5G时代的网络社会新特征与产业面临的挑战

邬贺铨

(中国工程院，北京 100088)

0 引 言

4G技术在我国的快速普及，有力推动了数字经济的蓬勃发展。4G网络已经深入渗透社会各个领域，成为“互联网+”的基础载体，正在促进我国经济社会快速发展。面向2020年及以后的移动通信市场发展，我国成立了5G 推进组，全面加快5G在技术研究、产业化方面的发展，力争在2020年实现5G的大规模商用。

5G具备比4G更好的性能，以新型的网络架构和无线传输技术，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力。国际电信联盟在召开的ITU-RWP5D第22次会议上给出了3个主要5G通信应用场景。

1)增强型移动宽带场景。比如在广场、演唱会和运动场等人口密集的场所，能够确保每个用户都能享有满意的通信体验。

2)大规模机器类通信场景。在智慧家庭、智能建筑和智慧城市实现万物互联，通过信息通信技术的应用，来解决城市交通拥挤问题和改善人类生活水平。

3)超高可靠与低延迟的通信场景。提供云服务和云娱乐，为无人驾驶发展等提供基础。

大数据和人工智能[1-3]将进一步推动移动通信技术发展。当前，我国已全面实施大数据战略，大数据产业政策环境与技术手段不断完善，大数据成为优化经济结构、促进实体经济振兴，加快产业转型升级的重要引擎。党的十九大报告提出，要建设网络强国、数字中国，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。

当前，大、智、移、云、物技术交叉发展，推动了产业数字化进程。大数据在5G中有很广阔的运用空间，但也面临着数据挖掘、复杂度和安全性等方面的挑战。此外，5G是一个云化网络，有接入云、转发云和控制云，接入云负责协调微站的集中管理。为了适应视频业务、VR(virtual reality)，AR(augmented reality)、工业互联网等的低时延要求，5G应用要下沉，尽量靠近用户，所以移动边缘计算将在5G时代得到广泛应用。5G带来更广泛的人与物、物与物之间的连接，激发大数据、人工智能等技术发挥出更大的潜能，开启一个连接泛在、智能泛在的万物互联时代。同时，5G时代的网络出现了一些新特征，也带来隐私保护、信息安全和法律适应性的新风险和挑战，需要在发展中从技术、管理和法制方面完善和应对。

1 5G时代网络社会的新特征

5G带来更广泛的人与物、物与物之间的连接，开启一个万物智联的新时代。同时，5G时代网络社会出现了一些新特征。

1.1 5G激活超高清视频与VR/AR

目前5G峰值速率可达20 Gbit/s，用户体验数据率达100 Mbit/s，无线接口延时1 ms。8K高清电视，分辨率是2K电视的16倍，帧率从25帧/s到120帧/s, 编码位数从8 bit增加到16 bit，从而8K超高清电视要求至少100 MByte带宽。4G用户体验数据速率为10 Mbit/s，8K超高清电视无法通过4G进行无线传输。另外，VR/AR对带宽有更高要求，峰值速率需要达到1 Gbit/s，时延小于7 ms。VR/AR时延超过7 ms就会产生眩晕感，而4G时延约40 ms无法满足VR/AR无线传输要求。综上，超高清视频与VR/AR需要5G来支撑[4]。

1.2 5G推动AI和IoT发展到智联网(AIOT)

物联网要感知数据，感知到的数据需要进行大数据分析和人工智能的判断，这中间会使用到无线连接。在5G之前，物联网数据送到后台人工智能处理的时延太大，无法实时反馈。5G物联网能做到每平方公里100万台设备联网，传输时延小于10 s，丢包率不高于1%，从而5G推动了物联网(internet of things, IoT)与人工智能(artificial intelligence, AI)的无缝融合、成为智联网(artificial IoT,AIoT)。AIoT使物联网所感知的大数据能直联AI实时决策，终端能直接上云，将云端能力虚拟到终端，增强了终端能力[5-7]。

1.3 5G开拓数字内容新业态

数字内容是指以信息技术呈现的文化形式，由图文、音频、视频、短视频、互动产品、平台产品等构成。涵盖数字游戏、互动娱乐、影视动漫、立体影像、数字学习、数字出版、数字典藏、数字表演、网络服务、内容软件等。5G开拓了以下数字内容的新业态[6]。

