馬克談天下(46)美國的太空有夢，5G無門之無門篇

幾個月以前，我寫過一篇美國的太空有夢，講到了美國的大量私營公司，包括SPACEX，BLUE ORIGIN等都在未來的太空競賽中起到了關鍵作用，並且在很多方麵有著巨大的進步，馬上填補了NASA（包括和NASA關係良好的波音，洛克希德馬丁等公司）的技術和開發空白，並且很有可能形成一個新的萬億美元級別的商業市場，人類曆史上首次出現的一個全新市場 －－－ 外太空旅遊市場。

相比美國的太空有夢，美國在５G上卻是步履維艱，一路追趕，甚至是有種未來無門的感覺。

5G的綜合實力比拚,基本上分為五個部分

1、標準主導能力 2、芯片的研發與製造 3、係統設備的研發與部署 4、5G終端的研發與生產 5、業務的開發與運營 6、運營商的能力

今天我們就總結一下，為什麽說美國在５G領域有著無門的感覺，我們從這五個方麵來分析。

第一個部分，有關5G標準,5G標準是一個複雜的體係，它從編碼、空口協議到天線林林總總，很多個方麵，所以國際標準化組織有多個工作組在進行工作，由某個或是某幾個企業領裝頭，寫出標準，大家討論，最後確定，眾多的標準一起形成了整個的5G標準。

全世界5G標準立項並且通過的企業是中國移動10項，華為8項，愛立信6項，高通5項，日本NTT DOCOMO4項，諾基亞4項，英特爾4項，三星2項，中興2項，法國電信1項，德國電信1項，中國聯通1項、西班牙電信1項、Esa1項。按國家統計，中國21項，美國9項，歐洲14項，日本4項，韓國2項。5G的標準立項就被這些國家瓜分了。

顯然,美國在標準製定上已經落了下風,而且其中很多美國擁有的5G標準是在毫米波,形同雞肋，後麵會在提到。

第二個部分，5G芯片的研發與製造，5G哪些地方需要芯片？核心網絡的管理係統，需要計算芯片，也需要存儲芯片，基站等眾多設備需要專用的管理、控製芯片。手機需要計算芯片、基帶芯片和存儲芯片，當然未來的大量5G終端還是需要感應芯片。

5G芯片領域，總體而言，還是美國占據了較大的優勢，不出大意外，會居於主導地位，但是這個也是美國在5G方麵唯一的亮點。

第三個部分，係統設備的研發與部署。一個龐大的5G網絡，這個網絡是核心網絡、管理係統、基站、天線、鐵塔等一係列產品組成的。我們稱之為通信係統。全世界的5G網絡都必須要有這樣的通信係統來提供服務。

全世界最早的移動通信那是美國人發明的，摩托羅拉這是世界上最早的也是最強大的通信設備公司，還來就有愛立信、諾基亞、西門子、阿爾卡特、朗訊、NEC等眾多的通信設備公司。在2G到4G時代，美國的兩大通信設備公司，包括摩托羅拉和朗訊因為多次的決策失誤，而一步步從領導地位走向了末路，其中摩托羅拉設備部分先後被轉賣給穀歌，然後是聯想，而朗訊被法國的阿爾卡特合並。所以，美國實際上是完全沒有5G通訊設備公司的。

如果說美國在5G設備開發中還有一點種子，那可能就是三星了，因為三星電子的最大股東是美國的投資人，三星現在在5G設備市場基本上是第五大的位置，可以說和美國有點關係。

第四個部分，5G終端，其中最重要的就是5G手機的研發與生產，當今世界上，手機研發和生產隻有美國、中國、韓國三強。今天全世界最強的三強是韓國三星、美國蘋果、中國華為。目前全世界第一批推出5G手機是華為，三星，中興、聯想、oppo、vivo、小米、一加這些企業。

