成吉思刊導讀：
- 5G領導國將在未來十年獲得數千億美元的收入，並創造大量就業機會。
- Sub-6中低頻段方案將成為全球主流5G方案，這恰好是中國處於全球領先位置的方案。
- 美國在方案選擇上左右為難。Sub-6頻段是美國政府和軍用頻段，所以商業上被迫選用毫米波高頻段，但毫米波頻段有諸多缺點，而且很可能因此而失去全球市場。
- 中國正在複製美國在4G時代領先的軌跡，但5G市場規模更大。
- 中國5G產品的質量和價格，讓全球用戶難以拒絕。
美國為何對中國的5G技術感到恐懼？從最近美國官方智庫發佈的一份研究報告中，我們可以清晰地看到美國擔憂的根源。
4月3日，美國官方智庫Defense Innovation Board發佈5G研究報告。報告警告說，美國可能會在5G領域輸給中國。報告認為，美國頻段資源的先天劣勢，是美國可能將5G市場拱手相讓的根本原因。
根據該報告，美國頻段資源的劣勢，主要表現在兩個方面：第一，先天不足，美國政府和美國軍方佔用了5G的主流中低頻段（即目前除美國外、在全球各地主流應用的Sub-6頻段）；第二，後天乏力，即使美國軍方要共享這些中低頻段，但共享的流程至少也需要5年以上。
接下來，我們從三個方面解讀這份報告，包括五代技術的進化、五代市場的演進、以及兩種方案的角逐。
一、五代技術的進化
從1G到5G，移動通信技術歷經五代，發展了幾十年。G其實就是Generation，在中文裡就是“代”的意思。籠統來說，基本上每一代的時間都在十年左右。
第一代是1G（語音呼叫）：20世紀80年代早期，1G移動網絡主打語音通信，數據傳輸能力極為有限。1G網絡利用模擬信號，使用AMPS和TACS等標準在分佈式基站網絡之間切換小區用戶。
第二代是2G（消息傳遞）：20世紀90年代，2G移動網絡產生了第一個數字加密電信系統，改善了語音的質量、數據的安全性和數據的容量，同時通過使用GSM標準的電路交換來承載有限的數據能力。到了20世紀90年代後期，2.5G和2.75G技術分別使用GPRS和EDGE標準提高了數據速率。這些後來的2G技術迭代通過分組交換引入了數據傳輸，成為3G技術的墊腳石。
第三代是3G（有限數據：多媒體、文本、互聯網）：20世紀90年代末和21世紀初通過完全過渡到數據包交換，推出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成為2G的標準。這使得數據流成為可能，並在在2002年推出第一個商用3G服務，其中包括移動互聯網接入、固定無線接入和視頻呼叫。目前，3G網絡在靜止時將數據速率提高到2Gbps，在移動時使用UMTS和WCDMA等標準將數據速度提高到350Kgps。
第四代是4G（真實數據：動態信息接入、可適應設備）：2008年開始推出4G網絡服務，以3G速度的10倍進行數據傳輸，全IP網絡，完全依賴分組交換。4G由於擁有更大的帶寬而提高了視頻數據的質量，從而提高了網絡速度。此後，LTE網絡的引入為移動設備和數據終端上的高速無線通信設定了標準。LTE正在不斷髮展，目前正在發佈第12版。
第五代是5G（精確能力和採用程度仍有待確定）：5G數據傳輸的速度、容量和延遲，將取決於所使用的頻譜帶以及網絡使用情況（固定或移動）。例如毫米波高頻段5G網絡可以在不限制波傳播的特定條件下，為固定局域網提供極快的速度，但相反難以將這些速度擴展到更大範圍。Sub-6中低頻段5G網絡的最大速度也許不會優於毫米波高頻段，但是可以覆蓋更廣泛的區域，而且不會受到眾多環境因素的干擾中斷風險。
二、五代市場的演進
為什麼移動通信技術會收到眾多國家的高度重視？因為移動通信技術既有戰略意義，也有現實的巨大經濟利益。