1)5G激活超高清视频直播和VR/AR，丰富媒体内容的呈现形式，提供浸入式体验，增强实效性和生动性。

2)5G在终端和云端间构建高带宽链接，云端的能力虚拟化下沉，增强了终端产生和处理数字内容能力，例如同声翻译功能使得信息传播没有国界和语言障碍。

3)5G驱动人工智能与物联网无缝融合，催生了AIoT，赋能数字创意产业，同时将数字创意的应用扩展到智慧城市和工业领域。

同时，新业态也带来了一些问题：5G的到来会使视频自媒体加速爆发，各种视频自媒体内容生产者的门槛进一步降低；网民被赋权但自律性不高，受众变为传播者但并不具备相应的媒介素养，再加上互联网环境下匿名性的保护作用，不可避免地给整个传媒环境带来一定的混乱；机器人发帖更频繁，24小时滚动发帖，发帖话题单一，转发比例极高；现有的以平面信息和人际传播为主的内容监管审核机制和信息过滤技术，将难以满足5G时代立体信息传播为主和万物互联的大容量、高速率、高频率的大传播时代信息的审核和控制需求；5G时代VR新闻应运而生，但既然是新闻则所有影像都应来自事件现场，不能由电脑合成，虚拟的不是现实，而是受众对场景的体验，难题是如何审查VR新闻的真实性。

另外，终端通过5G上云无形中增加了终端的计算与处理能力。目前基于AI的语音和人脸识别水平已超过人类。人脸识别是对于社会安全有用的工具，但也带来隐私保护问题。

1.4 基于5G与AIoT的车联网安全

5G超可靠低时延特性促进了车联网的快速发展。5G可以让车到车、车到云、车到红绿灯、车到停车场实现很好的通信，提升了交通效率和交通安全。通过车联网监控整个运输过程中车队的管理，可以实现整体效率的提升和配载的优化。但同时，车联网也面临着安全方面的问题[8]。①车联网环境下的隐私如何保证？②自动驾驶责任是在设计师、控制者、通信，还是交通系统？③自动驾驶车如果被木马入侵而失控，公共交通管理部门能否接管对该车的控制与管理？④黑客可以骗过汽车的无钥匙系统进而偷车，还秘密打开车内麦克风偷听谈话，或者下载车载导航仪里的信息，这些安全应该如何保证？

1.5 基于5G与AIoT的机器人可控性

机器学习着重于通过有限的训练样本来学习环境，目前的机器尚不具备情景推理能力，必须训练它们涵盖所有可能发生的情况，这不仅代价高昂，而且难以实现。机器人创作的小说、诗歌、绘画等作品的版权归谁所属，以及机器人工作中出现问题其责任是在设计者，还是控制者？这些问题目前还没有相应的法律来判别。

1.6 工业互联网的安全

工业互联网有可能将企业的生产线暴露到外网，即便无需连到公众互联网，但物理隔离也可能因管理疏忽而感染外网病毒。工业互联网使用大量传感器，而传感器的安全防护能力较弱，很容易感染木马，而成为DDoS攻击的跳板。例如，2016年10月21日黑客组织使用Mirai感染美国东部超过10万个摄像头，对美国DNS(domain name server)服务提供商Dyn(dynamic network service)发起DDoS攻击，导致诸多网站停止服务，影响了半个美国网络[9]。

5G在企事业及政府部门的使用，丰富了大数据来源，但也增加了网络安全攻击的风险。通过将数据分布存储和加密可以防备数据被盗窃，但某些外部的攻击并不以盗取数据为目的，而是以勒索为目的，强行将数据再加密使原有数据的拥有方也无法读取数据。

需要借助大数据与AI技术，实现对网络流量异常检测获得最准确的网络风险评估，防止网络被侵入。除在企业内部建立IT(information technology)网络与OT(operation technology)网络统一的安全团队和企业安全运营中心外，还要与企业的上下游实现威胁情报共享和安全防护的协同联动，从政府和运营商及第三方网络安全公司等获得安全态势感知信息。

1.7 其他相关的新特征

5G时代网络社会除以上提及的特征外，还包括一些其他相关内容。①数字经济与数字金融监管。中国政府对互联网的管理审慎包容，为互联网野蛮生长留了机会，但从e租宝事件看互联网不能没有监管，如何把握监管的宽严度与时机考验政府的智慧。②互联网需要正能量。网络具有放大特性，错误信息不加抑制将会很快扩散，需要第一时间以正视听，需要有治，更要有理，政府有自信，社会才有诚信。正如习主席在十九大报告所述，“坚持正确舆论导向，高度重视传播手段建设和创新，提高新闻舆论传播力、引导力、影响力、公信力。加强互联网内容建设，建立网络综合治理体系，营造清朗的网络空间”。

