我國(guó)5G發(fā)展現(xiàn)狀及展望

李 蕊，石 倩，完欣玥，李 彤

（中國(guó)通信學(xué)會(huì)，北京 100025）

0 引言

移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，從最初的“只聞其聲不見(jiàn)其人”，到現(xiàn)在的“會(huì)聲會(huì)影身臨其境”[1]，每一次的創(chuàng)新突破，都深刻地變革了人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式。我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展史可概括為“1G空白，2G跟隨，3G突破，4G并跑，5G領(lǐng)跑”，現(xiàn)如今，我國(guó)已進(jìn)入全球5G技術(shù)第一方陣，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案、標(biāo)準(zhǔn)必要專(zhuān)利、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面是世界的引領(lǐng)者，國(guó)際地位和國(guó)際影響力顯著提升。

1 我國(guó)5G發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 研究水平取得階段性突破

我國(guó)在“863”“973”、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中，均對(duì)移動(dòng)通信研究做了重大部署，取得了重大突破，在3G階段提出通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TDSCDMA并被國(guó)際認(rèn)可，在4G階段主導(dǎo)形成TD-LTEAdvanced，被國(guó)際電聯(lián)（ITU）接納為兩大主流4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，在5G階段我國(guó)全面參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)顯著提高。從通信研究水平的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，我國(guó)5G研究取得了突破性進(jìn)展。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定話(huà)語(yǔ)權(quán)顯著增強(qiáng)。在3GPP 5G R16標(biāo)準(zhǔn)制定中，中國(guó)移動(dòng)提交技術(shù)提案3 000余篇（占全球運(yùn)營(yíng)商提案總數(shù)的三成以上），主導(dǎo)完成15項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作[2]；中國(guó)聯(lián)通提交技術(shù)提案1 000余篇，并面向5G共建共享牽頭制定全球首個(gè)5G NR FDD 50M大帶寬標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)管理等系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；中國(guó)電信主導(dǎo)完成10項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定；華為、中興、大唐等通信企業(yè)也發(fā)揮了重要作用。

專(zhuān)利數(shù)量位居全球榜首。根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）公布的5G標(biāo)準(zhǔn)必要專(zhuān)利聲明量排名統(tǒng)計(jì)，中國(guó)企業(yè)的5G專(zhuān)利數(shù)量占比達(dá)到32.97%，占比不但全球最高，而且遠(yuǎn)超排名第二的韓國(guó)（韓國(guó)企業(yè)的5G必要專(zhuān)利聲明全球占比約為25%）。德國(guó)專(zhuān)利機(jī)構(gòu)IPLytics在2021年11月發(fā)布的報(bào)告顯示，華為全面領(lǐng)跑5G技術(shù)領(lǐng)域，5G專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量全球第一，獲得3GPP批準(zhǔn)納入5G標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)利貢獻(xiàn)數(shù)量占比達(dá)到23.18%。

國(guó)際學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)取得突破。香港中文大學(xué)教授、網(wǎng)絡(luò)編碼創(chuàng)始人之一的楊偉豪（Raymond W. Yeung）獲得2022年度克勞德·香農(nóng)獎(jiǎng)（克勞德·香農(nóng)獎(jiǎng)被稱(chēng)為信息通信領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)）和2021年度理查德·漢明獎(jiǎng)。2018年以來(lái)，我國(guó)科研人員在通信領(lǐng)域重要會(huì)議IEEE Infocom/ICC/Globecom/WCNC等榮獲最佳論文獎(jiǎng)累計(jì)超過(guò)50余篇。

高質(zhì)量論文產(chǎn)出數(shù)量增加。2021年《中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，在2020年中國(guó)卓越科技論文產(chǎn)出學(xué)科分布中，電子、通信與自動(dòng)控制卓越論文數(shù)量為28 757篇。在2020年發(fā)表SCI論文較多的10個(gè)學(xué)科中電子、通信與自動(dòng)控制排名第六，共32 539篇，在2020年中國(guó)科技人員發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文數(shù)最多的10個(gè)學(xué)科中，通信排名第一。根據(jù)《中國(guó)科技論文與引文數(shù)據(jù)庫(kù)》（CSTPCD）收錄論文統(tǒng)計(jì)分析，2020年國(guó)內(nèi)電子、通信與自動(dòng)控制學(xué)科論文數(shù)達(dá)到24 952篇，論文被引用次數(shù)達(dá)到162 083次。

