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让美国国防部“操心”的华为5G技术是什么

近日,美国国防部国防创新委员会发布了名为《5G生态系统:对美国国防部的风险与机遇》的分析报告(以下简称报告)。报告首先回顾了不同时代移动通信的特征,特别强调了4G对美国的巨大贡献。

“Apple,谷歌,Facebook,亚马逊,Netflix等美国公司以及无数其他公司都建立了利用4G LTE和新手机的新应用和服务,在市场上大获全胜。4G的推出帮助美国无线市场份额增长了70%,行业就业人数增长了80%。”

因此,报告强烈建议,在5G建设阶段,美国一定要抢占先机(First-mover advantage),因为先入者对产业和科技的发展有更大的主导权,特别是面对象中国这样在5G方面很强大的对手。美国祭出中国威胁论的论调也属意料之中,然而更值得注意的是,报告中毫不掩饰的肯定了中国厂商目前在5G发展上的领先地位,尤其是华为5G的优势明显,且不仅是价格方面,而是“在多数情况下,中国设备优于西方竞争对手”。

华为大概也没有想到会获得美国政府部门这样重量级的代言,而且免费!那么华为在5G上到底做了些什么,才能赢得这位“代言人”的青睐?

科技投入大,最多知识产权

早在2009年,即华为首个4G商用那年,华为就已开始投入对5G的研究。时至今日,华为在5G标准上已大幅领先其他厂商,提供了16000多个5G标准体验。并且华为主导了60%+的标准制定和5G众多关键特性的制定。

在2017年底,3GPP 5G的第一个关键版本R15完成标准化的时候,华为就贡献了诸多创新。

一是在5G新空口方面,华为研发的新波形技术F-OFDM(可变子载波带宽的接入波形)获得3GPP的认可,成为全球统一的5G混合新波形技术标准;二是华为提出的新编码应用Polar Code(极化码)作为5G增强型移动宽带场景(eMBB)控制信道的编码方案被3GPP接受。

此外,华为也致力于将自身在5G方面取得的先进经验推动成为业界标准,普惠产业。为使5G应用获取更好的服务质量,华为共同参与推动端到端的网络切片技术;为弥补5G上行覆盖不足,华为力推上下行解耦和3D波束赋型。这些技术华为都已成功运用于实践。

华为在2019贵阳数博会上宣布,华为5G专利全球排名第一,占比达到20%。这些成绩不仅来自与华为在移动通信领域的深厚积累,更是与华为在5G方面的巨大人力物力投入分不开的。华为持续每年以销售额的10-15%资金投入研发,近十年来累计投入研发费用近5000亿,仅2018年研发支出就高达1015亿元,全球企业研发投入排在第五名,比英特尔和苹果公司还要高。

而美国所有企业的5G核心专利的占比不到15%,也许这确实触及了一向标榜掌握核心技术的某国的神经。

研发能力强最全产品系列

有了技术,下一步就是实现产品化这个关键环节。

华为将新波形、新编码、新网络构架等基础性研究融入到生产实践中,自主研发了包括接入网、核心网、承载网、芯片和终端在内的完整的5G产品解决方案。

接入网:华为推出的方案不仅能够涵盖从毫米波到C波段到3G以下全部频段,也涵盖了塔站、杆站以及小站全部站点形态。能在近点或远点,在楼宇覆盖或均匀覆盖等各种场景下,控制小区覆盖,最大化用户体验,

核心网:华为核心网基于全云化架构设计,采用以微服务为中心的软件架构(Microservice-centric Architecture),能够同时支持2G、3G、4G、5G,并实现从NSA(非独立组网)向SA(独立组网)的平滑演进,从而最大化运营商的资产利用率,

承载网:华为推出了多场景、多媒介、多形态的5G承载产品组合。为了满足5G超大容量eMBB业务需要,5G网络需要10GE到站以及50GE/100GE光纤到接入环的传输能力,而在基带集中化部署场景下,集中机房和站点间更是要做到高达100Gbps的传输能力。

芯片和终端:芯片是做好5G产业的关键,在这里就重点提一下这个被美国当做看家宝的东西。其实华为自研无线芯片的历史可以追溯到3G时代,2004年华为发布中国第一个3G ASIC芯片、2008年发布世界第一个HSPA芯片、2012年发布世界第一个多模SDR芯片、2016年发布世界第一个4.5G芯片。通过长期的投入,华为在4G时代实现了竞争力赶超,并在5G时代保持领先,研发了巴龙(多模终端芯片)、天罡(64T64R基站芯片)、Solar 6.0(路由器芯片)等一系列业界顶尖产品。

2018年2月,华为在5G标准冻结的第一时间就发布了巴龙5G01商用芯片以及基于此款芯片的CPE(5G用户终端),支持了全球主流的5G频段,这是全球范围内首款5G商用芯片。2019年初,华为再次发布了巴龙5000芯片,成为世界首款支持2G/3G/4G/5G的多模终端芯片,以及实现了业界标杆的5G下载速率。后续推出的基于此款芯片的Mate X折叠屏5G手机,更是惊艳巴塞罗那了通信展。

可以说在商用准备度上,华为是业界唯一具备5G全系列商用产品的公司,并且早在2018年9月30日就推出3.5GHz 5G NSA端到端商用系统,已经在世界范围内部署。

