鄔賀銓

(中國工程院，北京 100088)

0 引 言

4G技術在我國的快速普及，有力推動了數(shù)字經濟的蓬勃發(fā)展。4G網(wǎng)絡已經深入滲透社會各個領域，成為“互聯(lián)網(wǎng)+”的基礎載體，正在促進我國經濟社會快速發(fā)展。面向2020年及以后的移動通信市場發(fā)展，我國成立了5G 推進組，全面加快5G在技術研究、產業(yè)化方面的發(fā)展，力爭在2020年實現(xiàn)5G的大規(guī)模商用。

5G具備比4G更好的性能，以新型的網(wǎng)絡架構和無線傳輸技術，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力。國際電信聯(lián)盟在召開的ITU-RWP5D第22次會議上給出了3個主要5G通信應用場景。

1)增強型移動寬帶場景。比如在廣場、演唱會和運動場等人口密集的場所，能夠確保每個用戶都能享有滿意的通信體驗。

2)大規(guī)模機器類通信場景。在智慧家庭、智能建筑和智慧城市實現(xiàn)萬物互聯(lián)，通過信息通信技術的應用，來解決城市交通擁擠問題和改善人類生活水平。

3)超高可靠與低延遲的通信場景。提供云服務和云娛樂，為無人駕駛發(fā)展等提供基礎。

大數(shù)據(jù)和人工智能[1-3]將進一步推動移動通信技術發(fā)展。當前，我國已全面實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)產業(yè)政策環(huán)境與技術手段不斷完善，大數(shù)據(jù)成為優(yōu)化經濟結構、促進實體經濟振興，加快產業(yè)轉型升級的重要引擎。黨的十九大報告提出，要建設網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經濟深度融合。

當前，大、智、移、云、物技術交叉發(fā)展，推動了產業(yè)數(shù)字化進程。大數(shù)據(jù)在5G中有很廣闊的運用空間，但也面臨著數(shù)據(jù)挖掘、復雜度和安全性等方面的挑戰(zhàn)。此外，5G是一個云化網(wǎng)絡，有接入云、轉發(fā)云和控制云，接入云負責協(xié)調微站的集中管理。為了適應視頻業(yè)務、VR(virtual reality)，AR(augmented reality)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等的低時延要求，5G應用要下沉，盡量靠近用戶，所以移動邊緣計算將在5G時代得到廣泛應用。5G帶來更廣泛的人與物、物與物之間的連接，激發(fā)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術發(fā)揮出更大的潛能，開啟一個連接泛在、智能泛在的萬物互聯(lián)時代。同時，5G時代的網(wǎng)絡出現(xiàn)了一些新特征，也帶來隱私保護、信息安全和法律適應性的新風險和挑戰(zhàn)，需要在發(fā)展中從技術、管理和法制方面完善和應對。

1 5G時代網(wǎng)絡社會的新特征

5G帶來更廣泛的人與物、物與物之間的連接，開啟一個萬物智聯(lián)的新時代。同時，5G時代網(wǎng)絡社會出現(xiàn)了一些新特征。

1.1 5G激活超高清視頻與VR/AR

目前5G峰值速率可達20 Gbit/s，用戶體驗數(shù)據(jù)率達100 Mbit/s，無線接口延時1 ms。8K高清電視，分辨率是2K電視的16倍，幀率從25幀/s到120幀/s, 編碼位數(shù)從8 bit增加到16 bit，從而8K超高清電視要求至少100 MByte帶寬。4G用戶體驗數(shù)據(jù)速率為10 Mbit/s，8K超高清電視無法通過4G進行無線傳輸。另外，VR/AR對帶寬有更高要求，峰值速率需要達到1 Gbit/s，時延小于7 ms。VR/AR時延超過7 ms就會產生眩暈感，而4G時延約40 ms無法滿足VR/AR無線傳輸要求。綜上，超高清視頻與VR/AR需要5G來支撐[4]。

1.2 5G推動AI和IoT發(fā)展到智聯(lián)網(wǎng)(AIOT)

物聯(lián)網(wǎng)要感知數(shù)據(jù)，感知到的數(shù)據(jù)需要進行大數(shù)據(jù)分析和人工智能的判斷，這中間會使用到無線連接。在5G之前，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)送到后臺人工智能處理的時延太大，無法實時反饋。5G物聯(lián)網(wǎng)能做到每平方公里100萬臺設備聯(lián)網(wǎng)，傳輸時延小于10 s，丟包率不高于1%，從而5G推動了物聯(lián)網(wǎng)(internet of things, IoT)與人工智能(artificial intelligence, AI)的無縫融合、成為智聯(lián)網(wǎng)(artificial IoT,AIoT)。AIoT使物聯(lián)網(wǎng)所感知的大數(shù)據(jù)能直聯(lián)AI實時決策，終端能直接上云，將云端能力虛擬到終端，增強了終端能力[5-7]。

