从纯技术角度解析:5G“军备竞赛”中美实力对比

近日,德国表示5G网络建设不会对华为进行区别对待,理由是如果欧洲禁止华为设备,那么欧洲的5G将会落后于中国和美国。自美国颁布禁令以来,各国纷纷站队,中美5G大战瞬间“狼烟四起”,更有甚者将其称之为划时代的“军备竞赛”,只不过核心从传统武器换到了对5G网络的主宰,不论是“战争”还是“竞赛”,这场关于5G的较量已经开启,谁会最终拔得头筹,下面从各个角度来分析。

频段

移动通信中以无线电波为媒介进行信息的传输,一定频率范围无线电波的组合就形成了无线电频谱,无线电频谱是基础性的通信资源。这里“频谱”也就是无线信道,是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻,对于无线电波而言,从发送端传送到接收端之间并没有一个有形的连接。一段特定的频谱限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,形成一个频率通带。

我们知道频率越低,覆盖能力越强,穿透能力越好,但低于3GHz的部分已经在之前的2G/3G/4G网络中使用,因此,目前3.5GHz是5G应用的主流。同时,3GPP也划定了其它可用的频段,以便于灵活部署。我们通常说的毫米波属于高频,穿透能力较弱,但带宽十分充足,且没有什么干扰源,频谱干净,未来的应用也十分广泛。

国内频谱是由工信部直接划拨的,据人民邮电报报道,三大运营商已经获得全国范围5G中低频段试验频率使用许可,其中中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽;中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz共260MHz频段,其中的2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段,2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE(4G)频段;中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽。

美国频谱都是通过拍卖获得的,黄金频率堪称天价,截止2019年1月21日,Verizon拥有全美76%的28GHz频谱,覆盖2.58亿次pop,这要归功于它在2017年完成的XO Communications的收购。T-Mobile通过2013年收购MetroPCS获得了28 GHz的频谱许可证,覆盖了1亿pop,占纽约28GHz商用频段的20%左右。AT&T可能会与Verizon就DISH频谱展开竞购战,或考虑游说联邦通信委员会开启新的sub 6-GHz 5G频谱(可能是2.5 GHz,3.5 GHz,4 GHz或6 GHz)。Sprint在2.5 GHz频段内拥有100 MHz带宽,可支持5G部署,用户下行链路速度可提供1Gbps服务。

目前美国24 GHz频段的拍卖尚未开始,美国联邦通信委员会(FCC)计划在2019年晚些时候拍卖37 GHz,39 GHz和47 GHz频段。此外,FCC还计划到2020年在26和42 GHz频段内释放另外2.75千兆赫的5G频段。

编码

虽然在3G、4G时代,中国已经主导了TD-SCDMA和TD-LTE标准,但是在编码上还是没有发言权,3G、4G的信道编码依旧采用Turbo码。在5G的标准中,世界各大阵营就信道编码标准展开了激烈竞争,以法国为代表的欧洲阵营支持Turbo,以美国为代表的阵营支持LDPC,中国也推出了Polar。最后的结果Turbo完全出局,LDPC成为数据信道编码,中国华为主导的Polar成为控制信道编码。这是中国在信道编码领域首次突破,也为中国在5G标准中拥有更多话语权奠定了基础。

从这个角度看,中国在一定程度上可以说是领先世界。当然,我们也要明白,所谓领先世界,并不是永久超越,也不是各国都会采用中国主导的技术。毕竟5G标准是国际标准,世界各国都有发言权。

专利

许多移动通信企业,包括通信设备制造商,芯片制造商和通信运营商,为实现5G的愿景贡献了数千项不可或缺的专利。根据最近在ETSI官方网站上搜索的结果,到2018年6月14日,包括华为,爱立信,三星,夏普和英特尔在内的10家企业已宣布5,401个系列的5G标准专利。

5G NR领域申报的标准专利累计数量已达到5,124(见表1)。根据申报的5G标准专利持有人,拥有1000多个5G NR标准专利是:华为,爱立信和三星,其中华为排名第一,拥有1481项申报专利(28.90%),爱立信排名第二1134项申报专利(22.13%),三星申请专利的数量为1038项(20.26%)排名第三。

表一

在5G新核心网领域(见表2),目前仅有三家企业(华为,LG和ETRI)共拥有277个标准专利,其中华为排名第一,拥有214项申报专利(77.26%),LG排名第二,拥有49项(17.69%),ETRI排名第三,拥有14项(5.05%)

表二

从上面的的数据上,华为在专利貌似处于领先地位。但是高通则在基带和控制上的专利优势比较明显,它拥有垄断性专利优势的CDMA,而CDMA在5G中又颇有影响力。在5G专利拥有数量方面,高通占据15%的专利,三星拥有13%,诺基亚也坐拥11%,爱立信拥有8%,而以华为、中兴等为代表的国产厂商,合计获得了全球5G基础专利数量超过20%。虽有20%的数据,但5G的专利分为必要标准专利和非必要专利,高通手握的15%的专利很多都是必要标准专利,而华为等中国厂商手握的20%的专利很多都是非必要专利。非必要专利即意味着在实现组网时,是可以绕过的,不一定要使用。

