川普為什麼非得封殺華為5G?

作者:盒飯財經   |   2020 / 10 / 06

文章來源:虎嗅網   |   圖片來源:股感知識庫


華為的一隻腳正懸半空中。

「華為基站晶片數量充足,但智慧型手機業務在斷供後受影響嚴重。」 9 月 23 日, 2020 華為全聯接大會在上海開幕,也就是華為禁令生效後的第八天,華為輪值董事長郭平在會上說到。有業內人士預計,其手機晶片庫存能夠維持到 2021 年第一季度的市場需求, 5G 基站晶片可滿足明年全年的市場需求。會上,郭平多次強調 5G 概念。同時,就 5G 業務受到製裁,華為回應,clean 5G 並未對其 5G 業務產生影響,華為的目標是通過 5G 網路實現連續覆蓋。

2 年前, 5G 的概念尚存爭議,華為以 49.5% 的專利佔比穩坐科技企業頭把交椅。如今, 5G 被視為通信世界的第二次嬗變,如溪云初起,山雨欲來, 5G 概念開始遍及各行各業。2020 年 8 月 17 日,深圳正式完成 5G 獨立組網全覆蓋,成為全國第一個 5G 城市。此後,北京、山東 16 市城區陸續加入 5G 城市行列。 9 月 27 日舉辦的 2020 中國 500 強企業高峰論壇上,中國行動(雄安)產業研究院副總經理王昀再次強調打造新型智慧城市的概念。

此外,在量子通信領域,北京的首台量子直接通信樣機於 9 月研製成功,該項目實現了 10 公里光纖鏈路 4kb /s通信速率的量子保密電話,推動了量子直接通信的實用化發展。那麼, 5G 技術到底是什麼,它將帶給我們什麼樣的便利與威脅,川普又為何對華為 5G 技術佈置出重重殺陣;以俯視的視角觀測,在 5G 之後,通信業的終點又是什麼?

回答「為什麼」,需要進一步了解是什麼。盒飯財經試著通過拆解《果殼中的 5G 》一書,從商業層面了解 5G 到底意味著什麼?

1. 5G 不止於速度

通信技術的升級一直被大眾用數據傳輸速率來解讀,大眾聽到的、看到的所有市場宣傳中,無一不是在談論網路的速率變化。誠然,從 2.5G 通信網路啟動了行動數據業務的發展之後,如何提升數據傳輸速率一直就是網路演進的主題線索。以更高的網路速率來迎接新的通信技術時代彷彿已經成了一種定式, 5G 也不例外。大眾消費者認知 5G 最典型的方式,也是將 5G 與之前的通信網路進行傳輸速率的比較。

通過網路數據傳輸速率認知 5G 時代的核心技術,這本身並沒有什麼錯誤,但它卻在很大程度上扭曲了 5G 網路所具有的全部內涵。事實上,描述一個通信網路的特徵並不僅僅只有數據傳輸的速率,一個通信網路還有很多​​指標,每一個指標都表明網路的不同能力。只是通信網路在面向大眾消費者提供服務的時代,其他網路特徵並不被用戶所明顯感知。但當通信網路要面向萬物提供連接服務時,每一個特徵指標都會成為網路服務的重要內容。

網路傳輸速率只是表明一個網路可以多快地傳輸數據,這就如同說明汽車在一條道路上可以多快地行駛一樣,這個速率往往與路面、路型、環境條件、道路設施等有直接關係。而除了傳輸速率之外,網路的頻寬也同樣是一個重要的網路特徵指標。一條道路的路面設計可以滿足速率為 100km /h的需求,並不意味著所有的車輛都能在這條道路上達到這個速率。因為,這條道路上會有限高、限重、限寬的路段,這些因素就會限制某些車輛在道路上的行駛。

網路頻寬就如同這樣的指標,你必須提高網路對於超高、超重、超寬的支撐能力,才能使更大型的車輛能夠在道路上自由形式。第一代行動通信系統的信道頻寬只有 2.5kHz ,它的網路就只能傳輸窄帶的語音信號,而 5G 網路想要平滑傳輸 8K 的高畫質影片信號,網路頻寬就至少需要達百兆。除了傳輸速率、傳輸指標外,描述網路能力的參數特徵還包括網路覆蓋範圍、連接密度、傳輸可靠性、傳輸時延等指標。而在萬物互聯的場景中,每一個參數都可能是某些特定被重點關注的需求。在這種情況下,網路的建設方式就會發生變化。