1.3 5G開拓數(shù)字內容新業(yè)態(tài)

數(shù)字內容是指以信息技術呈現(xiàn)的文化形式，由圖文、音頻、視頻、短視頻、互動產品、平臺產品等構成。涵蓋數(shù)字游戲、互動娛樂、影視動漫、立體影像、數(shù)字學習、數(shù)字出版、數(shù)字典藏、數(shù)字表演、網(wǎng)絡服務、內容軟件等。5G開拓了以下數(shù)字內容的新業(yè)態(tài)[6]。

1)5G激活超高清視頻直播和VR/AR，豐富媒體內容的呈現(xiàn)形式，提供浸入式體驗，增強實效性和生動性。

2)5G在終端和云端間構建高帶寬鏈接，云端的能力虛擬化下沉，增強了終端產生和處理數(shù)字內容能力，例如同聲翻譯功能使得信息傳播沒有國界和語言障礙。

3)5G驅動人工智能與物聯(lián)網(wǎng)無縫融合，催生了AIoT，賦能數(shù)字創(chuàng)意產業(yè)，同時將數(shù)字創(chuàng)意的應用擴展到智慧城市和工業(yè)領域。

同時，新業(yè)態(tài)也帶來了一些問題：5G的到來會使視頻自媒體加速爆發(fā)，各種視頻自媒體內容生產者的門檻進一步降低；網(wǎng)民被賦權但自律性不高，受眾變?yōu)閭鞑フ叩⒉痪邆湎鄳拿浇樗仞B(yǎng)，再加上互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下匿名性的保護作用，不可避免地給整個傳媒環(huán)境帶來一定的混亂；機器人發(fā)帖更頻繁，24小時滾動發(fā)帖，發(fā)帖話題單一，轉發(fā)比例極高；現(xiàn)有的以平面信息和人際傳播為主的內容監(jiān)管審核機制和信息過濾技術，將難以滿足5G時代立體信息傳播為主和萬物互聯(lián)的大容量、高速率、高頻率的大傳播時代信息的審核和控制需求；5G時代VR新聞應運而生，但既然是新聞則所有影像都應來自事件現(xiàn)場，不能由電腦合成，虛擬的不是現(xiàn)實，而是受眾對場景的體驗，難題是如何審查VR新聞的真實性。

另外，終端通過5G上云無形中增加了終端的計算與處理能力。目前基于AI的語音和人臉識別水平已超過人類。人臉識別是對于社會安全有用的工具，但也帶來隱私保護問題。

1.4 基于5G與AIoT的車聯(lián)網(wǎng)安全

5G超可靠低時延特性促進了車聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。5G可以讓車到車、車到云、車到紅綠燈、車到停車場實現(xiàn)很好的通信，提升了交通效率和交通安全。通過車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控整個運輸過程中車隊的管理，可以實現(xiàn)整體效率的提升和配載的優(yōu)化。但同時，車聯(lián)網(wǎng)也面臨著安全方面的問題[8]。①車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的隱私如何保證？②自動駕駛責任是在設計師、控制者、通信，還是交通系統(tǒng)？③自動駕駛車如果被木馬入侵而失控，公共交通管理部門能否接管對該車的控制與管理？④黑客可以騙過汽車的無鑰匙系統(tǒng)進而偷車，還秘密打開車內麥克風偷聽談話，或者下載車載導航儀里的信息，這些安全應該如何保證？

1.5 基于5G與AIoT的機器人可控性

機器學習著重于通過有限的訓練樣本來學習環(huán)境，目前的機器尚不具備情景推理能力，必須訓練它們涵蓋所有可能發(fā)生的情況，這不僅代價高昂，而且難以實現(xiàn)。機器人創(chuàng)作的小說、詩歌、繪畫等作品的版權歸誰所屬，以及機器人工作中出現(xiàn)問題其責任是在設計者，還是控制者？這些問題目前還沒有相應的法律來判別。