2 产业生态面临的机遇挑战

整个5G产业涉及到芯片、终端、基站、5G网络、芯片设计的工具软件、芯片代工线、仪器仪表、操作系统、以及APP等[10]，如图1。

2.1 5G芯片面临机遇挑战

整个数字经济是从“芯”开始的。从2014年开始，中国进口集成电路金额始终居于海关进口商品的第1位，进口集成电路的金额超过了原油、农产品、铁矿石的总和。2018年全球集成电路销售额是4 688亿美元，其中，美国生产集成电路产值为2 300亿美元，占全球的1/2，中国进口3 120亿美元，占全球集成电路产值的2/3，大约一半为国内自用，占全球市场1/3。但是中国集成电路生产仅占全球7.9%。

近年来中国加大了对芯片的投入，国际半导体设备与材料组织报告：2020年全球新晶圆厂建设投资总额将达500亿美元，其中，中国大陆占240亿美元，台湾地区占130亿美元。但中国集成电路领域的人才严重匮乏。

2018年4月美国制裁中兴事件，促进了华为在芯片上的快速研发。在被美国纳入“实体清单”之前，华为5G终端基带芯片以及5G基站所用芯片都已研制完成。华为芯片能同时支持独立组网和非独立组网。但在整个芯片设计过程中，面临着以下3个方面的挑战。

1)芯片设计的EDA(electronic design automation )软件。现代集成电路越来越复杂，芯片设计需要EDA软件工具，将功能转化为电路及版图并仿真性能，全球主要芯片EDA公司受美国控制。华为和国内从事芯片设计的企业向美国控制的EDA公司交费取得使用授权。美国“断供”使得美国控制的EDA公司不再对华为提供技术支持和升级授权。现已授权的软件华为可继续用，华为的经验可自行升级EDA软件，不过通常代工线会随EDA的升级而配合调整工艺，华为自行升级则不一定得到代工线的配合。

2)芯片处理器设计的ARM(advanced RISC machine)架构授权。芯片处理器架构有Intel的X86架构、基于ARM的架构、MIPS (million instructions per second)等，但主要是X86和ARM架构，前者在高密度运算时具备优势，适宜用于PC(personal computer)和服务器，后者体积小且省电，适合作为手机芯片处理器的架构。ARM的IP授权分使用级、内核级和架构/指令集级，即可用、可外加和可改3个层次。华为拥有ARM V8“架构/指令集层级”永久授权，包括指令集架构、微处理器、图形核心、互联架构等功能模块，可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，具有完全自主的设计处理器能力。ARM公司为日本软银收购，总部在英国，在美国德州和加州有研发中心，仍受美国管制，即ARM不能对华为提供技术支持，但华为已具有对ARM的架构自我升级的能力。ARM每演进一代全新的指令集，基本上台积电都会投入验证，EDA公司也会提供相应的开发套件。如果华为要自行升级，就必须考虑EDA工具及台积电的制程能不能配合。

3)集成电路代工线。5G终端芯片因电路复杂性和发热等要求，首批芯片采用7 nm的工艺，2020年将采用5 nm工艺。中国的中芯国际公司目前14 nm工艺可量产。进口更先进的代工线不仅资金高昂还会受到“瓦森纳协议”的禁运。按照美国《出口管理条例》，第三方国家或地区卖给列入“实体清单”企业的商品中，原则上如果包括25%以上来自美国企业的零部件和软件，甚至只要有美国产品成分，那么都会成为被管制对象。大陆企业的智能手机芯片的流片基本到台湾的台积电公司，台积电公司经过美国顶级律师事务所的审查，认为不必计入生产线装备，仅评估生产用的IP、软件、设计工具与半导体材料的技术来源，确认来自美国的技术不到25%，因此，华为流片不受管制。但国际形势变幻加剧，不能掉以轻心。

2.2 5G终端面临机遇挑战

5G终端类型有手机、VR/AR头盔、眼镜、车载终端和传感器终端等。由于5G传输速率比较高，因此希望5G终端的清晰度也提高。为了展宽屏幕同时还能便携，折叠手机应运而生。但即便如此，手机终端的屏幕相对平板电视太小，清晰度也不能大幅度提高。

由于眼镜靠近眼睛使得视场比较大，能提供高分辨率，5G将催生智能眼镜终端，为了方便佩戴者，需要有行走或看视频随心切换的眼镜，技术上已能够实现。

2.3 手机操作系统面临机遇挑战

目前智能手机操作系统主要是苹果公司的iOS和谷歌的Android，微软的Windows10 Mobile已经退出手机操作系统市场。苹果公司的iOS只供苹果终端使用，每个APP开发者需向苹果公司缴99美元会员年费后才能将APP上架销售，此外苹果还将在每次销售中抽成30%，这被称为“苹果税”。

