频率就相当于提升集装箱的长度,只有这样才有可能传输宽频信号。



提升载波的带宽承载能力只是选择高频段通信的一个原因,还有另一个原因是无奈。因为,通信技术发展是由相对技术难度较低的低频段通信开始的,在长期的通信业务发展过程中,低频段的频率资源已经被分配得比较充分了,很难在低频段找到大片的空闲频谱空间。这就好比一个城市经过长期历史汇集,居住区域将会十分密集,你忽然想要率领1000人入住这座城市,唯一的解决办法就是在郊区另建居住的区域。


其实通信频率资源使用和城市区域的建设一样,就是这样一点点向外扩大的。这就是为什么从0G到4G,我们看到通信的载波频率始终向高频发展的原因。


5G eMBB 的带宽需求设计目标要达到400MHz,这是很难在低频段实现的,所以5G必须走向更高频段。而且,基于目前通信频谱的实际使用情况来看,能够提供这样高带宽的空闲频段,最低的载波频率也需要到4GHz以上。


由于这个频段的载波波长是毫米级的,所以,5G在这个频段的通信被称为毫米级通信。毫米波通信是5G为了实现eMMB应用场景的必然选择,也是5G网络中最具特色的通信特征。


运营商的困境


毫米波通信对于5G来说有很多的好处;首先,毫米波频率资源相对丰富,在构建高带宽能力上可以更加游刃有余;其次,毫米波的抗干扰能力强,这有利于5G网络构建高质量的通信信道;最后,处理和传输毫米波的器件体积可以做得比较小,因此,毫米波通信设备也更容易进行微型化的制造,这有利于5G开启更加丰富的应用场景。所以,5G的毫米波通信特征使得很多的微型基站、微型移动通信设备大量涌现。


但是,天下没有免费的午餐,毫米波通信所带来的这些好处并不是没有代价的。毫米波有很多天生的缺陷其实并不适合移动通信,这些缺陷也将成为5G发展过程中需要克服的重大障碍。


首先,在发射频率功率不变的情况下,频率越高的信号,衰减的速度越快,因此传输的距离也就越短。而且毫米波很容易受大气中的悬浮颗粒影响,这就会更加影响毫米波的传播距离。


因此,5G网络使用毫米波通信的直接结果就是会导致5G基站的覆盖范围比4G基站小很多。这意味着,为了覆盖相同面积的区域,5G网络需要建设比4G网络更多,更密的基站才行。4G基站的覆盖半径为1—3km,而5G基站的覆盖半径只有100—300m。



其次,毫米波信号的穿透能力很弱,基本上不能穿透任何固体,这就意味着用毫米波基站进行覆盖规划时会相当复杂,任何的阻拦和遮挡都会造成信号的大幅度衰减。进行室内覆盖时,这个问题将会尤为突出。为了弥补毫米波通信所带来的物理限制,5G网络的部署方案就必须采用超密集网络(UDN)【注2】的形式来进行。


如此密集的基站部署将给5G网络的部署带来困难。


一方面,由于基站的密集建设,网络建设成本会大幅提升,网络建设的费用不仅仅是体现在基站设备的购买成本上,还体现在安装基站的站址获取上。由于大多数基站的安装站址并不为运营商所拥有,因此,密集的基站部署就意味着运营商需要购买或租用大量的基站站址并支付站址服务费用才能完成5G网络基站的部署。


另一方面,基站数量的增多同时意味着连接基站与核心网络的光线线路同时增多,数据传输费用也会提高,同时区域内基站耗电量也会随之增大,运营商对于密集网络的运营维护成本也会大幅度增加。


以上问题还仅是从网络建设和运维的成本角度来看。在技术层面上,由于超密集网络的基站部署十分密集,那么基站与基站之间如何保障通信协同,如何避免相互干扰也将变得比以往的通信网络更加复杂。


蜂窝基站过于密集,意味着用户在移动通信过程中需要频繁切换基站,这对于保障用户的高通信质量过程是非常艰巨的挑战。


3 5G创新的社会化基础,城市的船与数据的帆


人们常说,4G改变生活,5G改变社会。这句话本意是为了说明5G对于未来社会发展的影响深度。但实际上,这句话也恰好同时说明了5G的发展与社会发展之间前所未有的密切关系。



5G业务的全面开展需要建立在一个良好的社会基础体系上,这个基础体系的建立不仅是靠5G的通信网络,也绝不是通信一个行业的事情,它必须是一个由多方参与的建设过程。尤其是城市,在建设5G发展的基础体系过程中所起到的作用绝不低于运营商。


这个基础体系中至少含有4个核心内容:城市基础设施、城市基础网络、城市基础平台以及城市基础数据。


我们以5G车联网体系为例,一个车联网业务能够开展不是通过一个汽车上的5G通信设备和一个建好的5G网络就能够实现的。为了能够使得车联网具有业务场景的可应用性,还需要建设很多内容。


