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美国国防部：《5G 生态系统： 对美国国防部的风险与机遇》报告.pdf

发布时间：2022-06-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.52M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    美国国防部：《5G 生态系统： 对美国国 防部的风险与机遇》报告   随着 5G 商用不断加速，美国对于争夺 5G 领先地位的焦虑感和紧 迫感日益强烈。2019 年 4 月 3 日，美国国防部国防创新委员会发布了 《5G 生态系统：对美国国防部的风险与机遇》（《THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD》）报告（以下简称报告），该报告 重点分析了 5G 发展历程、目前全球竞争态势以及 5G 技术对国防部的 影响与挑战，重点分析了中国在 5G 领域的发展情况以及未来对国防安 全的影响，并在频谱政策、供应链和基础设施安全等方面提出了等方面 建议。 5G 生态系统：对美国国防部的风险与机遇（全文翻译）
    发布机构：国防创新委员会 发布日期：2019 年 4 月 翻译：中国信通院 5G 创新研究中心 概要 “5G”指的是即将到来的第五代无线网络和技术，它相比第四代(4G 和 4G LTE)网络在数据传输速度、容量和延迟(数据传输延迟)方面都有 较大的飞跃。5G 所带来一系列新技术，将会在从无人驾驶汽车到智能 城市、从虚拟现实到作战网络等各领域重新建立公众及个人的业务标准。 无线时代的历史变迁表明，该领域内先行者国家将获得数十亿美元的收 益，同时还将创造大量就业岗位，并在技术创新方面处于领先地位。同 时先行者国家还会制定标准和规范，其他国家将不得不采用这些标准和 规范。相反地，在以前的无线迭代转变中落后的国家因为不得不采用领 先国家的标准、技术和架构，从而丧失了新一代无线技术的开发能力和 市场潜力。 2010 年初，AT&T 和 Verizon 利用在 2008 年竞标中赢得的 700 兆 赫(MHz)频谱迅速在全美部署 LTE。在这一部署的基础上，美国成为(继 芬兰之后)第一个拥有 LTE 综合网络的国家，LTE 网络的性能大约是当 时 3G 网络的 10 倍。这种性能上的进步推动了智能手机的迅速普及，这 种新型手机不仅可以传输更多内容，而且速度更快。Apple、Google、 Facebook、Amazon、Netflix 等无数美国公司都针对这一频谱开发了新应 用程序和服务。随着 LTE 技术在其他国家部署，相应的手机和应用程序 也得以在全球推广。这一举措助力美国取得无线和互联网服务领域的全
    球主导地位，并创造了一个由美国领导的无线生态系统，美国国防部和 世界其他地区近十年都在使用这一系统。 自 LTE 推出以来，原来的无线竞争格局发生了变化。中国电信设备 巨头华为的全球营收从 2009 年的约 280 亿美元增至 2018 年的 1070 亿 美元，而爱立信、诺基亚等这些传统市场领军企业同期营收均有所下降。 华为、中兴通讯、小米、VIVO 和 OPPO 等中国手机厂商在全球市场份 额迅速增长，尽管在美国市场的销量还比较小，但在使用率和影响力方 面仍在迅速增长。2009 年，收入排名前十的互联网公司都是美国公司。 如今，在前十名中中国企业占了四个席位。这种趋势仍在继续，如果中 国继续领先，以 5G 为代表的未来网络有可能进一步向中国倾斜。 从 4G 向 5G 的转变将极大地影响全球通信网络的未来，并从根本 上改变美国国防部运作的环境。虽然国防部感受到 5G 带来的影响，但 其部署工作仍由美国商业部门推动。本文对 5G 的商业环境和国防部运 作环境进行了深入研究，以全面了解利益相关者的态度和 5G 的未来。 5G 具备从网络互联到战场的战术边缘增强国防部决策和战略能力 的能力。5G 将增强国防部多个系统连接到更广泛网络的能力，实现实 时共享信息，改善跨服务、地理和领域的通信水平，同时开发战场的通 用图像处理技术，以提高动态感知能力。这种改良的连通能力将使一系 列新技术和任务成为可能，从超音速和高超音速防御到弹性卫星组网和 多跳网络。 频谱将在 5G 的运营、开发和推广中发挥关键作用。峰值数据速率 由无线服务可用的频谱数量决定。在 4G 中，最多可以将 5 个 20 兆赫的
