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美国ITIF发布《美国国家5G战略和未来的无线创新》报告

美国ITIF发布《美国国家5G战略和未来的无线创新》报告

2020年4月27日,美国信息技术和创新基金会(ITIF)发布报告《美国国家5G战略和未来的无线创新》(A U.S. National Strategy for 5G and Future Wireless Innovation)。报告认为5G能够更好地集成到整个经济领域的不同功能中,并在未来几十年推动经济增长,但美国目前的5G发展受到以华为为代表的中国企业的严重挑战,美国需要一项全面的战略来确保稳健部署和采用安全网络,通过发挥美国独有的优势来重新获得领先地位。报告认为这项战略应该包含以下内容:5G部署,5G应用,5G安全与中国。

一、5G的概念与现状

在一个层面上,5G只是下一代无线基础设施,即——基于语音服务的1G,增加了文本消息传递的2G, 引入了数据服务的3G, 基于Internet协议的完整规范并成为移动应用创新平台的4G——这一周期的下一步。5G的技术架构包括新无线电标准、大规模MIMO和高频频谱、小型单元架构、以开放RAN为代表的各种虚拟化技术、边缘计算等。5G将提供更低的延迟,更高的容量以及对更多连接的支持,但其真正标志是灵活性与适应性。5G可以改变各种技术参数,以适应不同的用例。用于4G的LTE空中接口主要是为面向智能手机和平板电脑的移动宽带设计的,5G的新无线电(NR)标准可以适应更广泛的用途,并可能支持用于机器间或物联网(IoT)设备的廉价传感器的爆炸式增长。

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在基础技术方面,美国高通公司在开发5G基础技术方面,尤其是有效利用频谱资源相关的技术方面,显然是领先者。爱立信、华为、诺基亚、三星、中兴和NEC等参与RAN设备开发的众多其他公司也是主要贡献者,这些公司向3GPP等标准制定组织提供建议,以将其纳入5G规范中。

在网络设备方面,美国则大幅落后。移动网络的边缘是指网络信号从有线转换为无线的地方,网络的此处组件是RAN,RAN设备将占5G总体部署的65%至70%,而这个市场也是华为取得巨大成功和市场份额的地方。美国曾经通过AT&T的西电公司(以及相关的贝尔实验室)在电信设备生产方面引领世界,但政府过于激进的防垄断措施和完全缺乏对美国公司国内电信设备行业的产业政策使美国几乎完全丧失了行业能力,经过一系列的合并和收购,美国不再有任何提供RAN设备的大型公司。与之形成鲜明对比的是,中国的华为在过去的二十年中迅速成长为全球最大的RAN提供商,同时也是全球研发的最大投资方。

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在运营商方面,美国主要的全国性运营商是AT&T、Sprint、T-Mobile和Verizon,还有一些较小区域和农村的运营商。运营商和各种承包商做出了一系列令人眼花缭乱的决定,包括如何在某个社区或区域的特定体系结构部署网络、以及在何处以及如何使用何种频谱。

在终端设备和组件方面,连接到设备侧运营商网络的是各种智能手机、IoT传感器和移动连接的设备。智能手机领域的全球市场领导者是三星(韩国)、华为(中国)、苹果(美国)、小米(中国)和OPPO(中国),而中国品牌在美国并不受欢迎。工业物联网硬件的主要提供商包括思科(美国)、华为(中国)、爱立信(欧盟)、泰科(欧盟)和高通(美国)。高通公司在芯片组,特别是在设计提供连接的调制解调器方面处于领先地位。华为的海思品牌在一系列半导体产品中拥有强大的生产能力,并已开始开发许多被美国市场切断的芯片。

在操作系统和应用程序方面,由谷歌和苹果公司开发的Android和iOS,已经成为最流行的智能手机操作系统。华为已经开发了自己的操作系统Harmony OS,并已开始将其部署在许多产品中,但尚未在手机或平板电脑中广泛使用,最近旨在阻止华为使用美国软件的美国出口管制只会加速这一发展。

在新的和不断发展的利益相关者方面,有线电视提供商可能是5G生态系统中未被重视的利益相关者。另外,有迹象表明,电缆行业将来可能成为即将上线的3.5 GHz公民宽带无线电服务(CBRS)频谱的重要用户,并有可能在该许可较少的频谱上构建系统。这种更加灵活的频谱接入系统可能会向更多的专用网络转变,特别是对于大型企业园区。