例如,车路协同要求车辆与交通信号灯或其他交通指示牌之间建立密切通信关系,这就要求,相关的交通设施也需要进行一定的技术升级,不仅在硬件和软件层面需要与车联网系统集成联通,相关的管理流程、法律法规也必须相应到位。如果在这个实施过程中城市建设缺失,那么在城市的道路上就永远不可能有车联网汽车的正常行驶。


此外,车联网作为城市的交通管理体系的一个元素,还需要与火警、道路救援、大型活动等很多时间的特殊道路管理场景进行联动,城市在其中起到非常重要的指导作用。


由这个场景衍生开来,可以隐隐感受到5G时代,城市将是一个非常重要的产业基础,城市5G化将是产业5G化的基本条件。诸如物流体系、社会服务体系等都需要城市和产业高度协同。从某种意义上说,5G时代,城市需要构建一个数字化的赋能平台。


有了城市基础设施建设与5G网络建设的呼应还只能算是建造5G商业蓝海的船,要能够让这条船乘风远航还需要具有一展风帆,这就是对城市的数据呼唤。



城市的数据是城市血液,城市的数据对于5G产业发展的影响是最容易被忽视的。这种忽视不是在于对数据的作用没有意识,而是在于对如何释放数据的能量缺乏手段。城市管理者如果将数据保存在限制访问和使用的不同系统的数据库中,那么城市的数据就永远无法释放出价值。5G的智能网络也就缺乏了感知之源,其实大多数城市已经积累了大量的数据,只不过尚未形成一个集成的、统一的、开放性的数据服务能力。


从应用层面简单地看好像不过就是,更好的停车、高效的照明、更好的交通流、更智能的安全、更好的废物管理、更优的灾难规划等。


但这些貌似简单的应用以及诸多碎片化的城市管理场景,都需要各式各样的数据被带到一个共同的、统一的平台之中。最关键的是未来的产业互联网将越来越以此为枢纽。


传统城市运营之中,数据主要是用来对于城市的管理,而在5G时代,由于整个社会的数字化进程,城市的数据将越来越能够对于整个产业的数字化活动起到支撑作用。


例如,城市人口的分布信息,对于商业选址有非常大的作用,商业的精准选址一方面提升商业成功率,另一方面也精确满足了城市居民的需求,营造了良好的生活体验。


城市数据能力的整合与开放,在5G时代由于连接的丰富性和便捷性,对于产业赋能的作用将尤其突出。


城市对于数据运营的作用不仅仅体现在城市数据自身的整合与开放上,还在于以城市为枢纽对于特定行业数据的整合与开放上。


例如,不同健康机构的数据打通、整合,不同机构交通数据的整合,风险与安全数据的整合,身份与信用数据的整合等。这些数据的整合都更适合从城市的角度出发,以城市为主导进行行业数据平台的建设,并在城市管理部门的统一监管下进行数据能力的开放。


据统计,全球每周大约有130万人会迁入城市,到2040年全球大约65%的人口将生活在城市。城市的数据平台一方面会越来越重要.


另一方面,由于城市需求是动态的,数据的内容、生产方式也将是动态发展的,因此,城市的数据平台需要具有极大的灵活性,并能够实时收集、保护、组合、关联和处理来自各种分布式传感器以及来自各种机构的数据。这将是一个非常具有挑战性的任务,其复杂程度远超任何一个企业的数据管理平台。


原有城市管理脉络和组织也都会因为这样的数据平台建设而重构。随着5G网络的普及,产业的连通性更强,城市的枢纽和平台作用,数据的赋能作用也将会越来越明显。


4 5G时代的经济难题


隐私保护


数字经济所带来的最复杂的问题就是个人隐私的保护。数字化时代,人们是谁、在做什么、想做什么、经常做什么等都能被充分地记录和分析。


你也许觉得这很可怕,但是如果一切个人数据都被严加保护并阻止非本人的使用,那么数字化社会的一切经济活动就将必然终止。


个人数据的流动是数字化商业的根本内容,设想没人知道你的银行账户,你是否能够进行线上支付?没人知道你的地址,你是否能够收到快递包裹?没人知道你的健康信息,你是否能够正确治疗?


