5G+北斗，社會(huì)變革的下一個(gè)風(fēng)口

張 弛

新華社瞭望智庫特約科技觀察員

5G技術(shù)與新產(chǎn)業(yè)

自從人類有文明史以來，通信就是在人和人之間進(jìn)行的。當(dāng)5G出現(xiàn)之后，通信的主體由人變成了物，這是5G的革命性進(jìn)步。人和人之間的通信依靠語言，對(duì)話有100毫秒的延遲是感覺不出來的；4G時(shí)代手機(jī)到基站間的延遲是幾十毫秒，這對(duì)于遠(yuǎn)程操作，比如遠(yuǎn)程駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)等來說是很長(zhǎng)的；而5G帶來了更高的流量密度、連接密度以及更短的時(shí)延。

2018年12月6日中國5G預(yù)商用，2019年6月6日開始正式商用。站在運(yùn)營商的立場(chǎng)上來說，更新?lián)Q代的背后是高成本，他們并沒有太大的動(dòng)力。但5G是國家戰(zhàn)略，關(guān)系到國家安全和國際地位。如今，中美正在進(jìn)行5G主導(dǎo)權(quán)的激烈爭(zhēng)奪，誰先搶占市場(chǎng)誰將會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。

為了提高傳播速度，5G的關(guān)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(zhǎng)的降低，其透射、折射、散射特性都會(huì)變差。與4G基站相比，5G基站有三個(gè)劣勢(shì)：一是5G由于能夠傳播的距離縮短，因此基站數(shù)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(dǎo)致功耗是4G的3倍；三是5G的價(jià)格是4G的3倍。而現(xiàn)在最大的問題就是資金問題。

都說5G改變社會(huì)，但這并不是5G本身能夠做到的，更多的是構(gòu)建在5G基礎(chǔ)之上的五大新科技，5G是這些新技術(shù)改變社會(huì)的基礎(chǔ)。

人工智能人工智能已誕生約70年，但是卻一直沒有發(fā)展起來，5G將是其大展宏圖的基礎(chǔ)和契機(jī)。5G首先會(huì)改變?nèi)祟惿鐣?huì)關(guān)系，那么下一步，人工智能（AI）就會(huì)改變?nèi)祟惐旧?；而沒有5G，AI就是擱淺的船?；?G的AI首先會(huì)改變?nèi)祟惖穆殑?wù)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單說，低智慧、經(jīng)驗(yàn)型、無感情交流的工作將來會(huì)被人工智能所取代，這樣將面臨大量底層員工失業(yè)問題。但華為的創(chuàng)始人兼總裁任正非說：“失業(yè)不怕，社會(huì)總財(cái)富增加就是積極的?！比珉S著5G的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生新的職業(yè)，就像今天利用各種視頻軟件也能賺錢。

物聯(lián)網(wǎng)如今，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，低功率廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）技術(shù)是專為低帶寬、低功率、遠(yuǎn)距離和大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，市場(chǎng)已形成窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和Lora無線技術(shù)（Semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)）兩大技術(shù)陣營。無論是運(yùn)營商還是政府，都在大力推進(jìn)需要通過基站接入的NB-IoT技術(shù)，中國有700萬個(gè)基站，占世界的70%，這是NB-IoT應(yīng)用的巨大優(yōu)勢(shì)資源。

云計(jì)算在2010年的深圳IT高峰論壇上，大家問李彥宏和馬化騰關(guān)于對(duì)云計(jì)算的看法，李彥宏說云計(jì)算其實(shí)是“舊瓶裝新酒”，馬化騰認(rèn)為云計(jì)算有可能實(shí)現(xiàn)，但是要在幾百年以后。但是臺(tái)下第一排有個(gè)人對(duì)云計(jì)算充滿信心，那個(gè)人就是馬云。

基于5G的AI將會(huì)改變?nèi)祟惖穆殑?wù)結(jié)構(gòu)