4G 時代,網路只需要服務手機終端,所以營運商可以建設一個性能和功能都一致的連續網路,只要網路能夠全面覆蓋用戶群體,網路的價值就能得以充分體現。但在 5G 時代,網路需要應對萬物的需求,而萬物的需求又各有不同,網路就必須有能力千變萬化來滿足不同需求,這並非傳輸速率就可以概括。正相反,在很多物聯網的場景下,我們根本不會去追求 5G 網路的傳輸速率超過 4G 網路。

2. 被毫米波顛覆的營運商

毫米波的必要性

5G 的核心場景之一為增強型行動寬頻(eMBB)【注 1 】。這表明 5G 網路必須有能力傳輸高頻寬的數字信號,同時意味著 5G 網路必須選擇更高的通信頻率,這是由無線通信的基本性質所決定的。所有用於數據傳輸的無線通信信號都是調製在一個載波頻率上被發送和接收的。我們通常所說的通信頻率,實際是指的這個載波的頻率,而我們通常所說的傳輸頻寬是指的通信信號的頻寬。

通信信號頻寬和載波頻率有著對應的關係,載波頻率越高,能夠承載的通信信號的頻寬也越高。這就好比一輛集裝箱貨車,它的集裝箱長度越長,那麼他能夠裝下的最長貨物也越長。載波頻率就是這個運輸車的集裝箱長度。所以,提升通信所使用的載波頻率就相當於提升集裝箱的長度,只有這樣才有可能傳輸寬頻信號。

提升載波的頻寬承載能力只是選擇高頻段通信的一個原因,還有另一個原因是無奈。因為,通信技術發展是由相對技術難度較低的低頻段通信開始的,在長期的通信業務發展過程中,低頻段的頻率資源已經被分配得比較充分了,很難在低頻段找到大片的空閒頻譜空間。這就好比一個城市經過長期歷史匯集,居住區域將會十分密集,你忽然想要率領 1000 人入住這座城市,唯一的解決辦法就是在郊區另建居住的區域。

其實通信頻率資源使用和城市區域的建設一樣,就是這樣一點點向外擴大的。這就是為什麼從 0G 到 4G ,我們看到通信的載波頻率始終向高頻發展的原因。5G eMBB 的頻寬需求設計目標要達到 400MHz ,這是很難在低頻段實現的,所以 5G 必須走向更高頻段。而且,基於目前通信頻譜的實際使用情況來看,能夠提供這樣高頻寬的空閒頻段,最低的載波頻率也需要到 4GHz 以上。

由於這個頻段的載波波長是毫米級的,所以, 5G 在這個頻段的通信被稱為毫米級通信。毫米波通信是 5G 為了實現eMMB應用場景的必然選擇,也是 5G 網路中最具特色的通信特徵。

營運商的困境

毫米波通信對於 5G 來說有很多的好處;首先,毫米波頻率資源相對豐富,在構建高頻寬能力上可以更加游刃有餘;其次,毫米波的抗干擾能力強,這有利於 5G 網路構建高質量的通信信道;最後,處理和傳輸毫米波的器件體積可以做得比較小,因此,毫米波通信設備也更容易進行微型化的製造,這有利於 5G 開啟更加豐富的應用場景。所以, 5G 的毫米波通信特徵使得很多的微型基站、微型行動通信設備大量湧現。

但是,天下沒有免費的午餐,毫米波通信所帶來的這些好處並不是沒有代價的。毫米波有很多天生的缺陷其實並不適合行動通信,這些缺陷也將成為 5G 發展過程中需要克服的重大障礙。首先,在發射頻率功率不變的情況下,頻率越高的信號,衰減的速度越快,因此傳輸的距離也就越短。而且毫米波很容易受大氣中的懸浮顆粒影響,這就會更加影響毫米波的傳播距離。