    信道连接在一起。但在 5G 中，可以连接多达 5 个 100 兆赫的信道，使 速度比 4G 和 4G LTE 快约 20 倍左右。虽然部分 5G 技术将被部署到目 前使用的蜂窝频谱中，并在性能上实现一定的提高(LTE 已经相当优化)， 但全面的 5G 开发将需要更多的频谱，以便为消费者、国防部或其他部 门提供性能上的进一步改进。 全球领域目前采用两种方法部署数百兆赫的 5G 新频谱。第一种的 重心放在 6GHz 以下的电磁(EM)频谱上(“低到中频段频谱”，也称为 “Sub-6”)，主要在 3GHz 和 4 GHz 频段。第二种方法侧重于 24~300GHz 之间的频段(“高频频谱”或“毫米波”)，这是目前美国、韩国和日本采用 的方法(虽然三国也在不同程度上探索 Sub-6 频段)。美国的运营商主要 专注于 5G 的毫米波部署，因为世界其他地区使用的 5G 的 3GHz 和 4GHz 频谱大部分是美国独有的联邦频段，特别是国防部广泛使用的频 段。 频谱分配问题是 5G 竞争的核心，对于可选的频谱波段，无论是 Sub- 6 还是毫米波，都将影响 5G 发展的方方面面。3Ghz 和 4Ghz 之间的频 谱波段主导了全球的 5G 活动，因为相比于毫米波频谱，3Ghz 和 4Ghz 的传播范围得到了改善，能用更少的基站数量提供相同的覆盖范围和性
    能。由于美国的大部分子 Sub-6 频段不可民用和商用，美国运营商和控 制美国民用频谱的联邦通信委员会（FCC）将毫米波频谱作为国内 5G 的核心。 美国运营商可能会继续探索毫米波，但如果没有追随者，就不可能 在 5G 领域领先。无线网络的领导地位要求全球市场认可并遵循领导者 所制定的频谱频段规范，因为这些 5G 子组件和产品最终将推动跨网络 的互通。世界其他地区与美国运营商相比，并不存在相同的 Sub-6 频段 限制问题，所以他们后续将在该范围内寻求 5G 的发展。因此，如果美 国继续探索与世界其他国家不同的频谱范围，可能会发现自己没有全球 供应链基础。 如果世界上大多数国家采用的未来 5G 生态系统是建立在 Sub-6 中 频频谱之上，美国也将面临毫米波设备通用性的挑战和 Sub-6 基础设施 安全问题。随着 Sub-6 成为全球标准，目前在这一领域处于领先地位的 中国很可能会成为这一阶段的引领者。这将给依赖供应链中有中国组件 网络的国防部海外行动带来安全风险。即使美国限制国内使用中国设备 供应商的产品，但美国在无线领域的市场规模还不够大，无法阻止中国 5G 供应商继续在全球范围内增加市场份额，从而对一批将服务于美国 市场的供应商造成巨大压力。由于市场份额下降以及竞争产品造成的数 量限制，美国国防部和美国工业产业更好和更便宜的全球供应链将很可 能被剥夺，进而导致美国供应商无法投资研发未来的 5G 产品。 中国计划部署第一个广泛使用的 5G 网络，其首批 Sub-6 网络服务 将于 2020 年投入使用。先发优势可能会推动智能手机和电信设备供应
    商以及国内半导体和系统供应商的市场大幅增长。因此，中国的互联网 公司将为其国内市场开发基于 5G 速度和低延迟性能的服务和应用程序。 随着 5G 在全球以类似的频段部署，中国的智能手机和互联网应用及服 务很可能占据主导地位，即便它们被美国市场排除在外。中国在 5G 领 域的发展，将重现美国在 4G 领域的辉煌。 第 1 章：5G 的历史和概述 技术产生的历史 移动无线技术已经发展了几十年，第一代(1G)于 20 世纪 70 年代末 推出，80 年代初投入使用。从那时起，新一代的技术和无线标准每隔十 年左右就会推出一次，最终达到我们目前在 4G 和 5G 能力之间过渡的 状态。每一代技术的价值都呈指数级增长，因为每一代技术都推动了商 业和军事领域的一系列技术进步。现有的各代技术均集中在中低频段 (小于 6GHz 或小于 6)，但 5G 也为毫米波频谱的使用打开了大门。