當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)是與李彥宏和馬化騰的觀點(diǎn)相似的，因?yàn)樵朴?jì)算對(duì)服務(wù)器的依賴過大，集中需求難以處理。但是馬云作為一個(gè)非專業(yè)人士，他通過服務(wù)器池改變了云計(jì)算，簡(jiǎn)單來說就是構(gòu)造一個(gè)云，包括十萬個(gè)以上的服務(wù)器，里面不可避免每天會(huì)壞幾個(gè)，壞掉的服務(wù)器加個(gè)標(biāo)簽就可以退出服務(wù)器列，但并不會(huì)影響整體性能。就好比將游泳池的水抽出一部分，還會(huì)有其他水的流入一樣。云計(jì)算的奧秘就是虛擬、動(dòng)態(tài)、粒計(jì)算。

大數(shù)據(jù)以前做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的第一步就是抽樣，現(xiàn)在科技發(fā)展到我們可以做很大數(shù)據(jù)量的調(diào)查，因此大數(shù)據(jù)的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是我們不再需要抽樣，由抽樣引起的統(tǒng)計(jì)偏差就消除了。大數(shù)據(jù)如今正在為各行各業(yè)增加很多利潤，比如中國的滴滴已經(jīng)通過大數(shù)據(jù)收獲了財(cái)富。在4G時(shí)代，掌握客戶就是掌握財(cái)富；而在5G時(shí)代，掌握數(shù)據(jù)才是掌握財(cái)富。大數(shù)據(jù)的重要意義就在于消除不確定性，實(shí)現(xiàn)資源的精準(zhǔn)配置。

邊緣分布式運(yùn)算（霧計(jì)算）邊緣分布式運(yùn)算具有實(shí)時(shí)、高效、安全的特點(diǎn)。其類似于我們買空調(diào)時(shí)，全國各大城市都會(huì)有一個(gè)存儲(chǔ)空調(diào)的分倉，從距離客戶最近的分倉發(fā)貨就能提高效率。邊緣分布式運(yùn)算實(shí)際上就是分倉，能夠讓遠(yuǎn)在西藏的用戶很快就能下載到想要的資料，時(shí)效性得以提高。也可以把網(wǎng)絡(luò)想象成一片云，用戶分布在地面，想登云就必須通過霧，這個(gè)“霧”就是邊緣分布式運(yùn)算。在邊緣分布式運(yùn)算中接入網(wǎng)絡(luò)切片，本質(zhì)就是按照功能性或需求特性將5G網(wǎng)絡(luò)在邏輯層面上劃分為不同類型的虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)景。比如自動(dòng)駕駛切片強(qiáng)調(diào)時(shí)延，視頻下載切片強(qiáng)調(diào)帶寬，這樣可以極大地簡(jiǎn)化調(diào)度。

北斗的前世今生

我國的北斗一代源于1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，美國的GPS導(dǎo)彈震驚世界，決策層深刻意識(shí)到以后沒有導(dǎo)航定位系統(tǒng)無法打仗，于是在1995年前后制定了相應(yīng)的政策。2000年，美國的衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)有了30顆衛(wèi)星，位于運(yùn)動(dòng)中軌道；我國的北斗一代只有兩顆，而且位于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(shí)上這兩種性能都比較差。

當(dāng)時(shí)歐洲也正在實(shí)施伽利略工程，他們的優(yōu)勢(shì)是技術(shù)領(lǐng)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(jì)劃。中國向伽利略計(jì)劃投資了2億歐元，可根據(jù)比例獲取相應(yīng)收益；同時(shí)中國在整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)運(yùn)作過程中可以提升技術(shù)，學(xué)習(xí)市場(chǎng)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，為開發(fā)獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。隨后印度和日本也加入了伽利略計(jì)劃，由于他們投入資金少，但享受同樣的戰(zhàn)略資源，最后中國退出了伽利略計(jì)劃，開始了北斗二代的研究。

因?yàn)樾l(wèi)星軌道和空間頻率是人類共享的資源，遵循先占先得的原則，因此只要軌道和頻率沒有被占用就可以申請(qǐng)。當(dāng)時(shí)歐洲和中國有些衛(wèi)星的頻率是重合的，并且都得到了批準(zhǔn)，誰先發(fā)射誰就將占用這些頻率。2007年，中國的北斗二代第一顆衛(wèi)星上天了，并且一年發(fā)射了好幾顆。北斗二代的快節(jié)奏給歐洲帶來了緊迫感，中國也繼續(xù)按照自己的既定節(jié)奏發(fā)射衛(wèi)星。

