中国工程院邬贺铨：5G支持500公里时速的高铁，峰值速率比4G提高30倍

邬贺铨，中国工程院院士，中国互联网协会理事长

导读

当今世界,国际竞争是经济和科技为基础的综合国力的竞争。5G作为当下的热点，直接关系到整个国家和社会的移动化和数字化，关系到国家经济实力和科技实力的高下，因此围绕5G的争夺战趋于白热化。

2018年12月15日，原子智库主办的“改革的规则与创新——2018光华·腾讯经济年会暨风云演讲”在北京大学举办，中国工程院院士、中国互联网协会理事长邬贺铨发表演讲，他的演讲主要围绕5G展开。

他在演讲中介绍了5G技术的部分技术原理，他认为，5G到2035年将促使全世界GDP增加7%，约35000亿美元，新增就业岗位约2200万。另外，他指出，5G目前是高科技战略的必争高地，美国已经发布了“5G FAST”计划，出台一系列措施支持5G发展。

我们走过了第一代移动通信。它是一个蜂窝小区，用频率区分用户。GSM以时序区分用户，3G以码道区分用户，4G是把多个维度利用起来。现在到5G，我们进入移动化社会，移动通信差不多十年一代，峰值速率已经是十年1000倍。

如果说1G到4G是面向个人的，5G会面向产业互联网和智慧城市服务。移动互联网、工业互联网，将带动我们进入一个智能社会。

5G主要有三个应用场景，一个是增强移动宽带，一个是超可靠低时延，一个是广覆盖大连接。移动通讯发展这么多年来，物理层技术改进提高了5倍，频谱展宽提高了20倍，主要是靠小区分裂，就是把蜂窝做得越来越小，容量越来越大。基本上按照通信定理，把蜂窝做得很小，基站很密，天线做得很多，频段展得比较宽，也有一些物理层的改进。

5G跟4G比，5G的峰值速率比4G提高了30倍，用户平均体验数据率提高了10倍，频谱效率提高3倍，能支持500公里时速的高铁，接口延时减少了90%。连接密度做到一平方公里能有100万个传感器连到一个网上，能效提高100倍，流量密度提高100倍。4G的时候峰值速率只有600多兆，平均速率只有10兆，而5G峰值速率做到20G，平均速率做到100兆。

整个5G的移动接入网，过去从2G、3G向扁平化走，后来又进一步分解，有一个无线单元的基站，传到分布单元，然后再到集中单元。

为什么要这样分开呢？我们可以看到传统的蜂窝很密，每个蜂窝的忙闲是不均匀的，有些蜂窝比较忙，有些蜂窝比较闲，现在我们把基带处理集中，做成基带池，集中、合作、绿色、云化，这样一来就可以做到很好的资源调度。DU是对应每个微蜂窝的，CU是集中性管理，5G的网络和4G是有很大不一样。

另外一个很大不一样是大规模天线，我们是两发一收，一发两收，为什么要这样多天线呢？如果只有一发一收，可能是蓝色的信号，它在传播当中会受到削弱，可能很多时候不好。

第二个信号是绿色的，它走的路径会稍有不一样，所以发生削弱的时间不一样，两个合起来基本上就是红线，基本上是平的，可以降低无线传输的影响。实际上我们现在不是两发一收、一发两收，是多发多收。多到什么程度？128根天线，或者256根天线，好处可以做到波束成型。

原来天线发射，它不知道你在哪里，你收到的信号可能就是其中之一，现在是对着用户发送，因此能量大大节省，而且减少彼此之间的干扰，这个图上60×64的天线，我们的效率就会比正常情况下提升了300%，所以应该说5G是靠很多新技术支持的。

另外基站很密。5G目前工作频率一段是6GHz以下，一段是6GHz以上，目前我们会先做6GHz以下，它比4G的频率高得多，这时候传播的损耗就比较大，传得不那么远。这种情况下，它的基站就很密，很密的基站体验就不太好。你开车一会就切换，体验肯定不好。所以我们现在要改成什么呢？

用户数据走的是微基站，信令数据走的宏基站，宏基站的半径比较大，也就说你在微基站之间穿越的时候，你的信令并没有变，所以你并没有切换，但是用户数据量已经从一个微基站转到另一个微基站了，所以5G的基站架构也是不一样的。中国现在的移动通信基站数已经是670万，5G的时候，频率要比4G高得多。一般5G的基站数是4G的4到5倍。到时候有3000多万的基站，基站数量会增加。

