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从纯技术角度解析：5G“军备竞赛”中美实力对比

SDNLAB

发布于 2019-05-07 08:53:06

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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。