以德國為首的歐洲，在2G領域獲得了第一的競爭優勢，因此諾基亞和愛立信等公司能夠更早地推出更先進的設備，並且在美國仍在努力部署2G時，就已經在2000年轉型為3G。在此期間，歐洲移動通信產業蓬勃發展，而美國則在努力跟上步伐。
歐洲在3G轉型期間，優勢逐漸丟失。當時，他們受到需要耗費3G頻譜拍賣的法規阻礙，而不是簡單的重新利用已有的2G頻譜帶寬。
日本在3G方面處於領先地位，但美國最終趕上了日本。隨著日本推出3G業務模式，3G網絡的推出需要數年時間才會對美國企業造成巨大損失。在此過渡期間，美國被認為失去了數千個工作崗位和可觀的收入，多家移動通信公司破產或者被外國公司收購。
美國從其先前的錯誤中瞭解到4G和4G LTE。雖然美國部署3G的速度並不快，但後來的3G投資激增，最終美國在4G到來時處於領先地位。此外，美國聯邦通信委員會還開放了更多帶寬許可證，並制定相關法規以促進4G網絡的快速擴展。
日本首先保持同步，但日本產業未能迅速發展出最終將影響4G生態系統的技術。結果，美國在智能設備市場上佔據了先機，最終取代了日本國內外的日本操作系統。
在2010年初，美國AT&T和Verizon公司在2008年拍賣贏得700MHz頻譜，迅速在美國部署LTE。美國成為較早鋪設全面LTE的國家（僅次於芬蘭），該網絡的性能十倍優於3G網絡。這種性能上的改變，迅速推動採用新型半導體的新手機，不僅可以傳輸更多數據，而且計算速度也更快。
蘋果、谷歌、臉書、亞馬遜等美國眾多公司都在構建新的應用程序和服務，利用這些帶寬和新的手機功能。隨著LTE在其他國家的部署，這些手機和應用程序遍佈全球，推動了美國在全球通信和互聯網服務領域的主導地位。
根據Recon分析公司在2018年發佈的一份報告，估計從2011年至2014年間，4G的推出促進了移動通信產業70%的增長，同時增加了80%的就業率。通過基於4G領導地位的收費，美國建立了一個由網絡提供商、設備製造商和應用程序開發商構成的全球生態系統。這些生態系統塑造了4G的未來以及部署4G的其他國家的經驗。
先發優勢在升級換代中尤其突出，因為領導者可以為所有未來產品設置基礎架構和規範。
例如，中國正在大規模鋪設光纜，並計劃為參與一帶一路計劃的國家做同樣的事情，此外還要在整個歐洲建設5G網絡。報告指出，這將使得中國利用這個機會促進Sub-6中低頻段方案的使用，從而影響整個5G產品市場的發展方向。如果其他公司想在後期進入這些地區的網絡，他們就需要建立與早期方案一致的方案和標準。
轉向5G，將帶來與上一代4G轉型相同的潛在風險和回報，但規模將更大。5G的領導者將在未來十年內獲得數千億美元的收入，並在移動通信
領域創造廣泛的就業機會。
5G也有可能徹底改變其他行業，因為自動駕駛汽車等技術將從更快、更大的數據傳輸中獲得巨大收益。5G還將通過增加多個設備之間的數據流量和速度來增強物聯網，甚至可以取代許多家庭所依賴的光線骨幹網。擁有5G的國家將擁有許多這些創新，併為世界其他地區設定標準。
三、兩種方案的角逐
頻段使用和可用性，是實現可行的5G網絡的最重要因素，因為他們將決定未來數據傳輸的速度。4G數據傳輸能力無法跟上當前需求。
5G在頻段方面的解決方案有兩個，一個是Sub-6中低頻段解決方案，一個是毫米波高頻段方案。
毫米波高頻段5G網絡可以在不限制波傳播的特定條件下，為固定局域網提供極快的速度，但相反難以將這些速度擴展到更大範圍。Sub-6中低頻段5G網絡的最大速度也許不會優於毫米波高頻段，但是可以覆蓋更廣泛的區域，而且不會收到眾多環境因素的干擾中斷風險。
毫米波高頻段方案
毫米波高頻段方案在在30 GHz和300 GHz之間的高頻下工作。毫米波的優點主要有：
