通信专家:中国5G综合实力最强是怎么来的

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中国电子科技集团公司第七研究所教授级高工 李进良
  我是一个老科研工作者了,前两天从网上看到项立刚先生发表的《当今世界谁的5G实力最强》的长文,我饶有兴味一口气读完,感到不像那些“厉害了”文体,全面、详尽、客观、中肯分析了下列七个方面:

  一、谁在主导全世界的5G标准?5G标准立项,中国有21项,美国9项,欧洲14项,日本4项,韩国2项,5G标准的重要主导者是中国。在中国是中国移动10项,华为8项,中兴2项,联通1项。

  二、5G芯片的实力哪个国家强?计算芯片美国最强;存储芯片最强是美国,韩国、中国台湾次之;专用芯片,美国较强,但不垄断;智能手机芯片美国最强,不过中国已经有华为在旗舰产品上的抗衡;总体而言美国占据了较大的优势,居于主导地位。

  三、通信系统设备的研发和部署能力:4G时代华为第一,成为世界上最强大的通信系统设备制造商;爱立信第二,诺基亚第三,中兴第四,韩国三星第五;综合实力最强的,还是中国。

  四、手机的研发与生产:今天全世界最强的三强是韩国三星、美国苹果、中国华为。2020年,华为可能冲至世界第二,甚至抢占市场第一。世界十大手机品牌,中国占了7席。

  五、5G业务与应用的开发与运营:移动互联网时代,中国开始渐渐并跑甚至超越,典型实例有社交与移动支付结合的微信、社交与电子商务结合的拼多多,中国的智能互联网产品会全面爆发,领先全世界。

  六、电信运营商的网络部署能力:中国三家电信运营商是世界上实力最强的,4G基站超过350万个,总基站数超过640万个,而美国4G基站数不超过30万个,印度的总基站数也不超过70万个。在数量上中国都是其它国家的10倍甚至更多。

  七、政府支持和市场能力:中国政府积极支持整个行业加快5G建设,把频谱按需分配给电信运营商,频率占用费用很低,政府支持小区、机关网络部署,推进电信普遍服务。中国拥有14亿人口,世界第二大经济体,市场巨大。

  综合这七个方面的结论是:全世界5G发展,欧洲强在系统,美国强在芯片,中国强在综合实力。可以预期随着5G的正式商用,首先在业务上出现全面爆发,领先世界的非中国莫属。

  这是一篇实事求是、令人信服的好文章,值得向业界及关心中国信息通信发展人士推荐阅读。

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  中国5G综合实力最强从何而来?

  当今世界5G综合实力最强的是中国,这个最强的实力是怎么来的?最近为庆祝改革开放40年,国家及相关部门都发表了很多文章,我也想趁此对这一话题,就亲身经历进行探讨:

  移动通信自20世纪80年代诞生以来,经过四十多年的高速增长,已成为应用最为普及的信息通信技术,并已成为连接人类社会的基础信息网络,深刻地改变了人们的生活。

  中国的公众移动通信1987年从“1G买入”起步,经历了“2G跟随”到“3G突破”迅速追赶上来。3G中的TD-SCDMA是我国移动通信业征程的转折点,从2009年1月7日3G给中国移动发放TD-SCDMA牌照以来,我国移动通信业沿着自主创新的TD-SCDMA十年奋斗所开辟的移动通信技术新航线,乘风破浪高歌猛进。

  2013年底4G的TD-LTE同时给中国移动、中国电信、中国联通三大运营商发放牌照,我国移动通信产业才得以实现了“4G同步”的跨越。4G网络以前所未有的速度迅猛发展,建成全球最大的4G网络,350万座基站,超过了过去2G、3G时代的建站数,4G用户突破11.6亿户。