二、5G为什么如此重要

近些年对于5G的炒作已经到了狂热的地步,5G的某些潜力有被夸大的风险,Gartner在技术成熟度曲线中,将5G置于曲线的顶峰。实际上,5G的价值已经足够激发国家和市场的兴趣,并不需要被不切实际地过度炒作。

5G旨在满足三种通用的用例类型:增强的移动宽带、大量的物联网连接以及高可靠性和低延迟服务。我们的目标是拥有一个灵活的网络,能够适应许多不同的垂直行业中的各种各样的用例。增强的移动宽带应该有更快的吞吐量、低至1毫秒的延迟和稳定的用户体验。5G内的大规模物联网服务正趋向于节能和简化,以保持设备成本低、范围大,并支持更密集的物联网连接。5G还可以对连接进行定制,以最大限度地提高可靠性,从而有助于在时间紧、误差要求低的高价值用例中进行投资,例如精密制造和大规模工业机器人。归根结底,5G的最重要方面是其在灵活性与适应性方面的潜力,可以广泛地帮助利用无线连接的各种行业和部门来提高生产力。与4G相比,它能够将大量的输入与更精细的精度控制结合到网络中,从而实现与整个经济中广泛的垂直行业的更紧密集成。

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5G发展的长期目标是将连接性和AI相结合,不仅在网络的编排和运营中,而且还要在应用程序层进行决策协调。正如华为研究人员所说的那样,“革命性技术中最基本的特征之一是,在5G时代,移动网络的几乎每个重要方面都出现了初始智能,包括无线电资源管理、移动性管理、服务提供管理等等。”

三、创新、安全的无线生态系统面临的挑战和威胁

在部署方式上,迅速部署5G以获取先发优势很重要,但没有成为第一个全面部署5G的国家并不是一个重大的挫折。5G最重要的是要拥有足够规模的网络,以便美国公司能够长期开发和创新需要5G功能的新应用和用途,美国无需担心5G无法广泛部署,因为三个竞争激烈且财务状况良好的无线运营商和富有野心的新进入者Dish有充分的能力和动力来部署5G网络。

在设备供应商面临的挑战上,中国公司正在寻求在5G生态系统的基础技术、设备和应用程序方面处于领先地位。中国政府取得的5G领导地位最终可能损害美国的利益以及更广泛的无线创新生态系统,如果中国的设备公司成功地使诺基亚或爱立信大大削弱甚至倒闭,情况将尤其如此。以上情况使美国面对的短期安全威胁包括:RAN设备的服务提供商(例如华为)可能会关闭通信(除战时外极不可能,但潜在损害非常高);无线设备可能用于国家级别的间谍活动;无线设备也可以用于工业间谍活动和知识产权盗窃;华为的飞速发展会最终威胁其他设备制造公司的生存能力,这种垄断地位不仅会造成经济损害和创新缺失,而且还会造成严重的脆弱性和依赖性。面对来自中国5G挑战的长期威胁,政策制定者应该考虑支持新无线技术的长期发展,目标应该是认真鼓励不断发展的市场力量,朝着能够发挥美国优势的创新生态系统发展。策略中首当其冲的是标准的制定,中国代表在5G标准工作组3GPP中发挥了领导作用,采取的一种措施是提交了40%的标准和32%的文件,除3GPP开发的规范外,中国似乎还希望向联合国国际电信联盟(ITU)提交5G解决方案,这尤其令人担忧,因为发展中国家经常寻求国际电联的指导,如若中国成功,则通过提供与其他无线生态系统无法互操作的设备,华为可以锁定这些低端市场。第二是补贴和其他国家援助,华为等公司代表了一种相对新型的中国“国家冠军”公司,该公司并非直接国有,但确实从中国政策中受益匪浅。中国政府还在各个领域采取行动,以帮助整个5G生态系统加速发展,除了一些的补贴策略不公平地阻碍了国际市场上的其他竞争者,其他措施都值得美国模仿。

在5G的采用上,5G是一个支持性平台,只有政策制定者支持跨一系列新兴技术和应用领域的全面数字化转型,才能最好地利用该平台。目前的挑战在于,开发利用下一代无线技术性能特征的应用程序需要足够规模的网络,但是网络需要足够的需求以证明实现广泛部署所需的大量投资是合理的。在比较以市场为导向的经济体(例如美国)和相对非市场性的部署(例如中国)时,这种“先有鸡还是先有蛋”的问题更加突出,中国的模式更愿意解决这一市场失灵。我们的政策应设法刺激这些网络的采用和使用,包括通过开发尖端的应用程序。