另外，我们说所有业务都走一个传输路径实际上不合适，5G有手机业务、智慧工厂业务、高速移动的汽车业务、高铁业务，这些业务带宽不一样，要求可靠性也不同，都走到一个物理设施上面，质量是没法保证的。

所以我们需要把它分别处理，但是物理设施不能变。所以，在物理设施不变的基础上，我们通过切片的办法把不同业务通过云平台，通过协同调度，按照它的业务要求，组织网络的资源来适应它的需要。所以，虚拟化的切片技术是5G的重要技术。

另外，传统的路由器有转发功能，有控制功能，过去路由器收到IP包，查一下地址，按最短路径优先转发，并不管全网的优化。现在大数据时代，我们要把路由器改成什么？把控制功能集中成为网络操作系统，把应用功能抽出来，路由器纯粹承担一个转发功能，整个路由由网络操作系统收集大数据以后，全网来布局，这样做到全网优化。

另外一点，过去路由器是专用的硬件、专用的操作系统、专用的中间件，交换机、网关也一样，网络设备品种很多。现在我们要考虑到把它硬件统一，这个设备究竟既当交换机，要当路由器，还要当网关，由软件来变化。可以在实际的在线情况下，来改变它。

这有什么好处呢？传统我们互联网是把所有的信号都变成IP，然后IP包是很碎的。它的好处是灵活、碎片化，但时延比较大。而5G需要支持很多宽带视频的业务，一个视频业务甚至可能半个小时，一个小时，有无数无数IP包。可能一个IP包本来是同一个源地址到同一目的地地址，结果被拆成了很多包，一个一个包处理，这实际上效率很低，时延大。

我们根据业务的需求，有些要换成交换机来交换，有些放到以太网，这样可以大大提升效率。也就意味着我的网络设备有些时候是要当交换机用，对某些业务当路由器用。所以我网络设备是要虚拟化的，硬件是一样，但是我通过软件的办法让它需要当交换机的时候当交换机，需要当路由器的时候当路由器，需要当以太网的时候当以太网。

5G更重要是为车联网设计的，我们汽车到汽车，汽车到云，汽车到红绿灯等。现在摄像头跟红绿灯都装在一个电线杆上，物理上装在一起，实际上他们没有关联，摄像头看到没有车了，红绿灯还是红灯。

通过我们5G的车联网，我们可以灵活调度整个交通，真正支撑智慧城市和智能交通。5G本身一毫秒的时延，还有基于边缘计算能够快速响应。现在4G，看到刹车，到车停下来还要花很长时间，而5G通过自动反应，而不完全是人的反应。

另外带宽很宽，我们是几比特的带宽。高清地图准确到厘米一级，都可以动态下载到车上。还有高可靠，5G的可靠性是99.999%。车联网需要重视安全。还有大连接，不管一个马路上有多少车，一平方公里有100万个传感器，都可以连起来。所以，5G对于未来车联网是一个很重要的发展。

现在标准化进行得很快，原来标准化进程没这么快，现在加速了。去年年底完成了非独立主网的标准，今年6月份完成了5G独立主网的标准，明年9月份5G的标准就要完成了。在5G标准完成以后就开始研究6G了，所以第六代移动通信研发也就已经开始起来了，它要做到更多地服务于实体经济，并且能够跟天空地连起来，能够更安全。

我们全世界的移动数据发展，平均每年增加47%，主要是视频。2016年智能手机占整个流量的13%，2021年的时候大约是33%，PC的占比是下降的。3G的时候，全球每个用户每个月大概是3个GB的流量，相当于看一部高清电影。到5G的时候，一个月是30GB的流量，相当于看10部高清电影。

这是中国移动用户的数据，竖线是整个我们网络的移动流量。今年上半年网络移动流量就超过了去年全年，到这个月份，我们平均中国每个移动用户，每人每个月的流量平均是5GB。

5G也是高科技战略的必争高地，美国在今年9月份，特朗普召集了4个运营商发布了“5G FAST”计划，要额外给5G多分配频率，并且要每个州和地方为5G的基站部署提供方便，而且要发动民间投资，但是他还有一句，要阻止纳税人用于可能构成国家安全威胁的公司，就是封锁华为和中兴。

特朗普说5G能为美国创造300万个新工作岗位，刺激2000多亿美元投资，产生5000亿美元经济收入。所以希望快速部署5G，所以美国11月就发布了5G新的频率。到2035年，5G的市场规模会给全世界经济产出增加4.6%，约12.3万亿美元。在全世界，2035年5G将促使全世界GDP增加7%，约35000亿美元，新增就业岗位2200万。对中国来讲，到2035年5G将会增加GDP近1万亿美元，增加就业岗位近1000万。

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