1.6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有可能將企業(yè)的生產線暴露到外網(wǎng)，即便無需連到公眾互聯(lián)網(wǎng)，但物理隔離也可能因管理疏忽而感染外網(wǎng)病毒。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使用大量傳感器，而傳感器的安全防護能力較弱，很容易感染木馬，而成為DDoS攻擊的跳板。例如，2016年10月21日黑客組織使用Mirai感染美國東部超過10萬個攝像頭，對美國DNS(domain name server)服務提供商Dyn(dynamic network service)發(fā)起DDoS攻擊，導致諸多網(wǎng)站停止服務，影響了半個美國網(wǎng)絡[9]。

5G在企事業(yè)及政府部門的使用，豐富了大數(shù)據(jù)來源，但也增加了網(wǎng)絡安全攻擊的風險。通過將數(shù)據(jù)分布存儲和加密可以防備數(shù)據(jù)被盜竊，但某些外部的攻擊并不以盜取數(shù)據(jù)為目的，而是以勒索為目的，強行將數(shù)據(jù)再加密使原有數(shù)據(jù)的擁有方也無法讀取數(shù)據(jù)。

需要借助大數(shù)據(jù)與AI技術，實現(xiàn)對網(wǎng)絡流量異常檢測獲得最準確的網(wǎng)絡風險評估，防止網(wǎng)絡被侵入。除在企業(yè)內部建立IT(information technology)網(wǎng)絡與OT(operation technology)網(wǎng)絡統(tǒng)一的安全團隊和企業(yè)安全運營中心外，還要與企業(yè)的上下游實現(xiàn)威脅情報共享和安全防護的協(xié)同聯(lián)動，從政府和運營商及第三方網(wǎng)絡安全公司等獲得安全態(tài)勢感知信息。

1.7 其他相關的新特征

5G時代網(wǎng)絡社會除以上提及的特征外，還包括一些其他相關內容。①數(shù)字經濟與數(shù)字金融監(jiān)管。中國政府對互聯(lián)網(wǎng)的管理審慎包容，為互聯(lián)網(wǎng)野蠻生長留了機會，但從e租寶事件看互聯(lián)網(wǎng)不能沒有監(jiān)管，如何把握監(jiān)管的寬嚴度與時機考驗政府的智慧。②互聯(lián)網(wǎng)需要正能量。網(wǎng)絡具有放大特性，錯誤信息不加抑制將會很快擴散，需要第一時間以正視聽，需要有治，更要有理，政府有自信，社會才有誠信。正如習主席在十九大報告所述，“堅持正確輿論導向，高度重視傳播手段建設和創(chuàng)新，提高新聞輿論傳播力、引導力、影響力、公信力。加強互聯(lián)網(wǎng)內容建設，建立網(wǎng)絡綜合治理體系，營造清朗的網(wǎng)絡空間”。

2 產業(yè)生態(tài)面臨的機遇挑戰(zhàn)

整個5G產業(yè)涉及到芯片、終端、基站、5G網(wǎng)絡、芯片設計的工具軟件、芯片代工線、儀器儀表、操作系統(tǒng)、以及APP等[10]，如圖1。

2.1 5G芯片面臨機遇挑戰(zhàn)

整個數(shù)字經濟是從“芯”開始的。從2014年開始，中國進口集成電路金額始終居于海關進口商品的第1位，進口集成電路的金額超過了原油、農產品、鐵礦石的總和。2018年全球集成電路銷售額是4 688億美元，其中，美國生產集成電路產值為2 300億美元，占全球的1/2，中國進口3 120億美元，占全球集成電路產值的2/3，大約一半為國內自用，占全球市場1/3。但是中國集成電路生產僅占全球7.9%。

近年來中國加大了對芯片的投入，國際半導體設備與材料組織報告：2020年全球新晶圓廠建設投資總額將達500億美元，其中，中國大陸占240億美元，臺灣地區(qū)占130億美元。但中國集成電路領域的人才嚴重匱乏。

2018年4月美國制裁中興事件，促進了華為在芯片上的快速研發(fā)。在被美國納入“實體清單”之前，華為5G終端基帶芯片以及5G基站所用芯片都已研制完成。華為芯片能同時支持獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)。但在整個芯片設計過程中，面臨著以下3個方面的挑戰(zhàn)。

1)芯片設計的EDA(electronic design automation )軟件?，F(xiàn)代集成電路越來越復雜，芯片設計需要EDA軟件工具，將功能轉化為電路及版圖并仿真性能，全球主要芯片EDA公司受美國控制。華為和國內從事芯片設計的企業(yè)向美國控制的EDA公司交費取得使用授權。美國“斷供”使得美國控制的EDA公司不再對華為提供技術支持和升級授權。現(xiàn)已授權的軟件華為可繼續(xù)用，華為的經驗可自行升級EDA軟件，不過通常代工線會隨EDA的升級而配合調整工藝，華為自行升級則不一定得到代工線的配合。