  在国内实现了城区、县城深度覆盖,乡镇和重点行政村、以及高铁、地铁、高速、景区等基本覆盖,这样基于4G的“新四大发明”才可以遍地开花。2017年5月“一带一路”沿线的20国留学生评选出了中国的“新四大发明”:扫码支付、共享单车、网购和高铁,“出门不用带钱包”、“市里单车随处跑”、“外卖很快送到家”、“高铁四通又八达”,这些新应用不仅改变了中国人的生活,也刷新了留学青年对中国的认识,这是他们最想带回其祖国的生活方式。TD-LTE在全球建设了100余张商用网络,这样就与FDD-LTE平分秋色了,在TD-LTE占据全球移动通信市场半壁江山的进程中,中国通信设备商完成了从跟随到引领的蜕变。

  随着4G进入规模商用阶段,人们对更高性能移动通信的追求从未停止,为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景,2014年6月,中兴首提pre5G,这是中国首次提出引领概念,我国在TD-LTE积累的话语权在5G领域得到进一步加强。近年来中国在5G方面投入巨大,并提出了“5G领跑全球”的目标。而作为中国通信设备商二巨头,华为、中兴在全球5G领域扮演着越加重要角色。仅在2017年,华为、中兴就在5G领域取得了多项重要突破。

  为什么中国移动通信在短短30年间会有如此令世人震惊的飞跃?这就需要回顾TD-SCDMA这一我国移动通信业征程的转折点了。

  香山会议播下自主创新TD标准的种子

  1997年国际电信联盟(ITU)征集3G无线传输方案时,我国于1998年1月召开了香山会议。这是中国确定3G候选技术策略的一次至关重要的会议。在此次会议上来自全国高校和研究院所的专家教授分别介绍了各自在3G技术研究方面的一些基础和观点,其中包括提出TD标准提案的信息产业部电信科学技术研究院——后来的大唐电信。该提案是电信研究院在其具有自主知识产权的SCDMA无线接入系统基础上,经过重大技术创新而提出的。

  国际上1G、2G和3G中的两种标准都是频分双工(FDD)的,就像高速公路一样,有上行的路也有下行路,必须相距规定间隔的两个频段。当时人们认识到时分双工(TDD)体制有小区不能大于10公里、运动速度限于120公里/小时的局限性,仅用于数字无绳移动通信系统,而蜂窝公众移动通信系统所有两代都是频分双工(FDD)体制。

  只有以李世鹤为首的一批海归学子深刻认识到TDD在频谱效率方面的优越性,大胆采用了智能天线、上行同步和软件无线电等大量具有自主知识产权的先进技术,综合开发成CDMA无线接入系统。由于上述3项技术的英文名称都有S开头,故定名为SCDMA。

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  2016年3月14日消息,在4G规模商用1年多之后,中国移动开始计划关停TD-SCDMA基站,以释放网络资源用于4G网络的发展。(东方IC)

  在SCDMA无线通信技术基础上进一步使TDD和码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)技术完美结合,独创性地提出了TD-SCDMA标准提案提交信息产业部香山会议讨论,当时参加会议的有二三十人,争论非常激烈,90%都持怀疑态度。国际标准从来都是外国人的天下,搞移动通信标准,成本非常高,难度非常大,我们国家没有这个先例,怀疑能否玩得起这个游戏?在争议声中,时任部科技委主任宋直元果断拍板:“中国发展移动通信事业不能永远靠国外的技术,总得有个第一次。第一次可能不会成功,但会留下宝贵的经验。我支持他们把TD提到国际上去。如果真失败了,我们也看作是一次胜利,一次中国人敢于创新的尝试,也为国家作出了贡献。”

  至此,香山会议为TD一锤定音。在信息产业部的大力支持下,于1998年6月30日截止那天向国际电信联盟(ITU)提交了TD提案,这是中国自有电信史的100多年以来破天荒第一次参与国际行动。今天国人回首重新审视,不能不由衷敬佩宋直元等老一辈的高瞻远瞩,胆识魄力,没有香山会议的正确决策,那么像周寰、李世鹤少数人的提案就会淹没在90%怀疑者的争议声中!

