今天我汇报的题目是“5G技术发展挑战与展望”。我想从需求、架构、技术、应用这四个方面来谈一下。

　　5G作为下一代新型技术的发展引擎，已变成全球研究的焦点。制裁、封杀、打压、贸易战等等，把背后所代表的5G技术推向风口浪尖、舆论焦点。中美之间展开了正面的交锋，为何会到今天这一步？实际上5G动摇了美国在世界上的地位。科技之争是未来之争、大国之争。

　　5G到底带来什么呢？我想从移动通讯发展的历程、两个驱动力、三个应用场景、四个技术应用场景来解读一下5G所面临的挑战。

　　80年代初第一代移动通讯诞生了，它给我们大家带来了新的希望，首次把我们引入个人移动的时代，可以打无线电话，它采用的体制是模拟体制。

　　90年代初，第二代移动通讯诞生了，它改成数字体制，它改变了模拟体制带来的质量上的问题、干扰问题、保密问题。它可以上网、可以发短信，它主要的模式是模拟。

　　第三代是2000年，以数据为特征，它的模式能够达到CDMA，主要有2G，可以上网，它带来很大的变化。智能手机推动了3G手机的发展。

　　第四代移动通讯的标志就应该达到100兆，更加的标准化、IP化，把数据和语言更加标准化，技术体制是DF模式。

　　第五代怎么诞生？网络互联的方式，连接方式是什么方式也是焦点。中国在第四代移动通讯时期已经超过欧洲，去年的产值方面华为排第一位，欧洲两个国家不如华为的一半大。中国从跟跑、并跑到领跑。5G时代是有什么现象呢？大家可以拭目以待。4G已经非常大地满足人们的基本需求，可以上网冲浪，购买各种东西，还有微信、支付宝等各种应用，为什么还需要5G？因为看到了万物互联的要求，而4G很难适应这方面的数据情况，所以5G应运而生。

　　为什么发展5G，主要来自两个驱动力，一是移动互联网产生大量数据，二是物联网产生海量数据。这两个直接推动力，海量的推动力使5G应运而生，因为4G很难满足要求。5G的模式有三个场景，第一是增强移动通讯、第二是机器类的通讯、第三是低延迟高可靠的通讯。增强移动通讯是4G的衍生，其他是拓展的场景，这三个场景对我们各个行业都有适合的情况，包括我们各行各业所需要的应用场景。

　　从三个场景又可以衍生四个技术场景，四个技术场景是连续广域覆盖。首先是全域覆盖，这是4G的延伸。再有高容量，这是特殊区域热点问题如何拓展。以上两个场景都是中国去延续的，都是在移动宽带通讯的延伸。另外一个场景是低功耗、大连接，这是物联网的应用场景。再有就是低时延、高可靠，包括一些高精度工业控制，军事应用低时延、高可靠，这是第四个应用场景。

　　这四个应用场景带来的挑战也是巨大的。广域覆盖用户体验要100兆，广域覆盖底下这种应用场景体验速率是相当高的，热点高容量能够达到1G，你们可以下载3D电影。热点地区都是非常好的，低功耗大连接包括百万的数量，低时延高可靠也为我们以后各种应用提供可能。

　　第二项来看5G新兴网络的架构。5G是三朵云构成的架构，不研究通讯的人未必清楚，一个是接入云、一个是控制云、一个是数据云。它们采用两个技术，一个是SDX技术和NFV技术，这便于以后解决关键能力，包括流量、时延，还包括分布式，各个方面融合通讯的能力才更加强大。这三个云把整个架构的高可靠、低延时、高效率全部融合在一起，这是一个新型的突破。大家了解5G新型网络架构有三朵云，一个是接入云、控制云和专发云，这是新的定义也是第一次用，网络虚拟化技术是新的技术。

　　第三项讲关键技术。5G有很多的场景，而场景都是最后的效果，到底哪些核心技术支撑这些东西发展，我总结了八条。

　　第一是全频谱的接入模式。以前是2G、3G，现在扩展到3个G，我们工信部在国际上第一次公布了使用频段。我们没有哪片土地是没有安全建设的，这些第一次分开的几个频段，从以前的2G现在分到3个G，现在增加了4.8G，这几个频段都是非常优质的频段，这次增加了700兆，这是很少有的。

　　6G以上作为热点地区的速率提升，基本上采用毫米波技术，全频谱接入只是一个概念，它在低段、高段都有。它的控制更加有效，根据不同的场景、根据不同的情况采取不同的方法。最近这次华为的测试结果，讲的都是在全部主流频段进行的测试，也就是说在高端还并没有做相关的测试。我们这一次的第一阶段的实施还是在低频段的延伸，相对好一点。

　　第二个是新型多址技术，就是大家的手机通讯识别的能力。在小区里面有百万、千万人同时使用手机通讯，需要利用多址技术，每一个技术都是核心的。大家刚才看到了在第一代用FDMA，第二代用时间上的区分，第一个是从频段区分，第三代是用PDMA，各个方面都有它的优势。第五代用什么方式呢？前面四代采用多址技术都是正交的，都是相互独立不是干扰的，五代采用非正交，这个频段资源大家都可以用，不由谁独占，所以其核心概念是非正交。5G多址概念也是一个突破，采用非占用的方式，也是一个创新，另外底下采取了共享、图样分割构建不同的码本去识别，这几个东西都是华为、电科院相关的单位提出的模式。