高通由于“必要标准专利”,它也制定了一些5G专利费标准。完全使用高通移动网络核心专利:单模5G手机收取手机整机售价的2.275%,多模5G手机(3G/4G/5G)收取3.25%;非完全使用高通移动网络专利:单模5G手机收取4%,多模5G手机收取5%。这样来算,目前国内手机厂商大部份都要交5%的“高通税”,预计将超过30亿美元。

5G基带芯片

随着3GPP完成了初步的5G规格制定,芯片商正紧锣密鼓地部署5G基带芯片。近期,三星,高通、英特尔、联发科等芯片厂商都已先后发布5G基带芯片。

联发科
联发科最新公布的首款5G基带芯片Helio M70将于2019年出货,Helio M70基带支持5G NR,5Gbps的下行速率,符合3GPP Release 15独立组网规范,Helio M70基带基于台积电7纳米工艺打造,在发热控制上有不错的提升,支持独立(SA)和非独立(NSA)网络架构,支持Sub-6GHz频段、高功率终端(HPUE)及其他5G关键技术。另外,联发科技的5G解决方案也将支持毫米波频段,满足不同运营商的需求。

高通
2016年10月高通率先公布5G基带芯片Snapdragon X50,采用28纳米工艺制程,最快下行速率可达5gbps。在解决毫米波的移动性方面,骁龙X50 5G调制解调器采用多阵元天线阵列,而不是有限的几根天线(如4G)。这些天线使用波束成形和波束追踪技术,将毫米波的移动性和覆盖扩展到非视距范围,从而实现智能协同。2019年1月,高通宣称其Snapdragon X50将在2019年成为30多个5G设备的核心。

Intel
英特尔将自己定位为“端到端”5G解决方案提供商。2017年11月,英特尔发布5G调制解调器XMM8060系列产品,英特尔的5G基带芯片是XMM 8060,支持最新的5G NR新空口协议,向下兼容2G/3G/4G,包括CDMA。在网络频段上,XMM 8060既支持28GHz(高通称之为mmWave毫米波),又整合了华为、诺基亚主推的Sub-6GHz(国内主推的方案)。其下一代5G基带芯片XMM 8160也已发布,支持独立(SA)和非独立(NSA)组网,并且兼容4g/3g/2g网络,最快下行速率可达6gbps,不过Intel的XMM 8160要到2019年底才能量产,据称苹果计划在2020款iPhone中采用。2019年1月,Intel在CES上谈到即将推出的一款名为Snow Ridge的芯片,该芯片专为“5G无线接入和边缘计算而开发”。

三星
三星的5G基带芯片Exynos 5100,采用十纳米工艺制程,三星宣称是首款符合5g标准R15规范的基带产品,支持Sub 6GHz中低频,以及28GHz mmWave高频毫米波,向下兼容2g/3g/4g网络,低频下行速率可达2gbps,高频下行速率可达6gbps,4g网络的下行速率可达1.6gbps。三星这款自主研发的5G基带芯片,不仅可以使用在智能手机、云计算上,还能应用在物联网、超高分辨率视频、实时AI及自动驾驶等领域。

紫光展锐
1月29日,紫光展锐称将于2019年推出两款5G芯片,不缺席5G时代,目前已有一款5G芯片开始流片,采用12纳米的技术,紫光展锐还宣称同年年底可推出8核5G芯片手机。目前英特尔与紫光展锐已达成了战略合作,双方将面向中国市场开发搭载英特尔5G调制解调器XMM8060的全新5G智能手机芯片平台。

华为
2018年2月25日华为公布了其首款5G基带芯片,巴龙5G01,符合5G标准R15规范,支持Sub 6GHz中低频,以及28GHz高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络,华为的巴龙5G01并非针对手机开发,主要应用在小型网络终端产品上。

1月24日,华为在北京举办的5G发布会暨2019世界移动大会预沟通会上宣布推出全球首款专为5G基站设计的核心芯片 - 华为天罡,其计算能力是上一代芯片能力的2.5倍;搭载最新的算法及Beamforming(波束赋形),单芯片可控制高达业界最高64路通道;支持200 MHz的超高频谱宽带;该芯片还对有源天线单元(AAU)进行了一系列改进,实现基站尺寸缩小了50%,重量减轻了23%,功耗降低了21%;由于该芯片,部署5G基站的时间比部署4G基站短50%。

当天,华为还宣布推出5G商用芯片巴龙 5000以及华为5G CPE Pro,巴龙 5000体积小、集成度高,能在单芯片内实现2G、3G、4G和5G多种网络制式。巴龙 5000正式解锁了5G时代,除智能手机外还支持多种丰富的产品形态,包括家庭宽带终端、车载终端和5G模组等。华为5G CPE Pro采用巴龙 5000技术,使用户能够更自由地接入网络。

5G实践

从频段的划分、编码的选择到专利的申请和芯片的研发,各大玩家为5G似乎做足了准备。那5G的部署状况如何呢?