而美國的蘋果，因為它傳統的以利潤優先的原則，在全球5G市場，尤其是美國的5G網絡沒有開始大規模上馬之前，並沒有馬上推出自己的5G手機，有傳言說2020年版的蘋果手機會是5G版本，根據蘋果和高通達成的協議，已經最近收購INTEL的動作，這個可能性還是很大的。整體來說，美國的5G手機產業是蘋果一枝獨秀，但是在5G終端，包括TV SETBOX，還有PAD上麵還是有一定的潛力，不過不能算是優勢。

第五個部分，業務的開發與運營，全世界互聯網發展，傳統的互聯網，基本上就是世界各國抄美國，傳統互聯網的業務都是美國最先創造，最先推動，然後世界各國都向美國學，或是直接采用美國的業務。我們大家最早知道的那些傳統互聯網業務，很容易在美國找到同樣產品母版的影子。

但是在移動互聯網上，美國逐漸落後，主要是因為受到美國政府管製和國際管製的製約，很多的應用都不能集合在一起，而且隱私保護的成本居高不下。

5G另一個方麵它是智能互聯網的基礎，需要移動互聯、智能感應、大數據、智能學習的整合，這就需要智能硬件的研發、生產。在5G應用開發方麵，因為美國本身的5G網絡還沒有成型，而且很有可能與世界上其它國家也不兼容，這個會極大的影響5G應用開發，尤其是5G智能硬件的開發。

第六個部分，運營商的能力。發展好5G，一個很重要的問題就是電信運營商的網絡部署能力，隻有部署好網絡，普通民眾才能用得上，業務才能發展起來，這就需要電信運營商的網絡部署能力。

美國的四大移動運營商（最近TMOBILE和SPRINT合並的可能性大大提高），包括VERIZON，AT&T，TMOBILE,SPRINT都有巨額負債，而且在5G頻譜拍賣時還要有大量的資金投入，加上後麵會在5G設備的投入上需要的海量資金，可以說美國的5G網絡會是非常困難。

而所有這些都還不是美國5G無門的要害，真正的要害在於一個，那就是美國的5G 頻譜主要是毫米波為主，原因居然是因為多數的中頻頻譜都被美國政府（尤其是軍方）占用，而在短期內沒有辦法拍賣給移動運營商，這樣造成一個美國即便推出自己的5G 網絡，也會還有可能和全世界的以SUB-6為主的5G網絡不兼容的窘境。

下麵我們就總結一下這個方麵，而這個很有可能會是美國在5G網絡方麵全麵落後的最大關鍵。

2010年初，AT&T和Verizon利用在2008年競標中贏得的700兆赫(MHz)頻譜迅速在全美部署LTE。在這一部署的基礎上，美國成為(繼芬蘭之後)第一個擁有LTE綜合網絡的國家，LTE網絡的性能大約是當時3G網絡的10倍。這種性能上的進步推動了智能手機的迅速普及，這種新型手機不僅可以傳輸更多內容，而且速度更快。Apple、Google、Facebook、Amazon、Netflix等無數美國公司都針對這一頻譜開發了新應用程序和服務。隨著LTE技術在其他國家部署，相應的手機和應用程序也得以在全球推廣。這一舉措助力美國取得無線和互聯網服務領域的全球主導地位，並創造了一個由美國領導的無線生態係統，美國國防部和世界其他地區近十年都在使用這一係統。

頻譜將在5G的運營、開發和推廣中發揮關鍵作用。峰值數據速率由無線服務可用的頻譜數量決定。在4G中，最多可以將5個20兆赫的信道連接在一起。但在5G中，可以連接多達5個100兆赫的信道，使速度比4G和4G LTE快約20倍左右。雖然部分5G技術將被部署到目前使用的蜂窩頻譜中，並在性能上實現一定的提高(LTE已經相當優化)，但全麵的5G開發將需要更多的頻譜。