因此, 5G 網路使用毫米波通信的直接結果就是會導致 5G 基站的覆蓋範圍比 4G 基地台小很多。這意味著,為了覆蓋相同面積的區域, 5G 網路需要建設比 4G 網路更多,更密的基地台才行。 4G 基站的覆蓋半徑為 1 — 3km ,而 5G 基站的覆蓋半徑只有 100 — 300m 。其次,毫米波信號的穿透能力很弱,基本上不能穿透任何固體,這就意味著用毫米波基地台進行覆蓋規劃時會相當複雜,任何的阻攔和遮擋都會造成信號的大幅度衰減。進行室內覆蓋時,這個問題將會尤為突出。為了彌補毫米波通信所帶來的物理限制, 5G 網路的部署方案就必須採用超密集網路(UDN)【注 2 】的形式來進行。

如此密集的基站部署將給 5G 網路的部署帶來困難。

一方面,由於基地台的密集建設,網路建設成本會大幅提升,網路建設的費用不僅僅是體現在基地台設備的購買成本上,還體現在安裝基地台的地址獲取上。由於大多數基地台的安裝站地址並不為營運商所擁有,因此,密集的基地台部署就意味著營運商需要購買或租用大量的基地台地址並支付位址服務費用才能完成 5G 網路基地台的部署。另一方面,基地台數量的增多同時意味著連接基站與核心網路的光線線路同時增多,數據傳輸費用也會提高,同時區域內基地台耗電量也會隨之增大,營運商對於密集網路的營營營運維修修護成本也會大幅度增加。

以上問題還僅是從網路建設和營營運維修修的成本角度來看。在技​​術層面上,由於超密集網路的基站部署十分密集,那麼基地台與基地台之間如何保障通信協同,如何避免相互干擾也將變得比以往的通信網路更加複雜。蜂窩基地台過於密集,意味著用戶在行動通信過程中需要頻繁切換基地台,這對於保障用戶的高通信質量過程是非常艱鉅的挑戰。

3. 5G 創新的社會化基礎,城市的船與數據的帆

人們常說, 4G 改變生活, 5G 改變社會。這句話本意是為了說明 5G 對於未來社會發展的影響深度。但實際上,這句話也恰好同時說明了 5G 的發展與社會發展之間前所未有的密切關係。5G 業務的全面開展需要建立在一個良好的社會基礎體系上,這個基礎體系的建立不僅是靠 5G 的通信網路,也絕不是通信一個產業的事情,它必須是一個由多方參與的建設過程。尤其是城市,在建設 5G 發展的基礎體系過程中所起到的作用絕不低於營運商。這個基礎體系中至少含有 4 個核心內容:城市基礎設施、城市基礎網路、城市基礎平台以及城市基礎數據

我們以 5G 車聯網體係為例,一個車聯網業務能夠開展不是通過一個汽車上的 5G 通信設備和一個建好的 5G 網路就能夠實現的。為了能夠使得車聯網具有業務場景的可應用性,還需要建設很多內容。例如,車路協同要求車輛與交通信號燈或其他交通指示牌之間建立密切通信關係,這就要求,相關的交通設施也需要進行一定的技術升級,不僅在硬體和軟體層面需要與車聯網系統集成聯通,相關的管理流程、法律法規也必須相應到位。如果在這個實施過程中城市建設缺失,那麼在城市的道路上就永遠不可能有車聯網汽車的正常行駛。

此外,車聯網作為城市的交通管理體系的一個元素,還需要與火警、道路救援、大型活動等很多時間的特殊道路管理場景進行聯動,城市在其中起到非常重要的指導作用。由這個場景衍生開來,可以隱隱感受到 5G 時代,城市將是一個非常重要的產業基礎,城市 5G 化將是產業 5G 化的基本條件。諸如物流體系、社會服務體係等都需要城市和產業高度協同。從某種意義上說, 5G 時代,城市需要構建一個數位化的賦能平台。

有了城市基礎設施建設與 5G 網路建設的呼應還只能算是建造 5G 商業藍海的船,要能夠讓這條船乘風遠航還需要具有一展風帆,這就是對城市的數據呼喚。城市的數據是城市血液,城市的數據對於 5G 產業發展的影響是最容易被忽視的。這種忽視不是在於對數據的作用沒有意識,而是在於對如何釋放數據的能量缺乏手段。城市管理者如果將數據保存在限制訪問和使用的不同系統的數據庫中,那麼城市的數據就永遠無法釋放出價值。 5G 的智能網路也就缺乏了感知之源,其實大多數城市已經累積了大量的數據,只不過尚未形成一個集成的、統一的、開放性的數據服務能力。