2018年12月AT&T首个5G网速测试曝光来自Reddit上的一篇文章显示,这款5G设备的网速测试结果为194.88Mbps—似乎令人印象深刻,然而当该名用户在相同位置上使用AT&T的4G网络时也获得了187.44Mbps的网速。由此可见,AT&T的5G质量并不是特别高。

17年4月,AT&T宣布在全美推出“ 5G Evolution ”网络,其实就是4G LTE网络的升级版,是个假5G。2018年12月21日AT&T宣布在美国十几个城市正式商用5G移动服务,这个才是个真5G,AT&T把真5G叫“5G+”。

2019年1月,在经历“假5G”的事件后,该公司正在与诺基亚合作,加速在无线接入网络(RAN)中部署开源软件,并表示将共同为支持5G的O-RAN联盟贡献代码。

AT&T提供5G移动服务的方式是使用一款名为NightHawk 5G移动热点路由器的设备。这与Wi-Fi路由器工作方式非常相似。连接到它,可以快速访问Internet。不同的是外出时工作时,也可以使用这款Nighthawk 5G路由器。

Verizon是最早商用5G服务的运营商。早在2018年10月1日,Verizon就宣布在美国4个城市推出5G Home服务。Verizon手中还握有大量的毫米波频段,他们正计划将载波带宽升级到600MHz和800MHz,这样一来,其单个5G Home基站的峰值速率将成倍提升,也可同时服务更多家庭。此外,Verizon Wireless也有一个5G设备,但他们还没有移动解决方案,装备不灵活。今年Verizon工程师在实时5G网络上使用了Multi-Access Edge Compute(MEC)设备和MEC平台软件,将网络延迟降低了一半。

值得一提的是,Verizon在2018年10月1日商用的5G Home服务并非基于3GPP技术标准,因此,从2019年开始,Verizon计划将已安装的5G Home基站升级到支持3GPP标准。

在MWC上海会议期间,三大运营商都发布了各自的5G白皮书。中国移动的白皮书针对垂直行业,重点介绍了五大类5G智能电网典型应用场景的现状及未来通信需求。根据中国电信白皮书,它将采用首创的5G“三朵云”目标网络架构和SA(独立组网)方案,同时宣布4G和5G网络将在较长时间里并行协同 。中国联通举行了5G及网络转型发布会、中国联通网络转型研讨会等,并与腾讯、百度、中国科学院和其他公司启动联合实验室或合作伙伴计划,打造5G产业合作新生态。

2018年10月,IMT-2020(5G)推进组正式公布了中国5G技术研发试验的第三阶段测试结果,五大系统级设备商都参与了国内5G网络测试与搭建。

华为在NSA核心网、3.5GHz、4.9GHz、IoDT、R16测试中华为全部测试完毕,中国信科集团和中兴均全部完成了非独立组网3.5/4.9GHz频段测试内容,爱立信仅完成了非独立组网和3.5GHz频段测试内容,诺基亚则是在NSA外场组网上测试还未完成。三星仅在3.5GHz的射频完成了小规模测试。

2019年伊始全球首个5G手机电话打通,广东联通在深圳携手中兴通讯首次进行了5G外场规模测试,打通了全球第一个基于3GPP最新协议版本的5G手机外场通话(FirstCall),同时在电话功能外,还率先在5G网络下畅享了微信、视频等应用的使用情况。

2019年1月20日,中国电信率先通过5G网络实现实时4K高清直播和视频内容回传,用于2019年央视春晚深圳分会场。经现场测试,通过5G网络从摄像机视频源回传到转播车的视频画面稳定度高,端到端时延平均低于40毫秒,全程流畅无卡顿、无中断。

结语

综上所述,其实可以说中美在5G方面是同步发展的。不过我们还是得承认,对于专利和质量方面和美国的相关企业相比还有着许多的差距。到底谁能在5G竞赛中先到达终点,还是看各家以后的发展吧!

参考

1.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1619169380190949819&wfr=spider&for=pc
2.https://www.rcrwireless.com/20190124/analyst-angle/5g-spectrum-strategies-analyst-angle
3.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1613815365476743803&wfr=spider&for=pc
4.http://m.elecfans.com/article/737388.html
5.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1607296027875989226&wfr=spider&for=pc
6.https://mp.weixin.qq.com/s/ma1qS49BP5gGo_bMKBUz_w
7.http://www.chinaipmagazine.com/en/journal-show.asp?id=1557


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SDNLAB君 发表于19-02-01
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