全球領域目前采用兩種方法部署數百兆赫的5G新頻譜。第一種的重心放在6GHz以下的電磁(EM)頻譜上(“低到中頻段頻譜”，也稱為“Sub-6”)，主要在3GHz 和4 GHz頻段。第二種方法側重於24~300GHz之間的頻段(“高頻頻譜”或“毫米波”)，這是目前美國、韓國和日本采用的方法(雖然三國也在不同程度上探索Sub-6頻段)。美國的運營商主要專注於5G的毫米波部署，因為世界其他地區使用的5G的3GHz和4GHz頻譜大部分是美國獨有的聯邦頻段，特別是國防部廣泛使用的頻段。

3Ghz和4Ghz之間的頻譜波段主導了全球的5G活動，因為相比於毫米波頻譜，3Ghz和4Ghz的傳播範圍得到了改善，能用更少的基站數量提供相同的覆蓋範圍和性能。由於美國的大部分子Sub-6頻段不可民用和商用，美國運營商和控製美國民用頻譜的聯邦通信委員會（FCC）將毫米波頻譜作為國內5G的核心。世界其他地區與美國運營商相比，並不存在相同的Sub-6頻段限製問題，所以他們後續將在該範圍內尋求5G的發展。因此，如果美國繼續探索與世界其他國家不同的頻譜範圍，可能會發現自己沒有全球供應鏈基礎。

1G（語音通話）：1G移動網絡在20世紀80年代初投入使用，它具備語音通信和有限的數據傳輸能力(早期能力約為2.4Kbps)。1G網絡利用模擬信號使用類似AMPS和TACS等標準在分布式基站(托管在基站塔上)網絡之間“傳遞”蜂窩用戶。

2G（消息傳遞）：在20世紀90年代，2G移動網絡催生出第一批數字加密電信，提高了語音質量、數據安全性和數據容量，同時通過使用GSM標準的電路交換來提供有限的數據能力。上世紀90年代末，2.5G和2.75G技術分別使用GPRS和EDGE標準提高了數據傳輸速率(高達200Kbps)。後來的2G迭代通過分組交換引入了數據傳輸，為3G技術提供了進身之階。

3G（有限數據：多媒體、文本、互聯網）：20世紀90年代末和21世紀初，3G網絡通過完全過渡到數據分組交換，引入了具有更快數據傳輸速度的3G網絡，其中一些語音電路交換已經是2G的標準，這使得數據流成為可能，並在2003年推出了第一個商業3G服務，包括移動互聯網接入、固定無線接入和視頻通話。3G網絡現在使用UMTS和WCDMA等標準，在靜止狀態下將數據速度提高到1Gbps，在移動狀態下提高到350Kbps以上。

4G和LTE（真實數據：動態信息接入，可變設備）：2008年推出4G網絡服務，充分利用全IP組網，並完全依賴分組交換，數據傳輸速度是3G的10倍。由於4G網絡的大帶寬優勢和極快的網絡速度提高了視頻數據的質量。LTE網絡的普及為移動設備和數據傳輸設定了通信標準。LTE正在不斷發展，目前正在發布第12版。“LTE-A”的速度可達300MBps。

5G：5G的技術能力和應用範圍仍有待確定。頻譜的選擇和網絡使用環境將決定數據傳輸的速度、容量和延遲。例如，5G毫米波可以在無限製的特定條件下為固網提供難以置信的高速網絡，但在小區邊緣這一速度將很難維持。5G Sub-6的速度低於毫米波，但可以提供廣域覆蓋，不會受到環境因素的幹擾。目前5G的相關標準正在全球範圍內進行研發，以上條件將最終決定5G的“標準”。