從應用層面簡單地看好像不過就是,更好的停車、高效的照明、更好的交通流、更智能的安全、更好的廢物管理、更優的災難規劃等。但這些貌似簡單的應用以及諸多碎片化的城市管理場景,都需要各式各樣的數據被帶到一個共同的、統一的平台之中。最關鍵的是未來的產業互聯網將越來越以此為樞紐。傳統城市營運之中,數據主要是用來對於城市的管理,而在 5G 時代,由於整個社會的數位化進程,城市的數據將越來越能夠對於整個產業的數位化活動起到支撐作用。

例如,城市人口的分佈資訊,對於商業選址有非常大的作用,商業的精準選址一方面提升商業成功率,另一方面也精確滿足了城市居民的需求,營造了良好的生活體驗。城市數據能力的整合與開放,在 5G 時代由於連接的豐富性和便捷性,對於產業賦能的作用將尤其突出。城市對於數據營運的作用不僅僅體現在城市數據自身的整合與開放上,還在於以城市為樞紐對於特定產業數據的整合與開放上。

例如,不同健康機構的數據打通、整合,不同機構交通數據的整合,風險與安全數據的整合,身份與信用數據的整合等。這些數據的整合都更適合從城市的角度出發,以城市為主導進行產業數據平台的建設,並在城市管理部門的統一監管下進行數據能力的開放。據統計,全球每周大約有 130 萬人會遷入城市,到 2040 年全球大約 65% 的人口將生活在城市。城市的數據平台一方面會越來越重要.

另一方面,由於城市需求是動態的,數據的內容、生產方式也將是動態發展的,因此,城市的數據平台需要具有極大的靈活性,並能夠即時收集、保護、組合、關聯和處理來自各種分佈式感測器以及來自各種機構的數據。這將是一個非常具有挑戰性的任務,其複雜程度遠超任何一個企業的數據管理平台。

原有城市管理脈絡和組織也都會因為這樣的數據平台建設而重構。隨著 5G 網路的普及,產業的連通性更強,城市的樞紐和平台作用,數據的賦能作用也將會越來越明顯。

4. 5G 時代的經濟難題

隱私保護

數字經濟所帶來的最複雜的問題就是個人隱私的保護。數位化時代,人們是誰、在做什麼、想做什麼、經常做什麼等都能被充分地記錄和分析。你也許覺得這很可怕,但是如果一切個人數據都被嚴加保護並阻止非本人的使用,那麼數位化社會的一切經濟活動就將必然終止。個人數據的流動是數位化商業的根本內容,設想沒人知道你的銀行帳戶,你是否能夠進行線上支付?沒人知道你的地址,你是否能夠收到快遞包裹?沒人知道你的健康資訊,你是否能夠正確治療?

5G 到來之後,由於其本身的技術優勢,個人隱私保護和數位化經濟發展之間的矛盾將更為突出。 5G 網路將使得個人數據更加開放,人們完全暴露在 5G 的網路之中。網路可以在人們完全不知情的情況下收集大量個人資訊並加以應用,這其實也是基於 5G 網路進行用戶營運的重要目標場景。但這明顯是存在問題的。如何能夠在充分保護個人數據隱私的情況下有效地進行用戶營運,對於整個 5G 生態系統的任何角色,包括用戶和各種其他利益相關者來說都是至關重要的,這將直接決定著 5G 業務能否被大眾所接受。

如位置隱私。 5G 密集網路的特徵,極其有利於位置的服務提供,營運商僅通過基站ID就可以獲得極為精確的用戶位置,更多具有定位和跟踪能力的商業工具將會出現,這些位置感知工具可以幫助人們的社交活動,但也可能成為商業機構對於用戶進行騷擾的有效通道。

網路安全

安全問題是網路的原生問題,自從網路誕生的第一天起,網路安全就一直是一個重要的網路性能衡量指標。 5G 則將網路安全提升到了新的高度,網路安全引起了更加普遍的重視。這是由於在 5G 時代,至少有兩大產業特徵將導致網路安全對人類社會造成更大的影響。

第一,資產全面線上。 5G 萬物互聯的網路能力又進一步將實地資產也全面地進行了鏈接,這使得未來大多數的設備將普遍處於網路安全的威脅之中,他們不僅可能被入侵,還可能被操控。更具威脅的是,這樣的設備在 5G 時代將廣泛存在於我們的生活之中,時時刻刻感知我們的存在,並參與我們的活動。

