5G：新基建的第一根樁

李軍

橫掃全球的新冠肺炎疫情，讓中國經濟發展面臨巨大挑戰。挑戰背后隱藏著中國全面向數字化社會遷移的機遇。

在過去的20年里，政府通過大量“鐵公基”投資已經完成了很多社會基礎設施的建設。未來投資拉動應該以何種方式進行？答案是新基建。

傳統的基建是指為社會生產和居民生活提供公共服務的工程設施，如高鐵、公路、地鐵等等。這些看得見摸得著的基建項目往往就在身邊，是提高社會經濟活動的公共服務效率，進而促進社會經濟發展的物理設施。

而新基建則是以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系。這些基礎設施往往看不見摸不著，用于支撐和提高數字經濟的運行效率，降低數字經濟的運行成本，最終為全面服務數字經濟而存在。

今年4月，發改委給出了新基建的七大領域，它們分別是：5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網。

需要指出的是，這七大領域中5G的地位最為特殊，因為它是其他六大領域建設的先行基礎，未來還將為六大領域的運營提供堅實的支撐。可以說，5G基建是新基建打下的第一根樁。

5G的三大特點意味著什么

談到5G基建引領和保障整個新基建，就需要重溫5G的三大核心特點：高速率、低時延和大連接。

5G的第一個特點是高速率。真實的網絡應用環境下5G的下載速率大約在300-600Mbps，約為4G下載速率的2倍-4倍。如果在網絡和終端側同時應用載波聚合技術的話，下載速率還可以成倍增長。

高速率是5G給數字社會帶來最直觀的效率提升。一個常見的說法是，2G開啟了txt（文本）的時代，3G開啟了 jpg（圖片）的時代，4G開啟了avi（視頻）的時代。那5G會開啟什么時代呢？我認為5G將開啟高清（HD）視頻、虛擬現實（VR）和沉浸式體驗（AR）的時代。

4G雖然已經可以支持視頻流的傳輸，但它在現實環境中20-30Mbps的傳輸速率成為嚴重制約高質量數據傳遞的瓶頸，不論是人機交互的高清視頻需求，還是人工智能應用的圖像識別與海量數據采集，都需要大帶寬支撐下的高速率數據傳輸。

5G的第二個特點是低時延。5G可以把通信時延降低到1毫秒以下，而目前4G環境下的時延通常都在20毫秒以上。

百度CEO李彥宏在2012年給員工的公開信中提到了這樣一個段子，“我聽說恐龍腳上踩到一個瓢，幾個小時以后它的腦子才能夠反應過來，這樣不論它長到多大，都會滅絕。”這個段子的背后，體現了低時延的重要性。

圖1： 工業4.0特定領域的5G IoT銷售規模預測

單位：百萬美元。資料來源：《5G時代：先進電子和工業公司的新前景》，2020年2月，麥肯錫。制圖：于宗文

圖2：5G行業應用領域評估

資料來源：《阿里巴巴新基建洞察之5G智能經濟應用場景》白皮書

同樣的道理也在基于車聯網的自動駕駛應用場景下出現。一輛時速120公里的汽車，每秒鐘移動近33米。在4G網絡30毫秒級別的響應速度下，信息傳遞的同時汽車也會有近1米的移動。如果想把AI和物聯網應用在高速移動或者快速響應的場景中，毫秒級的低時延是必不可少的技術保證。

5G的第三個特點是大連接。大連接提供的是海量低功耗、低帶寬的智能設備接入能力。5G可以讓單個基站支持數萬個終端同時接入。

傳統移動通信網絡需要連接的終端是非常有限的。平均每個人、每個中大型設備往往只會有一兩個終端需要接入。但是在全面數字化的物理世界中，每一個對象/實體都將會獨立接入到互聯網中，形成自己的數字化鏡像，即數字孿生（Digital Twin）。

“數字孿生”，是借助物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，在虛擬空間中構建物理空間的實體映射，從而反映相對應的實體對象的全生命周期過程。數字孿生最早屬于工業4.0的范疇，但隨著數字化轉型在各行業全面展開，這個術語也逐漸在其他領域被開始使用。