  TD标准的技术优势

  TD提案直面两年的多次会议考验,通过国际上对10种地面无线传输技术提案分析、比较、筛选、融合,过五关,斩六将,TD才从国际标准大战脱颖而出,被ITU正式批准为第三代移动通信空间接口标准。通过实践具有下列技术优势:

  第一,采用TDD技术,它利用了语音通信的特点,当一方讲话时对方都是在听的,因此只用一个下行的路,上行的路是空闲的;还有互联网的特点,从网上下载的远远多于发给网上的,因此也是下行路忙,上行路闲;只要一个频段,按需分配上行或下行的时间。所以TD有它节约频谱的天然优势。

  TD-SCDMA只需1.6MHz带宽;而FDD的CDMA2000需要1.25×2 MHz带宽,WCDMA需要5×2MHz;其话音频谱利用率比WCDMA高达2.5倍,数据频谱利用率甚至超过3倍;且无须成对频段,便于运营商获取。

  第二,采用智能天线,可降低发射功率,减少多址干扰,提高系统容量;采用接力切换,可克服软切换大量占用资源的缺点;采用TDD,不要双工器,可简化射频电路,系统设备和手机成本较低。

  第三,采用TDMA,更适合传输下行数据速率高于上行的非对称互联网业务,符合移动互联网发展方向。而WCDMA并不适合,不得不在后续R5版本中增加高速下行链路分组接入(HSDPA)。

  第四,采用软件无线电,更易实现多制式基站和多模终端,系统易于升级换代,通过TD/GSM双模终端可适应二网一体化的要求。

  同时,TD采取了一系列技术措施,在青岛海域组建了覆盖半径60公里的大区网,在上海磁悬浮铁路满足了400公里/小时高速列车上的通话要求;克服了TDD微区、慢速的局限性。这样TD不但能够大范围覆盖、高速移动和高速数据,适于独立组网,而且具有频谱效率高、适合非对称业务、性价比高、适于2G网络过渡和技术升级等突出优势。从而在公众移动通信领域探寻了一条新航线。

  TD十年艰险长征路

  TD-SCDMA从1998年6月30日向ITU递交提案到2009年1月7日发放牌照,历经了自主创新的十年艰险长征路。

  如果不能集中全国力量,尽快开发出TD系统,就有可能像当时3G标准中的UP-DECT制式一样成了被束之高阁的纸面文章。由于获得国家领导吴邦国的高度重视与经费支持,大唐才得以开始研发,在TD产业联盟成立之前的5年,实际是大唐一家在苦苦支撑起这个“民族”标准。

  2002年10月,在发改委、科技部、信息产业部的大力推动下,由大唐等8家企业发起成立TD产业联盟,在联盟内部形成了专利共享、共同开发、协同组织的机制,有效解决了产业发展中所面临的知识产权、共有技术和测试平台建设等问题,降低了企业进入门槛,带动了更多企业进入TD产业领域,促进了产业链上下游企业的密切合作,从而加速了TD产业化的整体进程。

  随着中国TD产品日益成熟,MTNet试验接近尾声,欧美利益集团不希望看到中国在高科技领域取得突破,在巨大的移动通信市场上成为他们的有力竞争对手。便不择手段趁TD发展的产业环境尚未成熟之机,采用各种阴谋诡计,勾结国内的腐败分子进行阻挠:

  2005年遭遇了第一次危机:秘密建设WCDMA网,企图让TD“胎死腹中”。

  2007年遭遇了第二次危机:北京奥运TD网建设受阻,几乎“夭折摇篮”。

  2008年产生了第三次危机:发放三种3G牌照,导致:“与狼共舞”。[详见通信产业报总第1115期P12走出TD的三次危机]

  中国移动在与狼共舞中成长壮大

  TD与狼共舞,会不会败下阵来,被狼吃掉,还是顽强活下来?值得欣慰的是,在政府的支持下,中国移动运营业与TD产业界通力合作,经过四年的艰辛努力,TD逐步成熟,从2012年下半年开始,显露出自主创新的优异活力,出现了TD用户井喷增长、终端款式超越对手的可喜进展。

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  2011年9月26日,北京国际展览中心,“2011年中国国际信息通信展览会”开幕。TD-LTE/4G新成果以及绿色通信成为看点(@视觉中国)