第二,關鍵任務連接。在 5G 時代,高可靠、低時延的網路連接能力使得 5G 網路將參與很多關鍵性人物,如智慧醫療過程、自動汽車的形式、無人機飛行的引導等。在這些 5G 的應用場景下,如果出現了網路安全問題,損失的可能就不僅僅是數位化資產,很可能將會是人們的生命安全。正因為如此, 5G 網路的安全性將是一切 5G 業務開展不可或缺的基礎。

5. 5G 的終點—量子通信和量子計算

在通信技術的發展過程中,人們想盡了一切辦法讓資訊能夠更快、更多、更好的傳送。迄今為止,人類在通信技術上已經形成的成果本質上也都是面向資訊的發送方法的。包括載波頻率使用、編解碼效率等。就技術發展前景而言,這一切已經接近一種極限狀態。我們的載波頻率的利用已經到達了可見光的邊緣,編解碼效率也已經逼近了香農定律的極限。如果未來的通信系統能夠有更大的突破就必須在資訊理論上有所突破,甚至顛覆傳統的通信概念。量子理論的發展使得人們開始注意到一個隱隱約約的可能。

截至目前,人類對於量子資訊的掌控能力十分有限。這其中涉及兩個方面的命題,第一是如何傳輸量子資訊的命題,第二是如何應用量子資訊的命題。

傳輸量子資訊

傳輸量子資訊涉及深層次物理學理論。在這個領域,有一個被經常提及的概念,量子糾纏。量子糾纏的基本內容是,如果我們能夠形成兩個進入糾纏狀態的粒子,那麼改變其中一個粒子的狀態,另一個粒子的狀態總會順勢改變,無論它們相距多麼遙遠,而且中間不需要任何媒介。

假如我們能夠構建這樣的通信系統,這個系統唯一工作就是通過量子糾纏裝置產生進入糾纏狀態的粒子對,然後將其分別發送給通信的雙方。例如,將其中一個例子發送給A,另一個粒子發送給B,只要A按照自己想要傳輸的內容改變粒子狀態,B就會由於量子糾纏的作用瞬時收到相對的狀態。 A和B之間完成了瞬間的資訊傳送。該系統理論上擁有無限高的傳輸速率和傳輸頻寬。

但是這個系統無法成立。因為一旦有人想要讀取粒子的明確資訊,粒子就會退出量子糾纏狀態(物理學稱之為量子態的坍塌)。

量子密鑰分發

量子密鑰分發是量子通訊的主要應用場景之一。這相當於由一個量子糾纏發生器向A和B分別發送一對處於量子糾纏態的量子,雙方各自讀取量子資訊並紀錄,並將之作為雙方通信內容的密鑰。在傳輸過程中,一旦有人企圖獲得這個量子密鑰就會破壞A和B之間的量子糾纏態,他們就會立即察覺。

量子理論和相關實踐將為未來的通信世界打開怎樣的一片天地,我們目前還不能完全清楚,但是,通信世界也許就會因為這些內容髮生徹底的改變。

6. 結論

5G 將會開啟一個創新、創業的黃金時代:萬物互聯、云網一體、網路切片、智能邊緣、超低時延等,每一個技術都可能引起一場生態級變革。在產業互聯網時代,對於通信技術的吸取,將變得更為關鍵,這也將成為各方博弈的焦點。此前,作為 5G 規則制定者之一的華為曾經因此屢受針對,上演了以一企敵一國的壯舉。

5G 時代剛剛開始,其落地的應用也在慢慢展開。它帶給世界經濟的變化尚不明確,唯一能確定的是,它將在褒貶的爭論下不斷迭代和優化,成為下一個時代的入場券。

註釋:

【 1 】“增強型行動寬頻”主要體現在“ 3D 超高畫質影片遠程具現”“可感知的互聯網”“超高畫質影片流傳輸”“虛擬現實”等領域。他們對於頻寬、時延的要求遠超 4G 。

【 2 】超密集網路(UDN)一般分為兩種:

( 1 )根據基站數和用戶數的關係來定義,即基站密度遠大於用戶密度的網路。

( 2 )直接根據基站密度來定義為大於 1000 /平方公里。

虎嗅網》授權轉載

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