可以想象，數字孿生是數字化全面應用時的重大挑戰。如果你的每一支筆、每一本書、每一件衣服都要被連接，如果商店里出售的每一個商品、工廠里加工的每一個部件、使用的每一個工具都要在數字化世界中被映射和重構，那么未來的5G網絡將面臨什么樣的連接壓力？可以說，大連接能力是構建數字化世界的基礎保證。

截至目前，5G有關大連接（mMTC）的標準（R16版本）還沒有最終確定。但毫無疑問的是，這一部分的特性是實現“萬物互聯”最重要的技術標準。

5G對其他新基建領域的支撐

需要強調的是，5G基建在整個新型基礎設施建設體系中應該先行，因為它是新基建其他六大領域的前提和保障。這是通信產業作為信息社會基礎產業的特性所決定的。我們可以從連接、控制、應用三個方面了解5G基建對于其他六大領域的支撐作用。

先說連接。互聯網的基本形式就是連接，連接方式分為有線和無線兩種。傳統互聯網的核心是有線網，而移動通信技術的發展為互聯網變身為移動互聯網創造了技術條件。

在5G通訊協議里，包含數據連接的多種模式滿足多重業務需求要求，從高功耗高速率，到低功耗低速率，再到低延時、虛擬網絡等，5G在以前單一的信息高速公路基礎上衍生出復雜的信息全通路。這就好像物流可以按照公路、鐵路、航運、空運的特點，根據不同尺寸、不同數量、不同實效、不同成本要求的貨運需求選擇不同的運送方式。

在海量設備多樣化接入方面，工業互聯網的多設備多組件接入，人工智能的海量數據采集，智能電網的野外設備監控與巡檢，新能源交通的車聯網與野外監控等都有大量的要求需要5G網絡支撐。

根據麥肯錫在5G物聯網領域應用設備的預測，2022年之前，供應鏈是物聯網設備最集中的領域。從2023年開始，制造業物聯網設備將呈現井噴式發展。一直到2030年，工業物聯網將成為5G工業應用的主戰場。

也就是說，如果希望工業互聯網和相關的人工智能領域快速發展，5G基建先行是必然的要求。

再來說說控制。人工智能應用的三要素是數據+算法+算力。其中數據是人工智能應用最重要的“消耗品”。建模需要海量數據完成，應用同樣需要海量數據支撐。成熟的AI應用瓶頸通常是在數據方面。

大連接，保證海量設備被連接并提供數據。高速率，確保單個設備的豐富數據被采集和上傳。低延時，保證在變化中管理系統可以提供快速響應。三者配合在一起，就形成對數據完整的控制閉環。

此時需要提到另一個重要概念：“邊緣計算”（Edge computing）。邊緣計算的基本思想是通過存儲/訪問數據并在網絡邊緣附近執行高響應要求的處理任務。也就是說，離最終用戶和設備更近的網絡擁塞和等待時間大大減少。

Gartner預測，到2022年，超過一半的企業生成數據將在數據中心之外創建和處理。到2025年，邊緣計算將分析處理約75%的新增數據。邊緣計算是數字化轉型的必經之路。

邊緣計算是對云計算的補充，而不是與云計算競爭。邊緣計算的好處是可以從本地（可能是網絡網關，也有可能是用戶場所或邊緣設備）快速得到響應。對于云計算來說，響應速度有時候是不可控的，而邊緣計算則可以利用5G的低時延特性得到快速的響應速度。

雖然在4G時代邊緣計算已經可以用于實際的生產環境，但結合5G進行優化的高吞吐量和低延遲將徹底改變邊緣計算的運行平臺，讓其真正成為滿足毫秒級響應要求的生產系統。

以“云游戲”為例，目前主流的游戲軟件大小通常都是以GB為單位，顯示的內容動輒高清甚至4K，響應速度要求一般都是毫秒級。如果主要的渲染計算和交互通信要在云計算平臺完成，那幾乎是不可能完成的任務。

目前主流的做法都是將渲染計算放在云端邊緣，結果壓縮后通過網絡傳給用戶，用戶終端只需要完成解壓和少量渲染重現就可以得到良好的用戶體驗。基于5G的邊緣計算可以實現10毫秒以內的玩家交互時延，未來甚至可以支持基于VR/AR的無線協作。