而且华为还有一个其他厂商没有的优势,就是微波。华为的5G基站到核心网可以使用配套的微波回传技术,建网快,投资低。尤其对于地广人稀且土地私有化的美国,光纤铺设不可能遍及全国各个角落,由基站到核心网高速回传的最佳选择就是微波。华为在微波领域的实力,全球范围内无出其右者。可惜美国对华为技术如此畏之如虎,只能说是一个很大的损失。

技术含量高最佳系统性能

5G设备端到端的实现难度非常大,可以毫不夸张的说,在整体部署能力上,短期内没有任何一家可以超越华为。而在产品性能上,没有什么比工信部IMT-2020(5G)推进组主导的国内5G技术研发三阶段测试结果更有说服力。

三个阶段分别是关键技术验证、技术方案验证和系统组网验证阶段。在第三阶段,厂商需要在不少于7站的外场实验网中进行性能测试,这也是验证5G商用成熟度的最重要的测试,共有六家厂商参与。

性能测试设的场景包括,单用户吞吐量、单小区吞吐量、上行增强测试、多小区动态吞吐量与移动性测试、时延测试、覆盖测试。华为在NSA和SA架构下的各场景测试中全面领先,达到了最高单用户下载峰值速率1.86Gbps以及最高单小区下载峰值速率10.3Gbps的优异性能。

至此,华为实现了在全部三阶段测试中全面领先,而且是唯一同时完成NSA/SA芯片对接测试和唯一完成R16相关测试的厂商。

当然,要取得这样的优势,没有点绝活是不行的。华为针对5G高频段带来的信号覆盖和频谱效率问题,以及新技术下的设备功耗和网络升级成本等挑战,都有独特的解决之道。

一、覆盖增强:在无线通信中,网络覆盖是最直接影响用户体验的环节之一。5G采用高频信号,导致上行覆盖距离受限。华为具备最完备的上行覆盖增强技术,包括SUL(上下行解耦)、CA(载波聚合)、DC(双连接)三种。其中,华为独创的SUL技术正在被国际标准组织3GPP论证,有望写入了5G标准中。该技术在增强上行覆盖时具备最佳的频谱效率。

二、频谱云化:全网覆盖需要大量频谱资源,是运营商面临的严峻挑战。而当前移动网络多频段、多制式长期共存,运营商频谱资源捉襟见肘。华为独创的CloudAIR频谱云化解决方案,可以将空口资源多维融合、深度共享,彻底云化,帮助运营商在全频谱上向5G平滑演进。运营商依赖这一技术,可以实现在4G频段上部署5G,做到空口资源按需分配,大大提升了频谱利用率。

三、功耗控制:在4G时代,基站用电就是一笔不小的数目,约占运营商网络运维成本的16%。而5G基站的部署更加密集、能耗更大,华为分别从软硬件层面帮助运营商降低能耗。在硬件方面,采用华为天罡芯片的基站,尺寸缩小超50%,采用分布式电源技术,功耗节省达31%。在软件方面,华为的Powerstar解决方案利用AI智能调节技术,定制基站间、频段间和制式间的协同节能调度策略。例如:在低话务情况下,尽量迁移用户到低频,关闭高频做深度节能。

四、平滑演进:从4G向5G过渡需要很大投入,为了能更好的利用运营商的设备和逐步升级,3GPP 提出了多种 5G 与 4G 互操作方案,包括 5G SA 组网和 NSA 组网两类互操作方案。基于目前NSA和SA两种5G组网规范,华为设备在NSA组网时支持多锚点接入,能够快速建网。同时基站产品可以通过软件升级平滑过渡到SA架构,保证未来多场景业务的拓展能力。

正是由于出色的整体性能和友好的部署方式,华为目前已经在全球获得了42份5G商业合同,其中有25个来自欧洲,6个在亚太区,10个在中东地区以及1个在非洲。目前诺基亚的5G订单有37个,而爱立信的5G订单只有17个。同时,华为的5G基站出货量也是最多的,达到10万站以上。

在美国及其“盟友”的围追堵截下,在中国5G还未商用的前提下,华为依然取得了全球最多的5G商用订单,这样的成绩就是对华为实力最好的肯定。

结语

从美国国防部的报告来看,美国对华为乃至中国5G的实力早已了然于胸,对本土或“盟友”的通信企业,也只有哀其不幸,怒其不争的份了。

美国在情感层面,被“学生”打败肯定不好受,但是把一切提升到国土安全的高度强行封堵,却大可不必。

首先,华为跻身于世界科技企业强林,用户遍及世界,商业信誉是第一位的。就象美国“盟友”韩国的运营商LGU+表明的立场:“目前全球大约有170多个国家在使用华为设备,至今都没有出现过任何问题”。

其次,以封锁上游货源来遏制下游产业发展,最终损失最大的还是上游企业。没有下游的规模应用来消耗和分摊上游的产能,上游产品只会陷入从成本推升到研发乏力的恶性循环。

最后,也许也是最重要的,5G已被公认是改变社会的驱动力,不仅可以为用户带来更好的体验,还能加速催生行业创新。对先进技术报以开放心态、海纳百川、造福纳税人,才是正道。

作者:智商税悟局

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