四、当前美国的应对策略

美国当前采取了多项措施来应对5G未来所面临的挑战,其中许多措施似乎旨在阻止中国参与者的崛起。美国联邦通讯委员会FCC是5G政策的主要制定者,该机构的5G战略被称为“5G FAST计划”,强调了快速部署的重要性。FCC从三个方面推进他们的战略,一是将新的灵活用途频谱推向市场,FCC正在快速分配更多的中频带频谱;二是简化5G基础设施部署政策,以促进城市和运营商合作来实现低成本部署,但这一监管改革正面临来自第九巡回法庭的阻扰;三是禁止被确定为国家安全威胁的公司使用通用服务基金的补贴来获取设备或服务。FCC目前正在评估流程并收集信息,以替换已经部署在美国农村地区的现有不信任设备。

在贸易政策方面,奥巴马政府已经利用进出口管制手段,试图破坏中国的无线设备制造商,例如华为和中兴,特朗普政府则更进一步,在进出口两方面都对华为进行了严格的限制。美国政府实施的这些出口管制已受到相当多的批评,特别是损害了美国半导体产业,而且对于提升美国在5G及相关领域的领导地位可谓无济于事。

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在外交方面,美国国务院一直忙于与世界各地的政府和移动运营商进行沟通,试图说服他们避免使用潜在的危险设备,这些尝试取得了不同程度的成功。

在立法方面,关于5G的两项重要法案已经成为法律,将于2020年8月生效的《国防授权法》中提到:政府不能再动用联邦资金从高风险名单上的电信公司(例如华为)购买设备或服务;2020年3月,《2019年安全和受信任的通信网络法》禁止使用联邦资金向构成国家安全威胁的公司购买设备,并制定了补偿计划,以消除和替换由构成不可接受的国家安全风险的实体生产的使用中的设备。这些立法大多数本质上都是防御性的,对刺激美国的发展几乎无济于事。

五、美国应有的5G国家战略

美国应为5G制定协调一致的国家战略,其中应纳入一系列政策措施:在短期内,简化5G网络的部署,提供更多可用频谱,并帮助引领对高级无线网络的采用和需求。从长远来看,我们应该通过为强有力的研发投资和技术转让以及早期研究创造条件,为未来的技术和市场创造机会。

首先,应该明白有些想法是错误的,包括:第一,全面且单一地部署5G网络。也许是由于过分强调5G网络的重要性,一些人试图实现网络基础设施的单一部署,即将全美的现有网络连接都替换为5G网络。这种方法可能具有消除冗余基础架构的优势,但会严重破坏运营商的竞争动力和专业化水平。事实上,在某些地方,根据实际情况维持原有的有线网络和WIFI组合并进行适当升级要客观经济得多。第二,建议成立美国的无线设备制造商。白宫备忘录原草案要求将国家网络基础设施国有化,还要求在三年内成立一家美国无线设备制造商,但这并不现实,相反,政策制定者应该考虑支持一家愿意与爱立信或诺基亚联合的美国公司,美国不应试图直接进入无线设备市场,而应试图鼓励已有的对现状的持续破坏,以使美国产业和运营商受益。第三,过度地对中国出口实行贸易限制。首先,如果担心的是国家安全,简单而狭窄的进口限制已经足够有效降低潜在的安全风险;第二,出口管制可能无助于遏制华为在RAN设备方面的增长,美国组件对RAN设备的限制相对较小,华为很快将能够从其他来源来获取该设备的所有组件,而且这些贸易限制严重损害了美国组件和软件供应商的利益,并且有可能加速华为的技术自主性。

制定美国应有的5G国家战略,首先应使政府各部门能够协调推行一致的行动,5G政策由相互关联的安全性政策、竞争政策和产业政策组成,涉及许多不同的经济领域,当前针对5G的国家级策略由一个分散的联盟组成,而不是协调的机构间活动。针对该问题,目前白宫内部的国家经济委员会似乎正在牵头协调5G计划。