國(guó)際頂尖人才數(shù)量有所提升。我國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域目前有院士/杰青/長(zhǎng)江學(xué)者30余人次；我國(guó)20余位專(zhuān)家擔(dān)任標(biāo)準(zhǔn)化組織管理層重要職位。國(guó)際影響力較高的有：華裔物理學(xué)家高錕在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”做出突破性成就，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，被譽(yù)為“光纖之父”“光纖通信之父”“寬帶教父”；香港中文大學(xué)李碩彥教授是代數(shù)交換理論的創(chuàng)立者，網(wǎng)絡(luò)編碼的創(chuàng)立者之一；西安電子科技大學(xué)蔡寧教授長(zhǎng)期在信息論、網(wǎng)絡(luò)編碼、組合數(shù)學(xué)等前沿領(lǐng)域從事科研工作，取得了非常突出的成就。

研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出持續(xù)提升高。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，2021年，我國(guó)全社會(huì)研究與試驗(yàn)發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)投入為27 864億元，比上年增長(zhǎng)14.2%，基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)為1 696億元，增長(zhǎng)15.6%。為我國(guó)通信技術(shù)研發(fā)提供強(qiáng)有力的資金支持。

1.2 5G產(chǎn)業(yè)化水平不斷提高

2019年工業(yè)和信息化部為四大運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、中國(guó)廣電）發(fā)布四張5G商用牌照，標(biāo)志著5G正式商用。

我國(guó)5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得階段性成效。以基站為代表的基礎(chǔ)設(shè)施為例，根據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到2021年底，我國(guó)累計(jì)建成并開(kāi)通5G基站142.5萬(wàn)個(gè)，2020年新建5G基站超過(guò)65萬(wàn)個(gè)。目前5G基站總數(shù)占全球60%以上，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋所有地級(jí)市區(qū)，超過(guò)98%的縣城城區(qū)和80%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)。在5G核心網(wǎng)建設(shè)方面，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商正在加速建設(shè)5G核心網(wǎng)，目前已經(jīng)建成全球最大的5G SA網(wǎng)絡(luò)，華為也參與到全球諸多運(yùn)營(yíng)商5G SA核心網(wǎng)建設(shè)中。

我國(guó)5G垂直行業(yè)應(yīng)用生態(tài)逐步完善，賦能千行百業(yè)。5G作為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)領(lǐng)域都有了典型的示范應(yīng)用，催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)，培育產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動(dòng)能。截止到2020年底，我國(guó)5G終端連接數(shù)量超過(guò)2億，位居世界第一[3]。在To C端：VR/AR研究如火如荼，高清視頻已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用試點(diǎn)，如中央廣播電視總臺(tái)首次實(shí)現(xiàn)“5G+8K”集成制作；在To B端：5G+智慧能源、智慧城市、智慧電網(wǎng)、數(shù)字孿生、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域成為創(chuàng)新應(yīng)用的熱點(diǎn)，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展方興未艾，典型示范應(yīng)用案例數(shù)不勝數(shù)，為5G在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用提供成功經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)更加豐富多元。