目前Android占市场82%，但Android开源仅是一些基本应用AOSP (Android open source project)，增强的应用即Google移动服务(Google mobile service ，GMS)均需授权。按照美国政府的要求，Google停止对华为GMS授权，华为虽还可使用AOSP，对国内用户无影响，只是失去技术支持，境外用户因无GMS服务会受到很大影响。

2.4 5G的电磁辐射问题

居民认为5G基站更多，频率更高，担心其电磁辐射更严重，这导致5G移动通信基站部署面临选址困难。中国于2014年出台了《电磁环境控制限值》(GB8702—2014), 规定通信基站一天24小时任意连续6 min所产生的平均电场强度控制限值为12 V/m,即平均功率密度为40 μW/cm2,辐射值是美国、日本标准的1/15，欧盟标准的1/11。同时，5G基站更密，每个基站发射功率更低，而且因频率高，传播损耗更大，对靠近基站的终端，基站还会自适应降低发射功率。从这个意义上讲，5G电磁辐射更低。

除了基站辐射难题以外，还面临着基站天线布置问题。铁塔公司是3个运营商共享的，电信、联通、移动的天线都布置在铁塔上，2G，3G和4G基站也都布置在铁塔上，现在很难找到加挂5G天线的天面位置了。运营商需要逐步推进2G/3G的退网工作，释放铁塔资源，以便在原有基站站址加装5G。对仍然使用2G/3G老手机的用户，需要采用套餐引导、终端补贴或送终端等政策，引导用户终端置换。

此外，5G的基站数倍于4G，能耗也是不能忽视的挑战。

2.5 5G可用频谱面临机遇挑战

移动通信发展还面临着频率的挑战。中国目前使用低频段6 GHz部分，虽然布局比毫米波好，但是带宽比较窄。在Sub 6 GHz频段，电信和联通各获得100 MHz,峰值速率1.4 Gbit/s，电信和联通联合建网也仅200 MHz带宽，峰值速率不高于3 Gbit/s，中国移动有260 MHz，峰值速率不到5 Gbit/s。5G理论峰值20 Gbit/s，需要工作在毫米波频段并占用800 MHz载频。

毫米波频段用于5G对中国来讲是挑战，因为毫米波频段目前有雷达和卫星等应用，频率协调困难，器件也面临严峻挑战。美国5G商用从毫米波频段开始，带宽宽但传播条件不好，用户体验欠佳，原因是美国Sub 6 GHz频段被政府和军方占用，需要几年时间才有可能协调出来。

2.6 5G核心专利面临机遇挑战

国际PCT (patent cooperation treaty)专利最多的企业是ICT(information and communications technology)企业，尤其是移动通信产品供应商，说明当今移动通信是知识产权竞争最激烈的行业！截至2018年底，华为在全球累计获得授权专利87 805件，其中，在美国获得授权专利11 152件。过去30年华为累计支付了60多亿美元的专利费，美国占80%。自2015年以来，华为获得专利收入累计超过14亿美元。全球5G授权专利约6万件，写入标准的SEP(standards-essential patents, 标准必要专利) 10 359件，华为以1 554件专利居首，占SEP 15%。中国华为、中兴、大唐等共占SEP 34%，全球领先。美国高通等公司共占SEP 13.8%。相比在3G时代中国占全球SEP仅7%, 4G时代占20%，5G时代中国在知识产权方面有显著进步。

2.7 5G是高科技战略必争的高地

美国国会研究局2019年1月发布的《第五代电信技术：提交给国会的问题》报告显示，美国在4G的领先地位给经济带来了近1 000亿美元的增长。美国于2018年9月由特朗普召集4大电信运营商发布“5GFAST”战略，为5G和Wi-Fi添加额外的无线电频谱，加速联邦和州/地方各级的5G小型蜂窝部署，更新联邦法规，动员社会对5G技术投资。美国商务部官员2019年7月透露美政府为支持美企业在5G方面超过华为，正在向研发方面投入1 250亿美元资金，并称目前华尔街至少拥有3 000亿美元资金可以快速部署。五角大楼提出要利用5G提升美军指挥通信系统的信息传输能力及战场覆盖范围，要求在国防预算中为5G技术军用化追加额外资金。

3 结束语

以5G为代表的新时代信息技术给传媒业带来新的传播手段，但也带来隐私保护、信息安全和法律适应性等新风险，需要在发展中从技术、管理和法制等方面完善与应对。5G将人工智能、大数据、物联网、云计算、区块链与工业互联网等技术紧密融合，成为高新技术的制高点和数字经济新引擎，围绕5G产业生态的博弈是大国关系的热点。当前互联网正处在从消费互联网向工业互联网拓展的动能接续期，面临国际高科技产业的竞争，前进路上充满挑战，要抓住信息技术发展机遇，强化创新驱动，发展数字经济，建设网络强国！