第二应在国际方面付出努力,包括支持标准制定组织,支持供应商多元化和限制不公平的中国出口补贴三个方面。在标准方面,尽管华为在5G的主要标准制定协会3GPP上取得了一定的优势,但还有其他各种各样的标准制定机构支持更广泛的设备生态系统和连接性,从而推动了无线技术的普及,比如电气电子工程师学会(IEEE)、国际电联(ITU)、电信行业协会(TIA)、互联网工程任务组(IETF)和国际标准化组织(ISO)等,美国应谋求在这些标准机构实现话语权的提升。在支持供应商多元化方面,美国必须与志趣相投的国家合作,以确保有足够的市场来支持非中国供应商,目前,欧洲尤其是东欧已经有大量的中国4G设备,这些地区在放弃华为设备方面面临着严峻的挑战,因为设备的向后兼容性以及将4G和5G设备结合在一起的网络使得很难混合使用不同的设备供应商。美国应与正在考虑其5G计划的其他国家,采取更合作的方法来开发华为的潜在低成本替代品(例如开放式RAN)来过渡。在限制中国出口补贴方面,华为扩大全球份额的一个来源是补贴,包括来自中国国有银行的出口补贴,美国应在更强大的三边框架下与欧盟和日本等主要伙伴合作,以减少这些不公平的出口补贴,以迫使中国也遵守经合组织的准则。

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第三是支持持续的无线研发。如果美国的公司要引领下一波无线创新浪潮,美国政府必须增加对长期研发的投资。除了研究基础技术,还应考虑将这些早期研究商业化并成功转移到私营部门。此外美国政府支持美国公司收回研发投资所需的商业模式也很重要,反垄断调查应对此稍许宽容。另外,知识产权保护是确保对此类不确定性研究进行投资的一项必要的激励措施,专利和商业秘密保护仍然是支持对技术创新进行大规模投资的政策的重要基础。

第四是拓展对5G系统的需求。电信政策常常侧重于供应方(网络本身的监管、频谱可用性和基础架构优化),而没有同等地充分支持需求方,现在需要改变了。每个政府机构都应确定如何将实时无线连接和分析功能整合到自己的流程或他们所监管和互动的行业中,比如运输部(DOT)应该努力利用5G和相关技术以更好地支持互联道路基础设施和更高效的运输;国防部拥有多种潜在的5G应用,并正在探索使用5G网络在虚拟现实和增强现实的辅助下进行战斗训练的试验;联邦政府还应加大力度支持当地的智慧城市项目等。

第五是改变设备安全的规则。5G战略必须解决日益集中、全球化的网络设备市场中供应链脆弱性的问题,美国不应试图与中国近几十年来取得如此巨大成功的产业政策的策略和规模相匹配,而应发挥自己的优势(特别是在软件领域)帮助加快设备市场本身的变革。例如鼓励运营商选择更多的虚拟化系统,使用基于开放接口的RAN设备,该基础设施受益于强大的软件开发行业和高性能通用硬件这两个美国优势显著的领域。一方面是推进RAN虚拟化和开放接口,以开放RAN为代表的虚拟化技术是指将传统网络系统中的各种不同功能的组件(如路由器、防火墙、网关等)用通用组件替代,再以虚拟软件控制以实现不同的对应的功能,发展此技术可以在网络设备供应链上摆脱现有的对华为的依赖。另一方面是替换现有的高风险设备,《安全和受信任的电信网络法》要求拆除美国市场上现有的华为设备,但现有的高风险设备已经仅限于农村地区,但是在许多情况下,这种设备已经使用了多年,随着5G系统的就绪和成本效益的提高,自然的市场力量很可能会删除该设备。

第六是加快5G网络的部署,这应该是任何5G战略的重点。政府有两个主要机会直接帮助加速部署:首先是通过简化基础架构部署,即运营商及其合作伙伴能够访问城市的道路、管道、电线杆和建筑物侧面的政策;第二是通过为商业无线用户提供附加频谱,FCC必须快速分配更多的中频带频谱,以灵活地用于移动应用。此外,税收政策也可以被用来支持5G部署,购买5G设备通常很昂贵,因此,降低设备税后成本的政策将促进更快、更广泛的部署。最后,在5G在乡村的部署方面,5G的高性能高密集特性使得其更适合城市场景,而并不适合需要广覆盖但性能要求没那么高的农村地区,在农村地区如何建立无处不在的、根据需求分布性能的网络一直是政策界争论的焦点,决策者需拿出一个最经济合理的方案。

转自丨赛博研究院

译者丨林是苗

研究所简介

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