　　第三个是超密集组网模式。我们现在要达到10个G，20个G，该怎么达到？低频段达不到，只有在高频段。热点地区频段高传输距离变近，需要的基站数会大幅度增加，通过这个技术对边缘用户的提升，整个附用效率会大量提升。

　　第四是网络切片技术。这也是5G的创新点，以前四代都是单一打电话或者是上网，相对来讲独立占用相关的网络资源。5G是通过网络切片，也就是网络资源按需分配、按需组网，其优点是提高频谱效率，像车道一样，各取所需。这种网络切片技术也是新的技术，这个技术是不容易的，它是真正的在接入网、承载网包括核心网都有物理资源，真正的切片独立。

　　第五是移动边缘技术。什么叫移动边缘技术？网络增加了以后怎么提升端口速率达到秒级，以前有一个云处理中心，很多的数据要经过核心网、数据中心以后再反馈过来，这个路径是非常多的，移动边缘技术把这个功能下放，在基站旁边增加计算和存储的能力，有些东西不上报，有些可以在这里计算完毕。就像我们办身份证一样，大家办身份证到上海市公安局办要排很长对，而在各个小区的派出所办就很方便。把网络功能下放，等于为用户提供服务环境和云处理的能力，这就是移动边缘计算，把很多功能下放，具有触点能力。

　　第六是终端直通技术。我们所用的手机都是通过基站来完成我们所需要的技术通讯。终端直通技术使终端之间可以进行通讯，这也是一个很大的东西，这以后会产生很多的问题。也就是说我们的手机不只是一个终端，现在变成一个节点，变成一个路由器，不单单是自己通讯也可以进行信息转发。这是一个对军事来讲很好的功能，大家只有5G里面有这么多好东西不一定马上去实现的。

　　第七是大规模天线G的原因。大规模天线阵列形成很多的波束，主要是正列有行有列，里面核心的东西就是波束赋形，这种技术依赖高频段的应用可能，刚才说过高频段能不能用都还是有争议的。大规模天线阵列技术已经推动了高频段进行使用，大规模进行密切贴合可以弥补传输距离远的一个缺陷，可以提高他抗干扰能力，提高通讯距离或者是能力。底下有很多天线，有平面的、圆形的等各种阵列形式，这里面的波束赋形是很大的，难度也是很高的。

　　第八是毫米波技术。大家在5G里面谈得很少，这是高频段里面采用的技术，在20G到30G采用的技术，基本落到毫米波的频段。基于以前的理解，我把毫米波当成一个重点研究内容，应该说也是5G的典型内容。它分作什么东西呢？分作一个辅助平台，低频段是主要频段。毫米波通讯是一个重要的应用技术，我们和华为测试的东西都不涵盖这个东西。它是高频段的技术，有很多的东西主要就采取了毫米波技术，它通讯距离很近，覆盖范围很近，不过大规模阵列天线解决了采用毫米波技术的可能性问题。

　　最后来谈一些应用展望。今年5G的通讯技术跟往常有所区别，不但把标准通讯公布出来，还公布了10大应用场景。大家最关注的就是说车联网、物联网这些东西，有了5G这些东西才成为可能，没有它是很难的。再就是网联无人机，这个应用的白皮书讲的应用比较简单，主要牵扯民用，与军用还相差甚远，无人机使用的方式也是一个巨大的应用领域。还有增强现实和虚拟现实，现在为什么没有应用起来，因为4G速率不够，而5G为它插上了翅膀，这些都是最先得到应用。其后还有超高清视频，有5G作为支撑，这些东西都成为可能，现在上海的8K都开始开通了。

　　我列举了四个5G标准的组织推进典型应用。第一个是天地一体化信息网络。它也要跟5G密切地融合在一起，这是国家创新的2030年重大项目，这个项目是我们集团牵头的。这个项目是非常大的一件事情，总投资据称是600亿，前期可能是200亿，其目标是全球覆盖、全球服务，所以站位还是比较高的。先导试验网络，构建天地互联典型功能验证和应用示范，峰值能够达到1个G，这个是临近空间的东西。再就是地面接入网的设计，5G的东西都要有效对接。这个5G天地一体化网络和5G息息相关、密切相连，很多技术都可以相互应用，尤其是核心关键技术，其中浮空平台就采取了5G做相应的功能。

　　第二个是智慧电力。智慧电力主要包括发电、配电、用电，之所以搞配电和用电这两个方面，是因为在我看来智慧电力的通频网络方面发展还非常落后，通频网络都是专用的，相当于2G的水平。我也一直在思考，到底为什么不喜欢更新，还是在于成本，包括用电采集，家家户户进行用电采集对它来说比较繁杂，还有配制、工业控制、用电能源管理，整个传输的数据是大量的。智慧电力这方面与5G应该同步发展，以前高压电力的巡检工作都是人工拍摄，现在有了无人机，可以非常方便、更加精确地把高压线一些故障诊断出来。