毫米波在30GHz到300GHz之間的高頻中工作，毫米波之所以具有這麽大的吸引力有很多原因。首先，波長較短的毫米波會產生較窄的波束，從而為數據傳輸提供更好的分辨率和安全性，且速度快、數據量大，時延小。其次，有更多的毫米波帶寬可用，不僅提高了數據傳輸速度，還避免了低頻段存在的擁堵（在研究毫米波頻率應用在5G之前，該頻段的主要運用在雷達和衛星業務）。5G毫米波生態係統需要大規模的基礎建設，但可以獲得比4G LTE網絡高20倍的數據傳輸速度。最後，毫米波組件比低頻段的組件更小，因此可以更緊湊地部署在無線設備上。除了物理特性之外，毫米波對美國5G開發商也極具吸引力，因為美國政府擁有大量的Sub-6頻譜資源，尤其是在3～4GHz範圍，這使得運營商很難在FCC拍賣會上購買Sub-6牌照，甚至難以共享這一部分頻譜資源。

毫米波擁有著諸多好處的同時也麵臨著各種挑戰。雖然短波長和窄光束的特性可以提高分辨率和傳輸安全性，但這也限製了傳播距離。因為毫米波網絡需要遍布在基站覆蓋的整個區域中並保持不間斷的連接，這樣就會產生很高的基礎建設的成本。毫米波很容易被牆壁，樹葉和人體本身等障礙物阻擋，這進一步加劇了這一挑戰。毫米波在特定情況下可以覆蓋較寬的範圍，例如在樹頂上方有平坦反射窗的大型建築物中，但是在美國很少有這樣的環境。

穀歌也對國防創新委員會進行了初步的研究，以確定毫米波部署所需的大致資金成本和基站數量，使用28GHz頻段中的425 MHz的頻譜資源(目前美國5G試驗的毫米波配置標準)，相比使用3.4GHz頻段中的250 MHz的頻譜資源(Sub-6，中國5G試驗和部署的標準)，兩者都部署在現有的72,735個宏蜂窩塔和屋頂上（最簡單的部署選擇)，毫米波的部署以每秒100Mbps的速度覆蓋11.6%的人口，以每秒1Gbps的速度蓋率3.9%的人口。在中國Sub-6標準中，相同的基站以每秒100Mbps的速度覆蓋57.4%的人口，以每秒1Gbps的速度覆蓋21.2%的人口。該研究使用了包括樹葉結構陰影的高分辨率地理空間數據，但沒有考慮到人體或車輛的陰影，存在於部署環境中，並且會進一步破壞毫米波的網絡連接。

由於電線杆的易用性和豐富性，大多數運營商正考慮在電線杆上部署毫米波5G站點。利用美國的電線杆數據庫的研究表明，28GHz的毫米波基站需要大約在電線杆上安裝1300萬個，將花費4000億美元，如此才能保證28GHz頻段下以每秒100 Mbps速度達到72%的覆蓋率、每秒1Gbps的速度達到大約55%的覆蓋率。下麵的圖1和圖2顯示了28 GHz （毫米波）和3.4 GHz （Sub-6）在洛杉磯相對平坦的地區相同極點高度上部署的傳播差異（藍色表示100MBps的速度，紅色表示1GBps的速度）：

目前正在努力減輕這些物理層麵的挑戰，如大規模MIMO和波束賦型。大規模MIMO是一種天線陣列，它將極大地擴展設備連接數和數據吞吐量，並將使基站能夠容納更多用戶的信號，並顯著提高網絡的容量(假設存在多個用戶射頻路徑)。波束賦型是一種識別特定用戶的技術，該技術可以最有效的把數據傳遞給特定用戶並減少附近用戶的幹擾。雖然這些技術可以改善毫米波的傳播效率，但是在更大範圍內保持連接穩定仍然存在挑戰。在將毫米波作為一種更通用的無線網絡解決方案部署之前，還需要投入大量的時間和研發成本來解決毫米波的傳播特性問題。