1、毫米波的較短波長產生較窄的光束，這為數據傳輸提供了更好的分辨率和安全性，並且可以以最小的延遲、更快的速度傳輸大量數據。
2、有更多的毫米波帶寬可用，這可以提高數據傳輸速度並避免低頻譜帶中的擁塞（在5G用途之前，毫米波領域的主要運營商是雷達和衛星業務）。毫米波生態系統需要大量的基礎設施構建，但可以以高達當前4G LTE網絡速度20倍的速度傳輸數據。
3、毫米波組件比用於較低頻段的組件小，允許在無線設備上更緊湊地部署。報告稱，除了物理屬性之外，毫米波對美國5G開發商也具有吸引力，因為美國軍方擁有Sub-6中低頻段的大部分頻段，特別是在3GHz和4 GHz範圍內，這使得運營商難以通過拍賣購買專用頻譜許可證或者分享這部分頻譜。
儘管有不少優點，但毫米波也面臨著各種挑戰。雖然其短波長和窄光束允許提高分辨率和數據傳輸的安全性，但這些特點也可以限制毫米波可以傳播的距離。由此，會產生很高的基礎設施成本，因為毫米波網絡需要遍佈整個地理區域的人口稠密的基站，以確保不間斷的連接。
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。毫米波可以在特定情況下實現擴展範圍，例如在樹線上方具有平坦反射窗的大型建築物中，但是在美國很少有環境有利於這種類型的傳播。
各種研究已開始測試美國毫米波和Sub-6基礎設施建設的功效。最近一次對Verizon在薩克拉門託的5G測試表明，Verizon的約150個固定無線寬帶（FWBB）基站只能為測試區域中約6％的住宅地址提供服務。
薩克拉門託的部分地區作為最佳測試環境，專注於開發固定網絡，與移動網絡相比，毫米波部署的挑戰更少。然而，即使在這些優化的前提下，也需要提供更多覆蓋，從而耗費大量基礎設施建設的時間，而且需要大量密集型的勞動力。
谷歌也進行了初步研究，以確定毫米波方案部署所需的大致資本支出和基站數量。在谷歌測試中，設備部署在現有的72735個宏蜂窩塔和屋頂上，發現在小區速度為100Mbps時，僅能夠向美國人口的11.6％提供毫米波覆蓋率，在1Gbps時覆蓋率為3.9％。但如果用Sub-6方案，相同的塔式站點部署中，在小區速度為100Mbps時覆蓋了57.4％的人口，1Gbps速度時覆蓋了21.2％的人口，大幅度領先於毫米波方案。
Sub-6中低頻段方案
Sub-6包括6GHz以下的頻譜範圍。Sub-6可以提供廣域網覆蓋，與毫米波相比具有較低的中斷風險，因為它具有更長的波長和更大的穿透障礙的能力。因此，它需要更少的資本支出和更少的基站。這一點，再加上利用現有4G基礎設施的能力，使得Sub-6成為潛在的5G主流方案。
該報告稱，考慮到Sub-6方案在中國推進的速度，毫米波更快的推出時間尤其重要。雖然毫米波可能最終部署在其傳播和成本挑戰不高的特定環境中，但是Sub-6可能會為近期更廣泛的5G覆蓋範圍提供更廣泛的解決方案。這反過來將推動5G供應鏈優先於Sub-6的產品設計和製造。
在美國，Sub-6方案可能會通過現有的LTE頻譜，部署在現有的宏蜂窩網絡和基礎設施中。這將對RF系統性能進行適度改進，但與在相同頻譜下運行的現代版本的LTE相比，不會產生10倍的性能提升。這種無法提供類似於LTE相對於3G的破壞性速度改進，將無法實現5G部署在美國的最大價值。
美國面臨的另一個挑戰是，軍方擁有6GHz以下頻譜的大部分，並限制了對它們的商業訪問。儘管可以重新定位軍方共享這些帶寬，以允許商業部門開發5G功能，但這兩個過程都需要耗費長期時間。“清除”頻譜（將現有用戶和系統遷移到頻譜的其他部分）然後通過拍賣，直接指配或其他方法將其發佈到民用部門所需的平均時間通常超過10年。共享頻譜是一個稍微快一點的過程，因為它不需要現有政府和軍用用戶的完全脫離，但即便如此，歷史上最快的案例也需要超過5年。