  2012年三大运营商3G用户都是8千万左右,而从年底开始,TD像井喷那样呈爆发式地增长,2013年一个季度新增的用户数,竟比中国电信与中国联通二家之和还要多600万。

  为什么会出现这种井喷壮观?TD由于先天基因优良具有新技术与知识产权等五大突出优势。尽管我国工业基础较差,TD产业化商品化较晚,不够成熟,刚发牌照时手机业是有机无芯,网络覆盖也差,经过4个摩尔周期,中国的芯片业水平大量提升,网络质量也好了很多,特别是知识产权的优势,进入门槛较低,给众多国内手机厂商提供了无与伦比的发展智能手机的机遇。

  2012年TD手机型号核准数与cdma2000差不多,但远少于WCDMA,而到了2013年,情况完全反过来了,TD手机型号核准数已经超过了二者。达到了与WCDMA手机同步、同价、同质的目标。WCDMA从2000年日本DoCoMO开始建网商用,经过14年发展所达到的水平,TD只用4年就赶上了,这在移动通信领域实在是一个奇迹!

  中国通信产业从丑小鸭蜕变为白天鹅

  中国移动通信产业丢失了第一代,错过了第二代,为什么?在“以市场换技术”方针的误导下,中国丢失了市场,却没有换来技术,沉痛的教训使人警醒:第三代必须自主创新。

  韩国移动通信的发展表明,没有自主技术终将受制于人,芯片加上提成,一半的钱都被美国高通公司拿走了!我国DVD产业更经受了悲惨的厄运,一部卖500元的DVD要交160元专利费,那还能生存吗?DVD专利勒索给我们敲响了警钟。只有解决好知识产权(IPR)问题,才能保证我国3G产业健康发展。全世界不管谁生产CDMA的系统设备还是手机,都要交纳大约2千万元的“入门费”,大头还在生产厂家必须购买高通的芯片,按销售额的5%至8%给高通提成。几年累计即可高达500亿元,如果再加上入门费、芯片费,金额之大,更是惊人,中国的3G制造业便有可能被逼到绝境!

  经过国内制造业的艰苦奋斗,2009年前基础设施的市场占有率不过20%,移动终端实际不过40%。联通第一期CDMA网络建设中,我国企业只拿到10%以下的可怜份额!联通第二期CDMA网络建设中,还是跨国大公司拿到绝大份额。2008年中国移动1000亿元GSM的巨额投资,华为中兴的设备已经大量出口,质量上乘,价格低廉,深受国际市场欢迎,可是所占份额合计不到14%,也就是说86%买了比国产昂贵的舶来品。

  通过中国推行TD标准的产业化,促成从“系统技术突破”到“产业群体突破”,基本上实现对整个产业的覆盖,形成从核心网设备到接入网设备、从芯片到商用终端、仪器仪表等一系列企业组成一条初具规模的比较完整的TD产业链。我国的移动通信已经从1G、2G时代受制于人的技术跟随者逐步变成了并行者,2009年之后在TD-SCDMA的网络建设中,我国企业开始拿到80%以上的份额,完全反过来了,把那些不看好中国TD的国外企业的份额挤下来了,呈现一片欣欣向荣的可喜景象。

  几年累计产值高达15000亿元,从而可大大提高我国信息通信产业的水平。达到GDP年增长1800亿元、年新增50万—100万人就业、IT产品成为第一大高技术出口产品等三大目标。因此,可以说TD开垦了电子信息产业丰收的处女地。

  没有3G突破,就没有4G同步

  中国3G沿着这条自主创新的航线胜利前进,攻克了一个又一个难关,智能天线为发展空分多址(SDMA)技术奠定了基础;使用光纤拉远技术解决了9根天线阵与27条馈送电缆的工程困扰;为4G采用MIMO(Multi-In Multi-Out多输入-多输出)天线技术创造了条件。从巴塞罗那的“2009世界移动通信大会”看来:大有将UMB及WiMAX等几种无线宽带接入技术一统到LTE(Long Term Evolution,长期演进技术)的趋势。