2)芯片處理器設計的ARM(advanced RISC machine)架構授權。芯片處理器架構有Intel的X86架構、基于ARM的架構、MIPS (million instructions per second)等，但主要是X86和ARM架構，前者在高密度運算時具備優(yōu)勢，適宜用于PC(personal computer)和服務器，后者體積小且省電，適合作為手機芯片處理器的架構。ARM的IP授權分使用級、內核級和架構/指令集級，即可用、可外加和可改3個層次。華為擁有ARM V8“架構/指令集層級”永久授權，包括指令集架構、微處理器、圖形核心、互聯(lián)架構等功能模塊，可以對ARM架構進行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減，具有完全自主的設計處理器能力。ARM公司為日本軟銀收購，總部在英國，在美國德州和加州有研發(fā)中心，仍受美國管制，即ARM不能對華為提供技術支持，但華為已具有對ARM的架構自我升級的能力。ARM每演進一代全新的指令集，基本上臺積電都會投入驗證，EDA公司也會提供相應的開發(fā)套件。如果華為要自行升級，就必須考慮EDA工具及臺積電的制程能不能配合。

3)集成電路代工線。5G終端芯片因電路復雜性和發(fā)熱等要求，首批芯片采用7 nm的工藝，2020年將采用5 nm工藝。中國的中芯國際公司目前14 nm工藝可量產。進口更先進的代工線不僅資金高昂還會受到“瓦森納協(xié)議”的禁運。按照美國《出口管理條例》，第三方國家或地區(qū)賣給列入“實體清單”企業(yè)的商品中，原則上如果包括25%以上來自美國企業(yè)的零部件和軟件，甚至只要有美國產品成分，那么都會成為被管制對象。大陸企業(yè)的智能手機芯片的流片基本到臺灣的臺積電公司，臺積電公司經過美國頂級律師事務所的審查，認為不必計入生產線裝備，僅評估生產用的IP、軟件、設計工具與半導體材料的技術來源，確認來自美國的技術不到25%，因此，華為流片不受管制。但國際形勢變幻加劇，不能掉以輕心。

2.2 5G終端面臨機遇挑戰(zhàn)

5G終端類型有手機、VR/AR頭盔、眼鏡、車載終端和傳感器終端等。由于5G傳輸速率比較高，因此希望5G終端的清晰度也提高。為了展寬屏幕同時還能便攜，折疊手機應運而生。但即便如此，手機終端的屏幕相對平板電視太小，清晰度也不能大幅度提高。

由于眼鏡靠近眼睛使得視場比較大，能提供高分辨率，5G將催生智能眼鏡終端，為了方便佩戴者，需要有行走或看視頻隨心切換的眼鏡，技術上已能夠實現(xiàn)。

2.3 手機操作系統(tǒng)面臨機遇挑戰(zhàn)

目前智能手機操作系統(tǒng)主要是蘋果公司的iOS和谷歌的Android，微軟的Windows10 Mobile已經退出手機操作系統(tǒng)市場。蘋果公司的iOS只供蘋果終端使用，每個APP開發(fā)者需向蘋果公司繳99美元會員年費后才能將APP上架銷售，此外蘋果還將在每次銷售中抽成30%，這被稱為“蘋果稅”。

目前Android占市場82%，但Android開源僅是一些基本應用AOSP (Android open source project)，增強的應用即Google移動服務(Google mobile service ，GMS)均需授權。按照美國政府的要求，Google停止對華為GMS授權，華為雖還可使用AOSP，對國內用戶無影響，只是失去技術支持，境外用戶因無GMS服務會受到很大影響。

2.4 5G的電磁輻射問題

居民認為5G基站更多，頻率更高，擔心其電磁輻射更嚴重，這導致5G移動通信基站部署面臨選址困難。中國于2014年出臺了《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702—2014), 規(guī)定通信基站一天24小時任意連續(xù)6 min所產生的平均電場強度控制限值為12 V/m,即平均功率密度為40 μW/cm2,輻射值是美國、日本標準的1/15，歐盟標準的1/11。同時，5G基站更密，每個基站發(fā)射功率更低，而且因頻率高，傳播損耗更大，對靠近基站的終端，基站還會自適應降低發(fā)射功率。從這個意義上講，5G電磁輻射更低。