同樣的情況也會出現在車聯網領域。在某個街區范圍內的智能車輛和交通監控管理設備會通過邊緣計算完成交通調度和信號控制，并防止潛在的交通風險發生。這些邊緣計算功能都有賴于5G標準中的網絡切片功能支撐，并進一步可以細分為高清視頻切片、智能手機切片、海量物聯網切片和關鍵性任務物聯網切片等多種類型。

依靠5G和邊緣計算，AI應用系統可以預制模型的方式快速部署到移動互聯網的各個角落，快速采集和傳輸海量數據完成模型的進一步訓練和校驗，并最終完成部署上線，成為邊緣計算的新服務。

所以IBM“5G的未來”白皮書中就把5G、AI和邊緣計算列為推動數字化轉型最重要的三個技術驅動因素。沒有5G就沒有移動互聯網的邊緣計算，AI也只能被限定在非常單一的應用場景內，不得不預先完成海量的數據采集和積累后才會成為可配置的應用。

我們再來說說應用。目前看來，只要是有移動互聯網需求的新基建內容都會和5G相關，其中一部分應用類型更是嚴重依賴于5G網絡的基礎能力。在6月初阿里集團剛剛發布的《阿里巴巴新基建洞察之5G智能經濟應用場景》白皮書中，給出了新基建領域各個行業應用和5G的相關度。

可以看到，智能電網、超高清視頻、虛擬現實/增強現實（VR/AR）、工業互聯網和智慧醫療與5G的相關度非常高。

除此以外，我個人認為，車聯網、無人機和機器人行業應用與5G的相關度在這個圖中是被低估了。因為這三種應用的移動需求都非常突出，尤其是車聯網和無人機。

車聯網被廣泛認為是物聯網在垂直行業的首要切入領域。5G的技術標準中甚至專門細分了單獨的車聯網標準，包括互聯網與車、車與車、車與交通基礎架構三部分。

另一個被顯著低估的就是5G對商用無人機應用的影響。隨著無人機飛控系統的成熟和標準化，未來商用無人機操縱將從手工目視操縱轉變為AI系統操縱，商用無人機操縱員需要完成的是更加簡單的任務下發和執行監視。借助5G網絡的快速響應和海量數據傳輸，AI系統可以完成目標判別、路線選擇、隨動操縱等底層操縱，乃至進一步完成編組配合等復雜協同操作進程。這些都是擴展商用無人機應用模式的重要支撐。

5G是數字化世界的加速器

數字化世界的終極目標就是構建物理世界的“鏡像”。而物理世界的實體、物流、生產、制造等各個環節都將在數字化世界構建對應的數字化對象。編織這個數字化之網的骨干就是5G網絡。

在4G及之前，數字化世界主要是由固定網絡支撐起來的。固定網的接入點就是數字化世界的邊界。邊界之外是茫茫黑域。偶爾有個別移動設備可以接入，也宛如寥寥的星星。通過低速連接我們可以知道它的存在，采集少量數據，但這個設備豐富完整的數據在低速窄帶的接入條件下是無法全面獲取的。

5G將打破邊界，真正讓現實世界中的一草一木可以在數字化世界中構建自己的數字化影像。目前的數字化世界還只是數字化孤島。

每個行業、每個組織在自己機構內部推進數字化進程，構建數字化實體，但在整體上仍然是支離破碎的，無法構成一個完整的拼圖。

新冠肺炎疫情的倒逼為連接數字化孤島，整合和提煉數據中的財富提供了良好的契機。政府在各個機構與企業中穿針引線，完成了數字化系統的集成與整合，并形成跨地域、跨組織的數字化應用，比如我們熟悉的“健康碼”。

5G網絡將成為全社會的數字紐帶，通過提供訪問、整合以及將不同/分散數據轉換為知識和洞察的能力來輔助決策制定者。

這個數字紐帶是一個彈性的，廣泛連接的，智能和快速響應的信息流框架，為在正確的時間，將正確的信息，傳遞到正確的地方，提供了條件，使得整個數字化世界的各個節點能夠打破空間及拓撲結構進行關鍵數據的多向同步和溝通。

100年前，倫敦向世界輸出了地鐵，巴黎輸出了下水道，紐約輸出了電網。新型信息基礎設施建設下，5G網絡和架構其上的數字化應用，將成為中國奉獻給全世界的數字化世界的樣板和典范。