2 我國(guó)5G面臨的發(fā)展瓶頸及相關(guān)建議

2.1 發(fā)展瓶頸

一是缺少引領(lǐng)性、顛覆性的原創(chuàng)理論。移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)20幾年的發(fā)展，仍然以香農(nóng)理論為基礎(chǔ)[2]，隨著5G應(yīng)用的加速推進(jìn)，頻譜資源日趨枯竭，急需新的突破性理論，支撐現(xiàn)代移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。我國(guó)在信息通信領(lǐng)域也提出了一些具有國(guó)際影響力的理論，如香港中文大學(xué)楊偉豪（Raymond W. Yeung）教授是網(wǎng)絡(luò)編碼理論的創(chuàng)立者之一。但是應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)提出具有開(kāi)創(chuàng)性理論偏少，大多是在國(guó)外提出的理論基礎(chǔ)之上進(jìn)行創(chuàng)新，長(zhǎng)期處于跟隨模式。同時(shí)還要看到諸多高校在招聘教師時(shí)，把海外留學(xué)經(jīng)歷作為硬性條件，這也導(dǎo)致一些長(zhǎng)期受西方教育的高等人才，對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家提出的理論認(rèn)可度較高，理論創(chuàng)新的積極性不高。

二是5G產(chǎn)業(yè)鏈前端的支撐技術(shù)長(zhǎng)期受?chē)?guó)外把控。美國(guó)的八大公司（思科、IBM、谷歌、高通、英特爾、蘋(píng)果、甲骨文、微軟）形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，主導(dǎo)全球通信支撐技術(shù)的發(fā)展，把控著我國(guó)在5G芯片、通用器件、原材料、中間件等方面的進(jìn)口，對(duì)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生不可控的影響，關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)較大。2018年美國(guó)制裁中興，禁止中興向美國(guó)企業(yè)購(gòu)買(mǎi)敏感產(chǎn)品；從2019年開(kāi)始，美國(guó)宣布將把華為及其子公司列入出口管制的“實(shí)體名單”，禁止華為使用美國(guó)芯片設(shè)計(jì)軟件，禁止含有美國(guó)技術(shù)的代工企業(yè)生產(chǎn)芯片給華為?？傊绹?guó)從多方面遏制中國(guó)企業(yè)的崛起，這也使得中國(guó)企業(yè)痛定思痛，加大技術(shù)研發(fā)力度，堅(jiān)持走國(guó)產(chǎn)化之路，但是研發(fā)需要長(zhǎng)時(shí)間的投入，目前我國(guó)“缺芯少魂”的局面未得到根本性轉(zhuǎn)變。

三是國(guó)際交流合作受阻。一方面受疫情影響，國(guó)家之間的交流與合作明顯減弱，許多國(guó)際會(huì)議無(wú)法順利召開(kāi)，赴外留學(xué)生大幅縮減。二是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈，我國(guó)企業(yè)發(fā)展受到限制，產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈?zhǔn)艿經(jīng)_擊。三是在國(guó)際頂尖協(xié)會(huì)任職人員偏少，雖然我國(guó)的IEEE會(huì)員數(shù)量已經(jīng)超過(guò)25 000人，全球排名前三，但I(xiàn)EEE現(xiàn)有的39個(gè)專(zhuān)業(yè)社區(qū)主席中有19個(gè)來(lái)自美國(guó)，中國(guó)在這些重要職位上還基本處于空白狀態(tài)，中國(guó)學(xué)者對(duì)國(guó)際學(xué)會(huì)組織治理的貢獻(xiàn)度有待進(jìn)一步提升。

2.2 相關(guān)建議

一是加強(qiáng)技術(shù)研究，完善創(chuàng)新體系?；A(chǔ)研究是學(xué)科體系源頭，也是技術(shù)的總機(jī)關(guān)，加強(qiáng)技術(shù)研究首先是要足夠重視基礎(chǔ)研究。一方面加大財(cái)政投入，合理布局移動(dòng)通信中長(zhǎng)期規(guī)劃，給予科研較為充足的資金、時(shí)間和試錯(cuò)的空間，支撐基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究；另一方面注重人才培養(yǎng)，建議把通信作為一級(jí)學(xué)科，建立理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科體系，著力培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

