张弛：5G+北斗，社会变革的下一个风口︱大家
张弛
新华社瞭望智库特约科技观察员
5G技术与新产业
自从人类有文明史以来，通信就是在人和人之间进行的。当5G出现之后，通信的主体由人变成了物，这是5G的革命性进步。人和人之间的通信依靠语言，对话有100毫秒的延迟是感觉不出来的；4G时代手机到基站间的延迟是几十毫秒，这对于远程操作，比如远程驾驶、远程手术等来说是很长的；而5G带来了更高的流量密度、连接密度以及更短的时延。
2018年12月6日中国5G预商用，2019年6月6日开始正式商用。站在运营商的立场上来说，更新换代的背后是高成本，他们并没有太大的动力。但5G是国家战略，关系到国家安全和国际地位。如今，中美正在进行5G主导权的激烈争夺，谁先抢占市场谁将会更有优势。
为了提高传播速度，5G的关键是要提高带宽；为了提高带宽，核心办法就是提高频率。频率的提高代表着波长的降低，其透射、折射、散射特性都会变差。与4G基站相比，5G基站有三个劣势：
都说5G改变社会，但这并不是5G本身能够做到的，更多的是构建在5G基础之上的五大新科技，5G是这些新技术改变社会的基础。
人工智能已诞生约70年，但是却一直没有发展起来，5G将是其大展宏图的基础和契机。
5G首先会改变人类社会关系，那么下一步，人工智能（AI）就会改变人类本身；而没有5G，AI就是搁浅的船。
基于5G的AI首先会改变人类的职务结构，简单说，低智慧、经验型、无感情交流的工作将来会被人工智能所取代，这样将面临大量底层员工失业问题。但华为的创始人兼总裁任正非说：“失业不怕，社会总财富增加就是积极的。”如随着5G的发展会产生新的职业，就像今天利用各种视频软件也能赚钱。
如今，物联网产业已进入大规模发展阶段，低功率广域网络（LPWAN）技术是专为低带宽、低功率、远距离和大量连接的物联网应用而设计的，市场已形成窄带物联网（NB-IoT）和Lora无线技术（Semtech公司创建的低功耗局域网无线标准）两大技术阵营。
无论是运营商还是政府，都在大力推进需要通过基站接入的NB-IoT技术，中国有700万个基站，占世界的70%，这是NB-IoT应用的巨大优势资源。
◆◆云计算◆◆
在2010年的深圳IT高峰论坛上，大家问李彦宏和马化腾关于对云计算的看法，李彦宏说云计算其实是“旧瓶装新酒”，马化腾认为云计算有可能实现，但是要在几百年以后。但是台下第一排有个人对云计算充满信心，那个人就是马云。
当时的主流观点是与李彦宏和马化腾的观点相似的，因为云计算对服务器的依赖过大，集中需求难以处理。
但是马云作为一个非专业人士，他通过服务器池改变了云计算，简单来说就是构造一个云，包括十万个以上的服务器，里面不可避免每天会坏几个，坏掉的服务器加个标签就可以退出服务器列，但并不会影响整体性能。就好比将游泳池的水抽出一部分，还会有其他水的流入一样。云计算的奥秘就是虚拟、动态、粒计算。
以前做数据统计的第一步就是抽样，现在科技发展到我们可以做很大数据量的调查，因此大数据的第一个优势就是我们不再需要抽样，由抽样引起的统计偏差就消除了。大数据如今正在为各行各业增加很多利润，比如中国的滴滴已经通过大数据收获了财富。
在4G时代，掌握客户就是掌握财富；而在5G时代，掌握数据才是掌握财富。大数据的重要意义就在于消除不确定性，实现资源的精准配置。
边缘分布式运算具有实时、高效、安全的特点。其类似于我们买空调时，全国各大城市都会有一个存储空调的分仓，从距离客户最近的分仓发货就能提高效率。
