我國5G發展現狀及展望

李 蕊，石 倩，完欣玥，李 彤

（中國通信學會，北京 100025）

0 引言

移動通信經過幾十年的發展，從最初的“只聞其聲不見其人”，到現在的“會聲會影身臨其境”[1]，每一次的創新突破，都深刻地變革了人類的生產生活方式。我國移動通信發展史可概括為“1G空白，2G跟隨，3G突破，4G并跑，5G領跑”，現如今，我國已進入全球5G技術第一方陣，在國際標準提案、標準必要專利、產業應用等方面是世界的引領者，國際地位和國際影響力顯著提升。

1 我國5G發展現狀

1.1 研究水平取得階段性突破

我國在“863”“973”、國家科技重大專項和國家重點研發計劃中，均對移動通信研究做了重大部署，取得了重大突破，在3G階段提出通信系統標準TDSCDMA并被國際認可，在4G階段主導形成TD-LTEAdvanced，被國際電聯（ITU）接納為兩大主流4G國際標準之一，在5G階段我國全面參與國際標準制定，國際話語權顯著提高。從通信研究水平的基本評價指標來看，我國5G研究取得了突破性進展。

國際標準制定話語權顯著增強。在3GPP 5G R16標準制定中，中國移動提交技術提案3 000余篇（占全球運營商提案總數的三成以上），主導完成15項技術標準制定工作[2]；中國聯通提交技術提案1 000余篇，并面向5G共建共享牽頭制定全球首個5G NR FDD 50M大帶寬標準和網絡管理等系列國際標準規范；中國電信主導完成10項技術標準制定；華為、中興、大唐等通信企業也發揮了重要作用。

專利數量位居全球榜首。根據歐洲電信標準化協會（ETSI）公布的5G標準必要專利聲明量排名統計，中國企業的5G專利數量占比達到32.97%，占比不但全球最高，而且遠超排名第二的韓國（韓國企業的5G必要專利聲明全球占比約為25%）。德國專利機構IPLytics在2021年11月發布的報告顯示，華為全面領跑5G技術領域，5G專利申請數量全球第一，獲得3GPP批準納入5G標準的專利貢獻數量占比達到23.18%。

國際學術獎勵取得突破。香港中文大學教授、網絡編碼創始人之一的楊偉豪（Raymond W. Yeung）獲得2022年度克勞德·香農獎（克勞德·香農獎被稱為信息通信領域的諾貝爾獎）和2021年度理查德·漢明獎。2018年以來，我國科研人員在通信領域重要會議IEEE Infocom/ICC/Globecom/WCNC等榮獲最佳論文獎累計超過50余篇。

高質量論文產出數量增加。2021年《中國科技論文統計報告》顯示，在2020年中國卓越科技論文產出學科分布中，電子、通信與自動控制卓越論文數量為28 757篇。在2020年發表SCI論文較多的10個學科中電子、通信與自動控制排名第六，共32 539篇，在2020年中國科技人員發表國際會議論文數最多的10個學科中，通信排名第一。根據《中國科技論文與引文數據庫》（CSTPCD）收錄論文統計分析，2020年國內電子、通信與自動控制學科論文數達到24 952篇，論文被引用次數達到162 083次。

國際頂尖人才數量有所提升。我國在移動通信領域目前有院士/杰青/長江學者30余人次；我國20余位專家擔任標準化組織管理層重要職位。國際影響力較高的有：華裔物理學家高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”做出突破性成就，獲得諾貝爾物理學獎，被譽為“光纖之父”“光纖通信之父”“寬帶教父”；香港中文大學李碩彥教授是代數交換理論的創立者，網絡編碼的創立者之一；西安電子科技大學蔡寧教授長期在信息論、網絡編碼、組合數學等前沿領域從事科研工作，取得了非常突出的成就。

研發經費支出持續提升高。根據國家統計局公布的數據，2021年，我國全社會研究與試驗發展（R&D）經費投入為27 864億元，比上年增長14.2%，基礎研究經費為1 696億元，增長15.6%。為我國通信技術研發提供強有力的資金支持。

1.2 5G產業化水平不斷提高

2019年工業和信息化部為四大運營商（中國移動、中國聯通、中國電信、中國廣電）發布四張5G商用牌照，標志著5G正式商用。

我國5G基礎設施建設取得階段性成效。以基站為代表的基礎設施為例，根據工業和信息化部統計數據，截止到2021年底，我國累計建成并開通5G基站142.5萬個，2020年新建5G基站超過65萬個。目前5G基站總數占全球60%以上，5G網絡已經覆蓋所有地級市區，超過98%的縣城城區和80%的鄉鎮鎮區。在5G核心網建設方面，中國運營商正在加速建設5G核心網，目前已經建成全球最大的5G SA網絡，華為也參與到全球諸多運營商5G SA核心網建設中。

我國5G垂直行業應用生態逐步完善，賦能千行百業。5G作為支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化的關鍵基礎設施，在農業、工業和服務業領域都有了典型的示范應用，催生新產業新業態，培育產業發展新動能。截止到2020年底，我國5G終端連接數量超過2億，位居世界第一[3]。在To C端：VR/AR研究如火如荼，高清視頻已實現應用試點，如中央廣播電視總臺首次實現“5G+8K”集成制作；在To B端：5G+智慧能源、智慧城市、智慧電網、數字孿生、智慧醫療等領域成為創新應用的熱點，5G+工業互聯網融合發展方興未艾，典型示范應用案例數不勝數，為5G在各領域廣泛應用提供成功經驗，促進5G產業生態更加豐富多元。

