中国工程院院士张平：发展5G新基建需要进行顶层设计
8月14日，由中国电子信息博览会组委会主办，中国电子器材有限公司、深圳市平板显示行业协会、中国电子报社承办的第八届中国电子信息博览会开幕论坛在深圳举行。中国工程院院士、北京邮电大学教授张平发表了题为“协同创新发展新基建”的开幕演讲。张平表示，发展5G新基建意义非常重大，这是全球竞争的焦点，我们在发展5G新基建中需要进行顶层设计，对需求、频段和适应性技术统筹考虑。
加大基础研究力度 推动新基建实施
“新基建”是今年的热门词。张平说，全球经过了三次工业革命，目前正在进行第四次工业革命，第四次工业革命的核心是基于信息物理融合系统实现，主要由5G、人工智能等新一代信息技术构成，也可以称之为“互联网+”时代下，与信息业融合的制造业。
党中央对此也早有部署，ICT技术与实体经济融合是国家创新发展的必由之路，也是我们的战略。习近平总书记在党的十九大报告中指出，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。目前也采取了很多措施进行推动，这些措施中一个关键词就是“加快”。今年6月份，中央全面深化改革委员会上强调：加快推进新一代信息技术和制造业融合发展。张平说，它意义非常大，需要我们以长远的发展思路进行系统性建设，数字经济和实体经济实现融合发展。
在今年4月份国家发改委的报告中，将新基建归成三个类别：第一类信息基础设施，包括在通信网络上发展5G、物联网、工业互联网、卫星互联网，在新技术上发展人工智能、云计算、区块链，在算力上发展智能计算中心、数据中心；第二类是融合基础设施，推动行业转型，支撑传统基础设施转型；第三类是创新基础设施，发展能够支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施。
张平说，在创新方面，我们国家在国家实验室和新的基础创新上有大的部署，国家实验室实际上就是针对基础研究来做创新，这是新科技发展的“第一公里”；目前整体发展是在靠近应用的“最后一公里”做得比较好，这实际上是一个倒三角。
“从今天我们所做的部署和整个产业的努力方向来看，在经过5到10年的努力后，我觉得非常有信心真正做成应用基础和应用协同发展方式，而且可以通过‘新基建’来推动实现。”张平说。
新基建面临差异化挑战 5G服务行业要重实效
同时，新基建也面临挑战，主要体现为大、异、碎、散。
“大”是指连接大规模，到2025年将新增10亿个工业物联网连接；“异”是指服务差异化需求多，我国是全世界制造业里面行业最齐全的，基本上别人有我们都有，希望通过ICT把需求各异的企业融合起来，确实是很难的事情；“碎”是指多种网络资源的碎片化分布；“散”是威胁分散化，传输网络安全边界被打破，不同物理位置和网络层级的设备联网后产生会更多攻击点。特别是这些因素与生产结合起来，威胁就更大了。
5G主要提供三大场景的能力，包括大带宽的、海量机器通信的，还有工业上可用的高可靠低时延的场景。从5G能力来讲，关键是5G频谱的利用率得到了提高。从技术上看，5G网络在空口技术和网络架构上都有很大进步，空口技术上出现了大规模天线阵列、超密集组网、新型多址接入、全频谱接入等，网络架构上，引入了边缘计算、按需提供网络功能、云化基础设施和网络切片。
这是5G网络能够提供的能力，但它用在各个垂直行业中仍然要解决行业的差异化需求。例如在通信需求上，一是速率差异大，每路视频速率达到百兆bps，但巡检数据只有Kbps，控制信号的速率更低；二是时延动态大，实时处理的图像、视频信号是小于100毫秒的；控制时延要求小于10毫秒，授时的时延则要小于10微秒；三是连接数量大，海量并发连接，大型制造类企业同时连接、在线接入的设备数量可达数十万台；四是可靠要求高，现有控制主要基于有线通信方式，无线的可靠性如何保证，是否需要做到99.99999%？这种差异化表示在对数据的需求上，则体现为对数据的有效性、一致性、安全性的要求。
5G提供的网络服务，对工厂来说一定要足够方便，越简单越好，让企业的成本压力越小越好。各种各样的接入云，要支持把问题在网络的边缘做处理，而不是都传给后台处理，这既增加时延又增加成本。
“新基建”和垂直行业的应用主要有几个方向，一是类似大脑的IT技术；二是运营技术OT，这是工厂企业赖以生存的壁垒技术；三是通信技术，即CT；四是OT技术如何在物理实体中与CT技术结合。现在做的CT技术也是向着满足这种需求的方向来发展。
提高网络开放性和定制能力 充分发挥5G技术优势
5G应用有两个主要的领域，一个是面向信息消费者的5G,这主要依靠规模经济，使用的人越多越赚钱；另一个是面向行业和企业的5G，应用场景特别多，我们国家差不多有900多种，世界上有的我们都有，因此要适应个性化、定制化需求，而且为工厂做服务，要越便宜越好、越解决问题越好，而不是越复杂越好。
所以，从网络来看，就需要网络开放和产品定制相结合。系统开放硬件接口，通过推进产业演进开放接口，支持异厂家设备的互操作；实现硬件通用化+虚拟化，积极并充分利用通用平台，减少对私有平台的依赖，优化整个5G部署的投入产出比，同时基于虚拟化方式构建无线接入网，实现基于大数据的智能无线网络；要向第三方软件开放接口，制定、推进接口及相关API标准化定义，探索开源解决方案。小基站会成为重要节点，小基站的组成部分可以重构，包括芯片重构，软件、硬件重构，解决“缺芯少魂”的现象，而且这对我们来说实现起来并不难。
5G在技术上的创新主点是提高了频谱效率，要提高频谱效率有各种技术，包括空口技术和网络技术。其中一个关键技术就是通过天线技术的提升，我们实现了5G的频谱效率比4G的频率效率提高了3倍。
理论证明，频谱效率的提高与天线数目有直接关系，3G到4G使用了MIMO天线，使频谱效率提高了3倍，从4G到5G，从原来的MIMO发展成大规模MIMO，再次提升了3倍效率。在无线通信中，天线数量变得越来越多。理论证明为实现3倍频谱效率的提升，需要在基站侧增加上百根天线。因此天线逐渐扩展，首先是2D水平扩展，然后创新发展成为3D立体扩展。
今天，中国5G已经在宏观环境、标准专利、市场优势和产业链关键环节上全方位布局，并跻身世界第一梯队。我国预计在Sub 6G频段部署支持混合组网的模式，在实现良好覆盖的同时，有效支持车联网、工业互联网等垂直行业应用。
发展5G新基站意义非常重大，这是全球竞争的焦点。我们在发展5G新基建中需要进行顶层设计，对需求、频段和适应性技术统筹考虑；在5G新基建中，要做生态建设，不仅对国内开放，对不同行业开放，也对全世界开放，在理论、技术、工程、产品方面都贡献我们的力量。