我國首先將北斗二號(hào)運(yùn)用在漁業(yè)上，其雙向短信功能在搜救中得到了完美應(yīng)用：漁船遇到險(xiǎn)情后一鍵求救，終端會(huì)自動(dòng)把附帶著定位信息的求救短信通過衛(wèi)星發(fā)送給岸上的救援隊(duì)，短信最多可編輯140個(gè)字，每條僅需0.3元，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航+海事衛(wèi)星電話的功能。

按照原計(jì)劃，我國應(yīng)在2020年發(fā)射55顆衛(wèi)星，到目前我們還沒完成這個(gè)目標(biāo)。因?yàn)樵诒倍范l(wèi)星的建設(shè)過程中我們突然發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題：一是用的銣原子鐘是美國進(jìn)口的，一旦美國制裁，我們就會(huì)失去主動(dòng)權(quán)；二是我們?nèi)狈Ｍ饣兀厍虮趁嫘l(wèi)星的導(dǎo)控是個(gè)難題。于是，我國在北斗二代衛(wèi)星的基礎(chǔ)上做出了兩項(xiàng)重大調(diào)整：一是用我們自主研制的氫原子鐘代替了國外進(jìn)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(dǎo)控信息發(fā)射到一顆衛(wèi)星，就可以在35顆衛(wèi)星中互相轉(zhuǎn)發(fā)，形成對(duì)所有衛(wèi)星的導(dǎo)控。

2017年11月5號(hào)，我國發(fā)射了第一顆北斗三代衛(wèi)星，可距離2020年只剩下短短不到三年的時(shí)間了，全部換成三代衛(wèi)星，時(shí)間來得及嗎？北斗衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)的“小宇宙”爆發(fā)了，兩年時(shí)間發(fā)射了20多顆。也許，未來全球組網(wǎng)后的北斗系統(tǒng)將是全世界最好的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

中國正在籌劃北斗二代的地面基站增強(qiáng)系統(tǒng)，通過在路燈桿、信號(hào)塔等地方架設(shè)北斗基站設(shè)備，與基于天上基站的衛(wèi)星相互配合，實(shí)時(shí)通過北斗測(cè)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(zhǔn)信息，可以達(dá)到“米級(jí)”以下的實(shí)時(shí)定位精度，這將對(duì)我們的軍事作業(yè)產(chǎn)生巨大影響，所以我認(rèn)為，導(dǎo)航定位的未來在中國。

5G+北斗的革命

5G加上北斗會(huì)引發(fā)什么樣的變革？

上帝視角的自動(dòng)駕駛近年來駕駛車輛的數(shù)量和速度都有所增加，如果我們的感官來不及反應(yīng)就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的事情，未來自動(dòng)駕駛將會(huì)是趨勢(shì)。雖然特斯拉已經(jīng)有了比較成熟的自動(dòng)駕駛技術(shù)，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。未來基于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(qiáng)大的網(wǎng)，以及故障導(dǎo)向安全模式。如前方的紅綠燈或者路邊的傳感器可以發(fā)送電波指揮駕駛，車和車之間也可以相互交流；同時(shí)采用了“故障導(dǎo)向安全”的負(fù)邏輯策略，即網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)故障或意外就會(huì)導(dǎo)向安全的結(jié)果，如靠邊停車或慢速行駛，從而保證駕駛安全。負(fù)邏輯是非常重要的解決問題之道。