边缘分布式运算实际上就是分仓，能够让远在西藏的用户很快就能下载到想要的资料，时效性得以提高。也可以把网络想象成一片云，用户分布在地面，想登云就必须通过雾，这个“雾”就是边缘分布式运算。
在边缘分布式运算中接入网络切片，本质就是按照功能性或需求特性将5G网络在逻辑层面上划分为不同类型的虚拟网络，从而应对复杂多变的应用场景。比如自动驾驶切片强调时延，视频下载切片强调带宽，这样可以极大地简化调度。
北斗的前世今生
我国的北斗一代源于1991年的海湾战争，美国的GPS导弹震惊世界，决策层深刻意识到以后没有导航定位系统无法打仗，于是在1995年前后制定了相应的政策。
2000年，美国的卫星系统已经有了30颗卫星，位于运动中轨道；我国的北斗一代只有2颗，而且位于很高的静止赤道轨道。而轨道越高，定位精度越差，但因祸得福的是，静止轨道具有天然的通信能力，因此“北斗一代”具有双重功能：既能通信又能定位。不过，事实上这两种性能都比较差。
当时欧洲也正在实施伽利略工程，他们的优势是技术领先，但是缺少资金。中国与欧洲一拍即合，中国加入了伽利略计划。
中国向伽利略计划投资了2亿欧元，可根据比例获取相应收益；同时中国在整个系统的开发运作过程中可以提升技术，学习市场开发的经验，为开发独立的卫星导航系统打下良好的基础。
随后印度和日本也加入了伽利略计划，由于他们投入资金少，但享受同样的战略资源，最后中国退出了伽利略计划，开始了北斗二代的研究。
因为卫星轨道和空间频率是人类共享的资源，遵循先占先得的原则，因此只要轨道和频率没有被占用就可以申请。当时欧洲和中国有些卫星的频率是重合的，并且都得到了批准，谁先发射谁就将占用这些频率。
2007年，中国的北斗二代第一颗卫星上天了，并且一年发射了好几颗。北斗二代的快节奏给欧洲带来了紧迫感，中国也继续按照自己的既定节奏发射卫星。
我国首先将北斗二号运用在渔业上，其双向短信功能在搜救中得到了完美应用：渔船遇到险情后一键求救，终端会自动把附带着定位信息的求救短信通过卫星发送给岸上的救援队，短信最多可编辑140个字，每条仅需0. 3元，实现了卫星导航+海事卫星电话的功能。
按照原计划，我国应在2020年发射55颗卫星，到目前我们还没完成这个目标。因为在北斗二代卫星的建设过程中我们突然发现两个问题：
▶一是用的铷原子钟是美国进口的，一旦美国制裁，我们就会失去主动权；
▶二是我们缺乏海外基地，地球背面卫星的导控是个难题。
于是，我国在北斗二代卫星的基础上做出了两项重大调整：
▶ 一是用我们自主研制的氢原子钟代替了国外进口的铷原子钟，精度是原来的10倍；
▶ 二是增加了星际链路功能，我们只需要把导控信息发射到一颗卫星，就可以在35颗卫星中互相转发，形成对所有卫星的导控。
2017年11月5号，我国发射了第一颗北斗三代卫星，可距离2020年只剩下短短不到三年的时间了，全部换成三代卫星，时间来得及吗？
北斗卫星团队的“小宇宙”爆发了，两年时间发射了20多颗。也许，未来全球组网后的北斗系统将是全世界最好的定位导航系统。
中国正在筹划北斗二代的地面基站增强系统，通过在路灯杆、信号塔等地方架设北斗基站设备，与基于天上基站的卫星相互配合，实时通过北斗测量位移，将偏差传送给所有用户，减去偏差用户就能获得精准信息，可以达到“米级”以下的实时定位精度，这将对我们的军事作业产生巨大影响，所以我认为，导航定位的未来在中国。
5G+北斗的革命
5G加上北斗会引发什么样的变革？
近年来驾驶车辆的数量和速度都有所增加，如果我们的感官来不及反应就会发生危险的事情，未来自动驾驶将会是趋势。