除了基站輻射難題以外，還面臨著基站天線布置問題。鐵塔公司是3個運營商共享的，電信、聯(lián)通、移動的天線都布置在鐵塔上，2G，3G和4G基站也都布置在鐵塔上，現(xiàn)在很難找到加掛5G天線的天面位置了。運營商需要逐步推進2G/3G的退網(wǎng)工作，釋放鐵塔資源，以便在原有基站站址加裝5G。對仍然使用2G/3G老手機的用戶，需要采用套餐引導、終端補貼或送終端等政策，引導用戶終端置換。

此外，5G的基站數(shù)倍于4G，能耗也是不能忽視的挑戰(zhàn)。

2.5 5G可用頻譜面臨機遇挑戰(zhàn)

移動通信發(fā)展還面臨著頻率的挑戰(zhàn)。中國目前使用低頻段6 GHz部分，雖然布局比毫米波好，但是帶寬比較窄。在Sub 6 GHz頻段，電信和聯(lián)通各獲得100 MHz,峰值速率1.4 Gbit/s，電信和聯(lián)通聯(lián)合建網(wǎng)也僅200 MHz帶寬，峰值速率不高于3 Gbit/s，中國移動有260 MHz，峰值速率不到5 Gbit/s。5G理論峰值20 Gbit/s，需要工作在毫米波頻段并占用800 MHz載頻。

毫米波頻段用于5G對中國來講是挑戰(zhàn)，因為毫米波頻段目前有雷達和衛(wèi)星等應用，頻率協(xié)調困難，器件也面臨嚴峻挑戰(zhàn)。美國5G商用從毫米波頻段開始，帶寬寬但傳播條件不好，用戶體驗欠佳，原因是美國Sub 6 GHz頻段被政府和軍方占用，需要幾年時間才有可能協(xié)調出來。

2.6 5G核心專利面臨機遇挑戰(zhàn)

國際PCT (patent cooperation treaty)專利最多的企業(yè)是ICT(information and communications technology)企業(yè)，尤其是移動通信產品供應商，說明當今移動通信是知識產權競爭最激烈的行業(yè)！截至2018年底，華為在全球累計獲得授權專利87 805件，其中，在美國獲得授權專利11 152件。過去30年華為累計支付了60多億美元的專利費，美國占80%。自2015年以來，華為獲得專利收入累計超過14億美元。全球5G授權專利約6萬件，寫入標準的SEP(standards-essential patents, 標準必要專利) 10 359件，華為以1 554件專利居首，占SEP 15%。中國華為、中興、大唐等共占SEP 34%，全球領先。美國高通等公司共占SEP 13.8%。相比在3G時代中國占全球SEP僅7%, 4G時代占20%，5G時代中國在知識產權方面有顯著進步。

2.7 5G是高科技戰(zhàn)略必爭的高地

美國國會研究局2019年1月發(fā)布的《第五代電信技術：提交給國會的問題》報告顯示，美國在4G的領先地位給經濟帶來了近1 000億美元的增長。美國于2018年9月由特朗普召集4大電信運營商發(fā)布“5GFAST”戰(zhàn)略，為5G和Wi-Fi添加額外的無線電頻譜，加速聯(lián)邦和州/地方各級的5G小型蜂窩部署，更新聯(lián)邦法規(guī)，動員社會對5G技術投資。美國商務部官員2019年7月透露美政府為支持美企業(yè)在5G方面超過華為，正在向研發(fā)方面投入1 250億美元資金，并稱目前華爾街至少擁有3 000億美元資金可以快速部署。五角大樓提出要利用5G提升美軍指揮通信系統(tǒng)的信息傳輸能力及戰(zhàn)場覆蓋范圍，要求在國防預算中為5G技術軍用化追加額外資金。

3 結束語

以5G為代表的新時代信息技術給傳媒業(yè)帶來新的傳播手段，但也帶來隱私保護、信息安全和法律適應性等新風險，需要在發(fā)展中從技術、管理和法制等方面完善與應對。5G將人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術緊密融合，成為高新技術的制高點和數(shù)字經濟新引擎，圍繞5G產業(yè)生態(tài)的博弈是大國關系的熱點。當前互聯(lián)網(wǎng)正處在從消費互聯(lián)網(wǎng)向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)拓展的動能接續(xù)期，面臨國際高科技產業(yè)的競爭，前進路上充滿挑戰(zhàn)，要抓住信息技術發(fā)展機遇，強化創(chuàng)新驅動，發(fā)展數(shù)字經濟，建設網(wǎng)絡強國！