2 我國5G面臨的發展瓶頸及相關建議

2.1 發展瓶頸

一是缺少引領性、顛覆性的原創理論。移動通信經過20幾年的發展，仍然以香農理論為基礎[2]，隨著5G應用的加速推進，頻譜資源日趨枯竭，急需新的突破性理論，支撐現代移動通信實現跨越式發展。我國在信息通信領域也提出了一些具有國際影響力的理論，如香港中文大學楊偉豪（Raymond W. Yeung）教授是網絡編碼理論的創立者之一。但是應該清醒地認識到，我國提出具有開創性理論偏少，大多是在國外提出的理論基礎之上進行創新，長期處于跟隨模式。同時還要看到諸多高校在招聘教師時，把海外留學經歷作為硬性條件，這也導致一些長期受西方教育的高等人才，對發達國家提出的理論認可度較高，理論創新的積極性不高。

二是5G產業鏈前端的支撐技術長期受國外把控。美國的八大公司（思科、IBM、谷歌、高通、英特爾、蘋果、甲骨文、微軟）形成完整的產業鏈，主導全球通信支撐技術的發展，把控著我國在5G芯片、通用器件、原材料、中間件等方面的進口，對技術及產業的發展產生不可控的影響，關鍵技術“卡脖子”的風險較大。2018年美國制裁中興，禁止中興向美國企業購買敏感產品；從2019年開始，美國宣布將把華為及其子公司列入出口管制的“實體名單”，禁止華為使用美國芯片設計軟件，禁止含有美國技術的代工企業生產芯片給華為。總之美國從多方面遏制中國企業的崛起，這也使得中國企業痛定思痛，加大技術研發力度，堅持走國產化之路，但是研發需要長時間的投入，目前我國“缺芯少魂”的局面未得到根本性轉變。

三是國際交流合作受阻。一方面受疫情影響，國家之間的交流與合作明顯減弱，許多國際會議無法順利召開，赴外留學生大幅縮減。二是大國競爭趨于激烈，我國企業發展受到限制，產業鏈和供應鏈受到沖擊。三是在國際頂尖協會任職人員偏少，雖然我國的IEEE會員數量已經超過25 000人，全球排名前三，但IEEE現有的39個專業社區主席中有19個來自美國，中國在這些重要職位上還基本處于空白狀態，中國學者對國際學會組織治理的貢獻度有待進一步提升。

2.2 相關建議

一是加強技術研究，完善創新體系。基礎研究是學科體系源頭，也是技術的總機關，加強技術研究首先是要足夠重視基礎研究。一方面加大財政投入，合理布局移動通信中長期規劃，給予科研較為充足的資金、時間和試錯的空間，支撐基礎科學問題研究；另一方面注重人才培養，建議把通信作為一級學科，建立理論與實踐相結合的學科體系，著力培養高素質人才。

二是創建頂級學術交流平臺，集思匯智。我國在移動通信領域創建的具有較高影響力的學術期刊有《中國工程院院刊》（Engineering）、《中國通信（英文版）》（China Communications）等，頂級學術會議主要有ICCC、WCSP。然而世界頂級的期刊和會議，主要集中在IEEE和ACM這兩個組織，例如，IEEE JSAC、IEEE Tran.mobile computing、ACM sigcomm等。我國的學術評價也過度依賴他們構建的生態體系，大量優質的論文發表在國外的核心期刊上，并且為其提供大數據分析樣本，不僅可以避開錯誤的研究方向，減少試錯成本，而且為未來的研究提供具體方向。在未來我們要充分發揮行業組織、社會團體團結和凝聚科技工作者的優勢，把現有的期刊、會議等學術交流平臺做大做強，通過建立海外分支機構的方式，提高國際影響力。

3 未來趨勢

接下來在進一步加強5G產業化應用的同時，要推動下一代移動通信的研發進程。移動通信平均約10年完成一輪升級換代，未來3～5年是6G研發的窗口期，為了抓住創新先機，搶占移動通信技術制高點，2019年科技部等相關部委召開6G技術研發工作啟動會，宣布成立國家6G技術研發推進工作組、國家6G技術研發總體專家組；東南大學、鵬程實驗室、復旦大學和紫金山實驗室等參與國家重點研發計劃6G專項，目前已搭建了國內領先的光太赫茲實驗室，首次實現單波長凈速率為103.125 Gbps、雙波長凈速率為206.25 Gpbs的太赫茲實時無線傳輸[5]，通信速率較5G提升了10倍以上；華為早在2017年開始布局6G研究，隨后中興、中國移動等企業加入6G研發大軍。《日經亞洲評論》與東京研究公司網絡創新研究所合作，調查了9項核心6G技術的約2萬項專利申請，包括通信、量子技術、基站和人工智能等，結果顯示：在全球6G專利申請量占比中，中國40.3%位居世界第一，美國35.2%排名第二，日本9.9%排名第三，中國在6G專利申請量上占據較大優勢。

美國早已在6G領域布局，2016年美國國防部下屬的高級研究計劃局就與十多家私營科技企業組建了合作投資集團，研究6G核心傳播技術之一的太赫茲傳輸技術；2020年美國牽頭組建“6G聯盟”，已有高通、蘋果、三星等幾十家巨頭加入，并且將中國排出在外，主要戰略任務是建立6G戰略路線圖，全球推廣6G技術和服務等。歐盟日本、韓國、芬蘭等國家也紛紛加入6G研發行列。

4 結束語

我國5G的應用已開始賦能千行百業，這是我們取得的成績，但我們也要始終保持危機意識，始終加強對關鍵共性技術、前沿引領技術、顛覆性技術展開攻關創新，從而實現移動通信“換道超車”的跨越式發展。