    1G（语音通话）：1G 移动网络在 20 世纪 80 年代初投入使用，它具 备语音通信和有限的数据传输能力(早期能力约为 2.4Kbps)。1G 网络利 用模拟信号使用类似 AMPS 和 TACS 等标准在分布式基站(托管在基站 塔上)网络之间“传递”蜂窝用户。 2G（消息传递）：在 20 世纪 90 年代，2G 移动网络催生出第一批数 字加密电信，提高了语音质量、数据安全性和数据容量，同时通过使用 GSM 标准的电路交换来提供有限的数据能力。上世纪 90 年代末，2.5G 和 2.75G 技术分别使用 GPRS 和 EDGE 标准提高了数据传输速率(高达 200Kbps)。后来的 2G 迭代通过分组交换引入了数据传输，为 3G 技术 提供了进身之阶。 3G（有限数据：多媒体、文本、互联网）：20 世纪 90 年代末和 21 世纪初，3G 网络通过完全过渡到数据分组交换，引入了具有更快数据 传输速度的 3G 网络，其中一些语音电路交换已经是 2G 的标准，这使 得数据流成为可能，并在 2003 年推出了第一个商业 3G 服务，包括移动 互联网接入、固定无线接入和视频通话。3G 网络现在使用 UMTS 和 WCDMA 等标准，在静止状态下将数据速度提高到 1Gbps，在移动状态 下提高到 350Kbps 以上。 4G 和 LTE（真实数据：动态信息接入，可变设备）：2008 年推出 4G 网络服务，充分利用全 IP 组网，并完全依赖分组交换，数据传输速度是 3G 的 10 倍。由于 4G 网络的大带宽优势和极快的网络速度提高了视频 数据的质量。LTE 网络的普及为移动设备和数据传输设定了通信标准。 LTE 正在不断发展，目前正在发布第 12 版。“LTE-A”的速度可达
    300MBps。 5G：5G 的技术能力和应用范围仍有待确定。频谱的选择和网络使 用环境将决定数据传输的速度、容量和延迟。例如，5G 毫米波可以在 无限制的特定条件下为固网提供难以置信的高速网络，但在小区边缘这 一速度将很难维持。5G Sub-6 的速度低于毫米波，但可以提供广域覆盖， 不会受到环境因素的干扰。目前 5G 的相关标准正在全球范围内进行研 发，以上条件将最终决定 5G 的“标准”。 历史的经验：代系更迭的先发优势 在 5G 之前的几代更迭过渡中，对领导者国家产生了巨大的商业价 值、市场竞争和安全影响。以德国为首的欧洲为例，在 2G 时代获得了 第一个竞争优势，诺基亚和爱立信等公司可以更早地推出更先进的设备， 并在 2000 至 2010 年已经开始向 3G 转型，而当时的美国仍在推行 2G。 在这一时期欧洲无线技术产业蓬勃发展，而美国公司则在努力跟上发展 步伐。在 3G 转型期间，欧洲失去了这一优势，因为当时的监管部门要 求对 3G 频谱资源进行拍卖，而不是把现有的 2G 频谱进行重新规划调 整，因此贻误先机。日本在 3G 方面处于领先地位，虽然美国最终赶上 了日本，但却花了数年时间。随着日本加快推进 3G，美国企业付出了 巨大代价。在这一转型过程中，美国失去了数千个工作岗位和可观的收 入。在此期间，多家无线技术公司倒闭或被收购到外国公司中。 美国在 4G 和 4G LTE 的发展中吸取了教训。尽管 3G 的实施进度很 慢，但后来的几年内，美国加大 3G 投资建设力度，最终使其在 4G 到 来时全面占据先机。此外，FFC 还开放了更多频段的许可，并制定了相
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