Sub-6頻段包括低於6GHz的頻譜範圍。由於Sub-6波長較長，穿透障礙物的能力更強，可以提供比毫米波更寬更廣的區域覆蓋效果，連接中斷風險更低，因此與毫米波相比而言，Sub-6需要更少的資金投入和基站基礎建設，再利用上現有的4G基礎設施，這兩點使Sub-6成為潛在的5G標準。考慮到“中國速度”，加快Sub-6的推出時間顯得非常重要。雖然毫米波最終可能部署在傳播速度和成本不受限製的特定環境中，但Sub-6可能是短期內讓5G覆蓋更廣泛的有效方案，進而將推動5G供應鏈的產品設計和製造，Sub-6將有更多的設備提供支持。

為了最大限度地發揮5G的潛力，需要數百兆赫茲的連續帶寬以優化性能，而Sub-6頻譜已經擠滿了現有的無線係統。在美國，5G的Sub-6技術可能會通過LTE頻譜部署到現有的宏基站中，這將適度改善射頻係統性能，但速度不會達到相同條件下LTE的10倍。LTE在速度上曾超過3G十倍，5G未能實現同樣的突破，因此將削弱5G的Sub-6技術在美國部署的力度。

在美國的另一個挑戰是，政府擁有大部分的Sub-6頻段，並限製它們的商用。想要允許Sub-6頻段的商用，可以重新規劃政府的頻段或者共享這些頻段，但這兩個方式的時間都相對過長。清除頻譜占用(將現有的用戶和係統遷移到頻譜的其他部分)，然後通過拍賣、直接分配或其他方法將其釋放到民用部門所花費的平均時間通常在10年以上。共享頻譜是一個稍微快一點的過程，因為它不需要對現有的用戶進行徹底的改革，但即使是這樣，也要花費5年以上的時間。

當然，這個毫米波的選擇對於美國的移動運營商可以說是無奈之舉，但是對於未來美國在5G應用方麵會造成更加深遠的影響。這個有沒有解決方案，我認為還是有的。

第一，SUB-6就是中頻頻譜的共享還是一個很有可能的方案，讓部分SUB-6的頻譜在美國政府和民間共享，以前有先例，而且相對比較直接，不需要完全單方退出。

第二，選用NSA方案，就是4G 混合 5G組網，世界上的大國（指麵積），除了中國在5G的技術線路圖上選擇了更為激進的SA這種獨立組網的方案，歐美多數國家選擇的是NSA方案，NSA非獨立組網方案是長時間主要的網絡還是4G，隻在核心地區用5G組網，這樣的一個網絡是不能實現所有的5G場景與業務，它不過就是一個4G網絡，在少數地方通過5G提升了一些速度。這個當然會是一個比較不完整的方案，但是想象一下，現在的移動運營商也是在4G上有選擇的建設，5G更加會是一個選擇性建設的網絡，同樣沒有完整的5G網絡，對於運營商會大大減輕壓力，同時可以用部分資金加強一些非核心地區的4G網絡建設。這個就好比是，全國每個鄉鎮都同時上高速公路當然是好事，但是投資太大，不如大中城市間用高速公路，而鄉鎮還是用高等級公路。

第三，需要有大規模的實驗性5G網絡，包括毫米波和SUB-6的網絡，讓美國的5G應用開發商，硬件和軟件都能和世界上的其它國家能夠兼容，即便美國本身5G網絡和世界格格不入，但是需要一個大規模實驗性SUB-6實驗網絡，讓美國的一大批startup，包括現在的巨人級別公司能在5G應用上不會落後，並被世界隔絕，一個典型的栗子就是日本電信的自己的3G規格，這個讓本來並不落後的日本3G應用最後完全被世界隔絕。

美國的優勢在於它的高科技企業的不斷湧現的創新活力，但是劣勢也是政府的支持力度，以及企業的逐利思維，希望能夠在政府層麵更加重視5G的落後現狀，企業也加大對於5G應用的投入，5G設備這個方麵就不要再考慮了，已經太晚，集中精力做好其它的模塊，包括芯片，應用，網絡等等，美國現在是5G無門，希望以後能夠重新找到5G的鑰匙，打開5G的大門。

 

 

 

（文中大量資料來自於網絡）