二是創(chuàng)建頂級(jí)學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，集思匯智。我國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域創(chuàng)建的具有較高影響力的學(xué)術(shù)期刊有《中國(guó)工程院院刊》（Engineering）、《中國(guó)通信（英文版）》（China Communications）等，頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議主要有ICCC、WCSP。然而世界頂級(jí)的期刊和會(huì)議，主要集中在IEEE和ACM這兩個(gè)組織，例如，IEEE JSAC、IEEE Tran.mobile computing、ACM sigcomm等。我國(guó)的學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)也過(guò)度依賴(lài)他們構(gòu)建的生態(tài)體系，大量?jī)?yōu)質(zhì)的論文發(fā)表在國(guó)外的核心期刊上，并且為其提供大數(shù)據(jù)分析樣本，不僅可以避開(kāi)錯(cuò)誤的研究方向，減少試錯(cuò)成本，而且為未來(lái)的研究提供具體方向。在未來(lái)我們要充分發(fā)揮行業(yè)組織、社會(huì)團(tuán)體團(tuán)結(jié)和凝聚科技工作者的優(yōu)勢(shì)，把現(xiàn)有的期刊、會(huì)議等學(xué)術(shù)交流平臺(tái)做大做強(qiáng)，通過(guò)建立海外分支機(jī)構(gòu)的方式，提高國(guó)際影響力。

3 未來(lái)趨勢(shì)

接下來(lái)在進(jìn)一步加強(qiáng)5G產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的同時(shí)，要推動(dòng)下一代移動(dòng)通信的研發(fā)進(jìn)程。移動(dòng)通信平均約10年完成一輪升級(jí)換代，未來(lái)3～5年是6G研發(fā)的窗口期，為了抓住創(chuàng)新先機(jī)，搶占移動(dòng)通信技術(shù)制高點(diǎn)，2019年科技部等相關(guān)部委召開(kāi)6G技術(shù)研發(fā)工作啟動(dòng)會(huì)，宣布成立國(guó)家6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組、國(guó)家6G技術(shù)研發(fā)總體專(zhuān)家組；東南大學(xué)、鵬程實(shí)驗(yàn)室、復(fù)旦大學(xué)和紫金山實(shí)驗(yàn)室等參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃6G專(zhuān)項(xiàng)，目前已搭建了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的光太赫茲實(shí)驗(yàn)室，首次實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)凈速率為103.125 Gbps、雙波長(zhǎng)凈速率為206.25 Gpbs的太赫茲實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸[5]，通信速率較5G提升了10倍以上；華為早在2017年開(kāi)始布局6G研究，隨后中興、中國(guó)移動(dòng)等企業(yè)加入6G研發(fā)大軍?！度战?jīng)亞洲評(píng)論》與東京研究公司網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究所合作，調(diào)查了9項(xiàng)核心6G技術(shù)的約2萬(wàn)項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，包括通信、量子技術(shù)、基站和人工智能等，結(jié)果顯示：在全球6G專(zhuān)利申請(qǐng)量占比中，中國(guó)40.3%位居世界第一，美國(guó)35.2%排名第二，日本9.9%排名第三，中國(guó)在6G專(zhuān)利申請(qǐng)量上占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)早已在6G領(lǐng)域布局，2016年美國(guó)國(guó)防部下屬的高級(jí)研究計(jì)劃局就與十多家私營(yíng)科技企業(yè)組建了合作投資集團(tuán)，研究6G核心傳播技術(shù)之一的太赫茲傳輸技術(shù)；2020年美國(guó)牽頭組建“6G聯(lián)盟”，已有高通、蘋(píng)果、三星等幾十家巨頭加入，并且將中國(guó)排出在外，主要戰(zhàn)略任務(wù)是建立6G戰(zhàn)略路線圖，全球推廣6G技術(shù)和服務(wù)等。歐盟日本、韓國(guó)、芬蘭等國(guó)家也紛紛加入6G研發(fā)行列。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)5G的應(yīng)用已開(kāi)始賦能千行百業(yè)，這是我們?nèi)〉玫某煽?jī)，但我們也要始終保持危機(jī)意識(shí)，始終加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、顛覆性技術(shù)展開(kāi)攻關(guān)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信“換道超車(chē)”的跨越式發(fā)展。