  LTE按照双工方式可分为基于WCDMA的FDD-LTE和基于TD的TDD-LTE两种;我国以TD为基础的TD-LTE正是沿着这条新航线发展的后续演进标准,先天上继承了很多TD的优良基因,后天上又恰逢国家高度重视自主创新的年代,受到了中国政府、科研机构、企业和学校等多方关注,通过从2007年起开展的新一代宽带移动无线网重大专项多年的努力,取得了显著进展,赶上了时代的步伐,技术上与国际上的FDD-LTE并驾齐驱。2010年5月上海世博园和11月广州亚运会成功演示了高清晰度视频、即拍即传等新业务,取得了理想的测试结果,获得了国际上业界的赞赏。中国通过TD的演进思路独立提出的4G方案——TD-LTE Advanced,成为国际电信联盟的4G标准。

  通过规模技术试验和商用,对TD-LTE的优势在业界取得下列共识:

  (1)在带宽需求日益增加而频谱供应日益紧张的情况下,TDD方式的频谱效率较高;

  (2)可利用信道对称性易于实现智能天线、MIMO等新技术来改进系统性能;

  (3)可灵活地支持非对称业务,更适应移动互联网的需求;

  (4)在物理层与测量检测等方面具有自身的特点;

  (5)其同步机制对于多小区资源与干扰的协调具有自身的优势。

  因此,TD-LTE确实优势显著。可以充分发挥我国自主技术的优势,顺应移动网与互联网结合的技术发展潮流,建设全球最为先进高效的移动互联网。

  几年来,政府为支持具有自主创新的TD-LTE产业发展已投入数十亿元资金支持,并拉动中国企业投入数百亿元资金进行产业化开发,大大加速了TD-LTE产业的发展,目前产业已进入规模商用阶段。建成全球最大的4G网络,移动互联网所支持的“新四大发明”遍地开花,全球移动通信市场与FDD-LTE平分秋色,占据半壁江山,中国通信设备商完成了从跟随到引领的蜕变。可以说没有TD-S的突破,就没有TD-LTE的辉煌!

  通信泰斗李进良:中国5G综合实力最强是怎么来的

  2018年12月21日,杭州,参观者在观看华为利用5G技术推出的智慧机场控制系统。(@视觉中国)

  中国5G最强综合实力来之不易

  21世纪头十年中国当代自主创新有神六、杂交水稻和TD三大标志。神六是航天领域的巨大系统工程,虽然技术上被国际利益集团封锁,可是一直受到国家的高度重视,集中了全国的人力、财力与物力在相对安定的环境专心致志进行研究、开发与生产。杂交水稻也是一项艰巨的生物工程,受到外界的干扰也较少;联合国粮农组织已将推广杂交水稻列为解决发展中国家粮食短缺问题的首选措施,并在全球累计推广播种50多亿亩,增产粮食5亿多吨,每年增产的粮食可多养活7千万人。

  唯独TD从标准提出伊始就被国际利益集团围剿,就像红军长征那样,每前进一步,都会遇到前堵后追。为什么?因为TD开辟了移动通信技术的新航线,开垦了电子信息产业丰收的处女地,欧美利益集团不愿看到中国在高科技领域取得突破,成为他们的有力竞争对手,中国巨大的移动通信市场就像唐僧肉那样让他们垂涎若滴,因此,必欲置之死地而后快。

  “红军不怕远征难,万水千山只等闲”,TD后继者也能那样坚忍不拔,在这一系列飞跃认识的指导下及一系列举措的扶持下,在“与狼共舞”中逐渐成长,发展壮大,“更喜岷山千里雪,三军过后尽欢颜”,这必将为中国乃至世界的信息通信谱写辉煌的篇章,对促进全球信息化方面的作用将可与杂交水稻一样惠及百姓。

  TD的确是一面镜子,十年艰险长征路,它映照出了一个国家十年中不同阶段对自主创新的决策能力、研发能力以及市场环境。作为一面镜子,绝不是TD十年存在的唯一意义,它的诞生和发展技术上具有开辟新航线,经济上具有开垦处女地的伟大意义,是中国四十年改革开放中坚持自主创新的一面旗帜,为中国5G最强综合实力打下了坚实的基础。

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