美國國防部內部也存在擔憂，即在6GHz以下頻譜範圍內共享其帶寬，也會產生許多操作問題，從頻譜優化到安全漏洞。而且如果美國國防運營商被迫共享他們的頻譜頻段，他們會擔心這可能會降低系統的性能。增加商業用戶也會增加6Ghz以下頻譜的整體擁塞，增加國防部運營商連接中斷的風險。
鑑於與毫米波方案和Sub-6方案相關的這些優勢和挑戰，5G的未來可能涉及兩者的某種組合。Sub-6方案針對廣域覆蓋進行了優化，這將構成網絡的很大一部分，但毫米波最終也許能夠在特定場景中提供更精美的覆蓋，並且由於更難以在一些拓撲中具有一些明顯的軍事優勢攔截。這將需要在毫米波頻譜中進一步研究和測試，以針對傳播中的當前物理挑戰，從而降低毫米波基礎設施部署所需的資本支出。
在短期內，以3GHz和4GHz頻譜為主的Sub-6方案，可能會成為推動基礎設施和設備部署量的主導全球頻段。
因此，頻譜分配問題是5G競爭的核心問題，因為無論是Sub-6還是毫米波，所選擇的頻譜帶幾乎都會影響5G發展的每個方面。
美國為何對中國的5G技術感到恐懼？
目前，3GHz和4GHz範圍內的頻譜帶主導全球5G活動，因為需要部署的基站要少得多，就能提供與毫米波相同的覆蓋範圍和性能。由於美國Sub-6中低波段的大部分不能用於民用或商業用途，美國運營商和美國聯邦通信委員會都將毫米波頻譜作為美國5G核心方案。
美國運營商可能繼續追求毫米波，但如果沒有粉絲沒有用戶，就不可能在5G領域領先。移動通信網絡的全球領導者，必然需要全球市場，這將建立在領導者選擇的頻譜範圍的規範上。這些5G子組件和產品將最終推動跨網絡的互操作性。
但是，世界其他地區並未面臨與美國相同的Sub-6頻譜限制。因此，如果美國繼續追求與世界其他地區不同的頻譜範圍，美國可能會發現自己沒有全球市場。
如果世界上大多數國家採用的未來5G生態系統建立在Sub-6中低頻段方案上，美國也將面臨毫米波設備互操作性挑戰和給予Sub-6頻段的基礎設施安全問題。
該報告認為，隨著Sub-6方案成為全球標準，中國作為該領域的現任領導者，很可能會領導這項標準。報告認為，這將為美國海外國防業務帶來安全風險，這些業務依賴於供應鏈中具有中國組件的網絡。即使美國限制在美國國內使用中國設備供應商，但美國也不是一個足夠大的移動通信市場，不能防止中國的5G供應商繼續在全球範圍內增加市場份額，
報告指出，中國的先發優勢可能會推動其手機和電信設備供應商市場及其國內半導體和系統供應商的大幅增長。因此，中國互聯網公司將能夠利用5G速度和低延遲為其本土市場開發服務和應用程序。由於5G在全球範圍內以類似的頻譜部署，中國的手機和互聯網應用和服務很可能成為主導，即使它們被排除在美國之外。換句話說，中國正在努力在5G時代複製美國在4G時代所做的事情。
報告稱，考慮到中國產品的價格和質量，其他國家對於將中國從5G市場排擠的熱情並不高。德國拒絕禁止華為，儘管美國威脅要切斷情報共享，英國似乎也採取同樣的做法。德國和英國都推翻了美國聲稱華為和其他中國電信公司對國家安全構成不可接受的風險，聲稱其安全組織可以採取措施限制其網絡中的漏洞。
印度和意大利也猶豫不決，他們並沒有拒絕將華為產品排除在5G部署之外。近幾個月來，新西蘭已經放鬆了對中國的初步態度。未來幾個月，歐洲將繼續成為5G未來的戰場，因為它代表了華為最大的市場之一。這場爭奪還表明了世界其他地區對5G方案的傾向，特別是對成本更敏感的發展中國家將發現中國5G價格點難以拒絕。
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