5G到来之后,由于其本身的技术优势,个人隐私保护和数字化经济发展之间的矛盾将更为突出。5G网络将使得个人数据更加开放,人们完全暴露在5G的网络之中。网络可以在人们完全不知情的情况下收集大量个人信息并加以应用,这其实也是基于5G网络进行用户运营的重要目标场景。



但这明显是存在问题的。如何能够在充分保护个人数据隐私的情况下有效地进行用户运营,对于整个5G生态系统的任何角色,包括用户和各种其他利益相关者来说都是至关重要的,这将直接决定着5G业务能否被大众所接受。


如位置隐私。5G密集网络的特征,极其有利于位置的服务提供,运营商仅通过基站ID就可以获得极为精确的用户位置,更多具有定位和跟踪能力的商业工具将会出现,这些位置感知工具可以帮助人们的社交活动,但也可能成为商业机构对于用户进行骚扰的有效通道。


网络安全


安全问题是网络的原生问题,自从网络诞生的第一天起,网络安全就一直是一个重要的网络性能衡量指标。5G则将网络安全提升到了新的高度,网络安全引起了更加普遍的重视。这是由于在5G时代,至少有两大产业特征将导致网络安全对人类社会造成更大的影响。


第一,资产全面在线。5G万物互联的网络能力又进一步将实地资产也全面地进行了链接,这使得未来大多数的设备将普遍处于网络安全的威胁之中,他们不仅可能被入侵,还可能被操控。更具威胁的是,这样的设备在5G时代将广泛存在于我们的生活之中,时时刻刻感知我们的存在,并参与我们的活动。


第二,关键任务连接。在5G时代,高可靠、低时延的网络连接能力使得5G网络将参与很多关键性人物,如智慧医疗过程、自动汽车的形式、无人机飞行的引导等。在这些5G的应用场景下,如果出现了网络安全问题,损失的可能就不仅仅是数字化资产,很可能将会是人们的生命安全。正因为如此,5G网络的安全性将是一切5G业务开展不可或缺的基础。


5 5G的终点—量子通信和量子计算


在通信技术的发展过程中,人们想尽了一切办法让信息能够更快、更多、更好的传送。迄今为止,人类在通信技术上已经形成的成果本质上也都是面向信息的发送方法的。包括载波频率使用、编解码效率等。


就技术发展前景而言,这一切已经接近一种极限状态。我们的载波频率的利用已经到达了可见光的边缘,编解码效率也已经逼近了香农定律的极限。如果未来的通信系统能够有更大的突破就必须在信息理论上有所突破,甚至颠覆传统的通信概念。量子理论的发展使得人们开始注意到一个隐隐约约的可能。


截至目前,人类对于量子信息的掌控能力十分有限。这其中涉及两个方面的命题,第一是如何传输量子信息的命题,第二是如何应用量子信息的命题。


传输量子信息


传输量子信息涉及深层次物理学理论。在这个领域,有一个被经常提及的概念,量子纠缠。量子纠缠的基本内容是,如果我们能够形成两个进入纠缠状态的粒子,那么改变其中一个粒子的状态,另一个粒子的状态总会顺势改变,无论它们相距多么遥远,而且中间不需要任何媒介。


假如我们能够构建这样的通信系统,这个系统唯一工作就是通过量子纠缠装置产生进入纠缠状态的粒子对,然后将其分别发送给通信的双方。例如,将其中一个例子发送给A,另一个粒子发送给B,只要A按照自己想要传输的内容改变粒子状态,B就会由于量子纠缠的作用瞬时收到相对的状态。A和B之间完成了瞬间的信息传送。该系统理论上拥有无限高的传输速率和传输带宽。


但是这个系统无法成立。因为一旦有人想要读取粒子的明确信息,粒子就会退出量子纠缠状态(物理学称之为量子态的坍塌)


量子密钥分发


量子密钥分发是量子通讯的主要应用场景之一。这相当于由一个量子纠缠发生器向A和B分别发送一对处于量子纠缠态的量子,双方各自读取量子信息并纪录,并将之作为双方通信内容的密钥。在传输过程中,一旦有人企图获得这个量子密钥就会破坏A和B之间的量子纠缠态,他们就会立即察觉。


量子理论和相关实践将为未来的通信世界打开怎样的一片天地,我们目前还不能完全清楚,但是,通信世界也许就会因为这些内容发生彻底的改变。


6 尾语


5G将会开启一个创新、创业的黄金时代:万物互联、云网一体、网络切片、智能边缘、超低时延等,每一个技术都可能引起一场生态级变革。


在产业互联网时代,对于通信技术的吸取,将变得更为关键,这也将成为各方博弈的焦点。此前,作为5G规则制定者之一的华为曾经因此屡受针对,上演了以一企敌一国的壮举。


5G时代刚刚开始,其落地的应用也在慢慢展开。它带给世界经济的变化尚不明确,唯一能确定的是,它将在褒贬的争论下不断迭代和优化,成为下一个时代的入场券。


注释:


【1】“增强型移动宽带”主要体现在“3D超高清视频远程具现”“可感知的互联网”“超高清视频流传输”“虚拟现实”等领域。他们对于带宽、时延的要求远超4G。


【2】超密集网络(UDN)一般分为两种:


      (1)根据基站数和用户数的关系来定义,即基站密度远大于用户密度的网络。


      (2)直接根据基站密度来定义为大于1000/平方公里。


附录:《果壳中的5G》脑图整理


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