虽然特斯拉已经有了比较成熟的自动驾驶技术，但是它是典型的“单车”视角，车上装了很多传感器用来模仿人的眼睛和耳朵，这样的安全性还不够高。
未来基于5G+北斗的无人驾驶将从“上帝视角”带来更高的安全性：智慧的车，聪明的路，强大的网，以及故障导向安全模式。如前方的红绿灯或者路边的传感器可以发送电波指挥驾驶，车和车之间也可以相互交流；同时采用了“故障导向安全”的负逻辑策略，即网络一旦出现故障或意外就会导向安全的结果，如靠边停车或慢速行驶，从而保证驾驶安全。负逻辑是非常重要的解决问题之道。
自动驾驶有两个场景，第一种是在无人的矿山、港口和码头，这类无人自动驾驶现在正在普及之中。例如无人区装沙石的大卡车的司机很贵，一辆车连续运作需要4个司机，年人工花费就需要100万。为了保证安全，司机驾驶限速为15公里/小时，而无人驾驶速度可以高达35公里/小时，并且只需要一个人在大屏幕前监督，而不是操作，这方面的程序已经非常成熟。第二种是载人自动驾驶，这种技术面临很多安全性的问题，预计2030年进入6G时代将会有一个超越，届时载人自动驾驶才能真正进入实验。
北斗三代卫星的精准定位对国计民生有非常大的作用。例如，江苏一个铁路局和铁塔公司合作的“双铁”项目，解决了一个重大的隐患。夜间工人背着20多公斤的工具巡轨，铁路局特别害怕工人把工具落在铁轨上，这可能出现重大事故。于是铁塔公司在每个工具上装了一个北斗精准定位模块和一个物联网模块，可以把它的实时位置上传到云上，每一个工具都是动态显示，如果一个工具离堆马上就会报警，这比人工检查可靠得多。
在2019年6月底的上海世界移动大会的华为展厅，展示了这样一个远程操作：河南洛阳的一个矿山上有一个5G基站，矿车和挖掘机里没有人，人在展厅中通过远程操控完成作业（前面的屏幕相当于挖掘机的挡风玻璃），这样挖掘就不需要在严寒酷热的环境下工作了。4G时延高，看到的东西是两秒前的，无法满足这一应用的安全实现，而5G就可以实现这样的场景。
现在已经有了5G+北斗的设备产品，当拖拉机顶上安装了这样的设备，拖拉机就可以实现自动驾驶，机械操作比人精准得多。
坦克可以实现1+N操作，将来数辆坦克可能只有一辆由人来操控，其他都可以通过5G+北斗技术进行管理。
未来展望
未来的6G会怎么样？5G网络还没使用上，就开始研发6G网络了？没错，现在就要开始前瞻布局进行研究了！
最近国际电信联盟（ITU）召开了“网络2030”研讨会，焦点组主席做了压轴发言，初步确立了6G的三大场景，分别是极大容量与极小距离通信、超越“尽力而为”、融合异构网络。
6G时代的VR不需要戴头盔和眼镜，极大容量能支持裸眼3D成像，如舞台上您能很真实地看到邓丽君在演唱。现在的网络资源是共享的，使用Wi-Fi的人一多网速就会变慢，这就是“尽力而为”。“尽力而为”在日常使用可以，但是在工业控制上这就是“噩梦”。
6G网络的速度几乎能达到1Tb/s，在人工智能和大数据的管理下，将能提供带宽、接入量和时延的指标保障，这就是超越“尽力而为”。6G之后，运营商网络和卫星网络等可以全面融合一体化。
美国目前已经废除了运营商中立政策，要大力发展5G，因为5G代表国家战略和未来科技的制高点。工业革命落后，我们长期追赶；现在我们正面临信息之战，信息革命是一场国运之战，中国必须在这场战争中取得胜利！
-本文选自《世界科学》杂志2020年1期“大家”栏目
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