自動(dòng)駕駛有兩個(gè)場(chǎng)景，第一種是在無人的礦山、港口和碼頭，這類無人自動(dòng)駕駛現(xiàn)在正在普及之中。例如無人區(qū)裝沙石的大卡車的司機(jī)很貴，一輛車連續(xù)運(yùn)作需要4個(gè)司機(jī)，年人工花費(fèi)就需要100萬。為了保證安全，司機(jī)駕駛限速為15公里/小時(shí)，而無人駕駛速度可以高達(dá)35公里/小時(shí)，并且只需要一個(gè)人在大屏幕前監(jiān)督，而不是操作，這方面的程序已經(jīng)非常成熟。第二種是載人自動(dòng)駕駛，這種技術(shù)面臨很多安全性的問題，預(yù)計(jì)2030年進(jìn)入6G時(shí)代將會(huì)有一個(gè)超越，屆時(shí)載人自動(dòng)駕駛才能真正進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。

生產(chǎn)資料和工具入云北斗三代衛(wèi)星的精準(zhǔn)定位對(duì)國計(jì)民生有非常大的作用。例如，江蘇一個(gè)鐵路局和鐵塔公司合作的“雙鐵”項(xiàng)目，解決了一個(gè)重大的隱患。夜間工人背著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(xiàn)重大事故。于是鐵塔公司在每個(gè)工具上裝了一個(gè)北斗精準(zhǔn)定位模塊和一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模塊，可以把它的實(shí)時(shí)位置上傳到云上，每一個(gè)工具都是動(dòng)態(tài)顯示，如果一個(gè)工具離堆馬上就會(huì)報(bào)警，這比人工檢查可靠得多。

危險(xiǎn)工礦的遠(yuǎn)程操作在2019年6月底的上海世界移動(dòng)大會(huì)的華為展廳，展示了這樣一個(gè)遠(yuǎn)程操作：河南洛陽的一個(gè)礦山上有一個(gè)5G基站，礦車和挖掘機(jī)里沒有人，人在展廳中通過遠(yuǎn)程操控完成作業(yè)（前面的屏幕相當(dāng)于挖掘機(jī)的擋風(fēng)玻璃），這樣挖掘就不需要在嚴(yán)寒酷熱的環(huán)境下工作了。4G時(shí)延高，看到的東西是兩秒前的，無法滿足這一應(yīng)用的安全實(shí)現(xiàn)，而5G就可以實(shí)現(xiàn)這樣的場(chǎng)景。

拖拉機(jī)農(nóng)機(jī)自動(dòng)耕種現(xiàn)在已經(jīng)有了5G+北斗的設(shè)備產(chǎn)品，當(dāng)拖拉機(jī)頂上安裝了這樣的設(shè)備，拖拉機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，機(jī)械操作比人精準(zhǔn)得多。

武器裝備的無人作戰(zhàn)坦克可以實(shí)現(xiàn)1+N操作，將來數(shù)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(shù)進(jìn)行管理。

未來展望

未來的6G會(huì)怎么樣？5G網(wǎng)絡(luò)還沒使用上，就開始研發(fā)6G網(wǎng)絡(luò)了？沒錯(cuò)，現(xiàn)在就要開始前瞻布局進(jìn)行研究了！最近國際電信聯(lián)盟（ITU）召開了“網(wǎng)絡(luò)2030”研討會(huì)，焦點(diǎn)組主席做了壓軸發(fā)言，初步確立了6G的三大場(chǎng)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)。6G時(shí)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(tái)上您能很真實(shí)地看到鄧麗君在演唱。現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)資源是共享的，使用Wi-Fi的人一多網(wǎng)速就會(huì)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(yè)控制上這就是“噩夢(mèng)”。6G網(wǎng)絡(luò)的速度幾乎能達(dá)到1Tb/s，在人工智能和大數(shù)據(jù)的管理下，將能提供帶寬、接入量和時(shí)延的指標(biāo)保障，這就是超越“盡力而為”。6G之后，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等可以全面融合一體化。

美國目前已經(jīng)廢除了運(yùn)營商中立政策，要大力發(fā)展5G，因?yàn)?G代表國家戰(zhàn)略和未來科技的制高點(diǎn)。工業(yè)革命落后，我們長(zhǎng)期追趕；現(xiàn)在我們正面臨信息之戰(zhàn)，信息革命是一場(chǎng)國運(yùn)之戰(zhàn)，中國必須在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中取得勝利！