　　第三个是智慧灯杆一体化。这也是我们单位一个产业的发展方向，智慧照明是智慧城市一个重要组成部分，它现在主要指什么？就是灯杆，比如现在灯杆一体化已经发展成环境检测、视频监控、媒介广播方方面面集于一身的一个综合体，这个综合体现在越来越大。我们在上海有试点，我想现在把5G加上去，其能力会百倍、千倍增加，信息传递、信息运维都会产生很大的东西。智能灯杆和智能交通可以有机结合在一起，智能灯架一体化把5G加进去，微小基站应用会产生更大的应用。很多单位在上海经信委的牵引下正在建设一些标准，我觉得这个方面也是大有可为。

　　第四个是移动热点。所谓的移动热点现在都是在地面上，将来可以把移动热点或基站通过无人机、平台拉到天空去实现一个广域覆盖、快速部署和数据分发的能力。这个应用在应急通信、盲区通讯和军事方面的价值都是非常高的，以前地震的时候断网，通讯等所有东西不通，现在断网恢复，通信、视线检测、现场指挥对盲区都可以提供服务，联合作战也是一个可采取的好方式。以前有一个计划，把所有网络用气球构成一个网络，这个建设还没完全可行，一旦可行将颠覆现在所有的运营商。把所有的基站放到天上去，组成成本、运维、效率各个方面成本会更加降低，但是难度也是很大。

　　最后一个是军事应用。我是研究战术通讯的，对军事应用我更加关心，我们也在探讨军事5G如何在军事中应用。信息时代使战争形态包括军事理论、作战样式都发生了一系列的变化，但是普遍认为信息技术是提升战争力的第一要素，信息化战争已经是战争形态的主要形式。大家把信息化战争当做主要表现形式，尤其是习在十九大报告中提出加快军事发展，提高基于网络信息体系的联合作战、全域作战的能力，这对国防建设提出高屋建瓴的要求。5G基于网络信息体系，核心就是网络信息体系。网络信息体系的核心特征是什么东西？就是以网络为中心，然后信息主导，体系支撑，所以它整个就是一个架构。5G呢？刚才讲的三朵云，核心技术构建网络信息体系有巨大的支撑作用，所以说对于军事应用来讲如何产生这种作用我们也在讨论。首先可以构建一些网络，把陆海军有机结合在一起，这是比较好的一种方法，这是构建多时候空中区域网络，利用5G毫米波频段空中构建网络，这也是一种方式，它可以实现什么东西呢？可以实现情报、侦查他也是感知各类传感器大量数据的分发，这也是有效的方式。5G可以产生很多的应用，包括最后的指挥形态。最早的指挥形态是话音指挥，现在都是代码指挥，大家互相看不到，通过数据链的模式下发命令，作战的武器方方面面自动产生作用。我认为5G可以实现视频指挥，在现场可以进行现场指挥。我可以了解前方作战的情况，包括战场评估的效能，包括整个控制环境，很形象地都可以看到。这是整个体系，接下来就是对单兵，我们国家对单兵的发展也是非常落实。5G的发展会催生什么东西？会催生头戴式的东西，比如智能眼镜，相当于我们的智能手机，能力是无穷的，战士戴上智能眼镜之后手就解放了。对侦查、作战会有前所未有的能力，对整个的国家军事网络建设包括单兵装备发展，5G也是大有可为。

　　最后我们总结一下。第一是改变，5G将改变世界，5G渗透到世界各个领域，构建生态系统。在各个领域你们可以看到5G的速率，连接能力，开启从人与人走向人与物、物与物的万物互联时代。这个了不起的，5G不是一个通信技术，而是一个通用技术，5G技术不只是一个通讯人在研究的东西。第二是转型，5G将加速各行各业进行数字化转型。今年是5G元年就已经发放了牌照，我们聚焦物联网、车联网、文化娱乐大领域、大市场统筹布局，现在大家都是大干特干。我们现在也不能冒险，这样的一个东西的复杂性决定了不会那么一帆风顺。充分发挥上海世界级窗口会展优势，我们已经都做到了首个5G8K的试验网，我们也在加快6G的产业链布局，支撑上海数字经济快速转型发展。第三是战略，今年4月美国国防部发布的信息报告，把中国排在第一，韩国排在第二位，美国排在第三位，第四是日本，属于第一集团，英国、德国、法国属于第二集团。我们目前是引领者，我们引领在综合能力、综合素养可以引领，但综合技术还是很少，大家体会不到，我们在芯片上的距离也是非常遥远。5G成为国家发展重要的战略支点，撬起地球的支点，我想5G代表未来的希望，上海未来信息领域有巨大的发展空间，在当前解决关键技术卡脖子面临的明显问题应该有所作为，在基础科学研究、人才汇聚和形成有利于自主创新的良好科研环境方面形成推进力量。

　　本文系金红军主任在2019第十八届浦江学科交叉论坛“5G上海 科创之都”上的演讲。内容有所删减。文章观点不代表主办机构立场。