我国5G发展现状及展望

李 蕊，石 倩，完欣玥，李 彤

（中国通信学会，北京 100025）

0 引言

移动通信经过几十年的发展，从最初的“只闻其声不见其人”，到现在的“会声会影身临其境”[1]，每一次的创新突破，都深刻地变革了人类的生产生活方式。我国移动通信发展史可概括为“1G空白，2G跟随，3G突破，4G并跑，5G领跑”，现如今，我国已进入全球5G技术第一方阵，在国际标准提案、标准必要专利、产业应用等方面是世界的引领者，国际地位和国际影响力显著提升。

1 我国5G发展现状

1.1 研究水平取得阶段性突破

我国在“863”“973”、国家科技重大专项和国家重点研发计划中，均对移动通信研究做了重大部署，取得了重大突破，在3G阶段提出通信系统标准TDSCDMA并被国际认可，在4G阶段主导形成TD-LTEAdvanced，被国际电联（ITU）接纳为两大主流4G国际标准之一，在5G阶段我国全面参与国际标准制定，国际话语权显著提高。从通信研究水平的基本评价指标来看，我国5G研究取得了突破性进展。

国际标准制定话语权显著增强。在3GPP 5G R16标准制定中，中国移动提交技术提案3 000余篇（占全球运营商提案总数的三成以上），主导完成15项技术标准制定工作[2]；中国联通提交技术提案1 000余篇，并面向5G共建共享牵头制定全球首个5G NR FDD 50M大带宽标准和网络管理等系列国际标准规范；中国电信主导完成10项技术标准制定；华为、中兴、大唐等通信企业也发挥了重要作用。

专利数量位居全球榜首。根据欧洲电信标准化协会（ETSI）公布的5G标准必要专利声明量排名统计，中国企业的5G专利数量占比达到32.97%，占比不但全球最高，而且远超排名第二的韩国（韩国企业的5G必要专利声明全球占比约为25%）。德国专利机构IPLytics在2021年11月发布的报告显示，华为全面领跑5G技术领域，5G专利申请数量全球第一，获得3GPP批准纳入5G标准的专利贡献数量占比达到23.18%。

国际学术奖励取得突破。香港中文大学教授、网络编码创始人之一的杨伟豪（Raymond W. Yeung）获得2022年度克劳德·香农奖（克劳德·香农奖被称为信息通信领域的诺贝尔奖）和2021年度理查德·汉明奖。2018年以来，我国科研人员在通信领域重要会议IEEE Infocom/ICC/Globecom/WCNC等荣获最佳论文奖累计超过50余篇。

高质量论文产出数量增加。2021年《中国科技论文统计报告》显示，在2020年中国卓越科技论文产出学科分布中，电子、通信与自动控制卓越论文数量为28 757篇。在2020年发表SCI论文较多的10个学科中电子、通信与自动控制排名第六，共32 539篇，在2020年中国科技人员发表国际会议论文数最多的10个学科中，通信排名第一。根据《中国科技论文与引文数据库》（CSTPCD）收录论文统计分析，2020年国内电子、通信与自动控制学科论文数达到24 952篇，论文被引用次数达到162 083次。

国际顶尖人才数量有所提升。我国在移动通信领域目前有院士/杰青/长江学者30余人次；我国20余位专家担任标准化组织管理层重要职位。国际影响力较高的有：华裔物理学家高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出突破性成就，获得诺贝尔物理学奖，被誉为“光纤之父”“光纤通信之父”“宽带教父”；香港中文大学李硕彦教授是代数交换理论的创立者，网络编码的创立者之一；西安电子科技大学蔡宁教授长期在信息论、网络编码、组合数学等前沿领域从事科研工作，取得了非常突出的成就。

研发经费支出持续提升高。根据国家统计局公布的数据，2021年，我国全社会研究与试验发展（R&D）经费投入为27 864亿元，比上年增长14.2%，基础研究经费为1 696亿元，增长15.6%。为我国通信技术研发提供强有力的资金支持。

1.2 5G产业化水平不断提高

2019年工业和信息化部为四大运营商（中国移动、中国联通、中国电信、中国广电）发布四张5G商用牌照，标志着5G正式商用。

我国5G基础设施建设取得阶段性成效。以基站为代表的基础设施为例，根据工业和信息化部统计数据，截止到2021年底，我国累计建成并开通5G基站142.5万个，2020年新建5G基站超过65万个。目前5G基站总数占全球60%以上，5G网络已经覆盖所有地级市区，超过98%的县城城区和80%的乡镇镇区。在5G核心网建设方面，中国运营商正在加速建设5G核心网，目前已经建成全球最大的5G SA网络，华为也参与到全球诸多运营商5G SA核心网建设中。

我国5G垂直行业应用生态逐步完善，赋能千行百业。5G作为支撑经济社会数字化、网络化、智能化的关键基础设施，在农业、工业和服务业领域都有了典型的示范应用，催生新产业新业态，培育产业发展新动能。截止到2020年底，我国5G终端连接数量超过2亿，位居世界第一[3]。在To C端：VR/AR研究如火如荼，高清视频已实现应用试点，如中央广播电视总台首次实现“5G+8K”集成制作；在To B端：5G+智慧能源、智慧城市、智慧电网、数字孪生、智慧医疗等领域成为创新应用的热点，5G+工业互联网融合发展方兴未艾，典型示范应用案例数不胜数，为5G在各领域广泛应用提供成功经验，促进5G产业生态更加丰富多元。

2 我国5G面临的发展瓶颈及相关建议

2.1 发展瓶颈

一是缺少引领性、颠覆性的原创理论。移动通信经过20几年的发展，仍然以香农理论为基础[2]，随着5G应用的加速推进，频谱资源日趋枯竭，急需新的突破性理论，支撑现代移动通信实现跨越式发展。我国在信息通信领域也提出了一些具有国际影响力的理论，如香港中文大学杨伟豪（Raymond W. Yeung）教授是网络编码理论的创立者之一。但是应该清醒地认识到，我国提出具有开创性理论偏少，大多是在国外提出的理论基础之上进行创新，长期处于跟随模式。同时还要看到诸多高校在招聘教师时，把海外留学经历作为硬性条件，这也导致一些长期受西方教育的高等人才，对发达国家提出的理论认可度较高，理论创新的积极性不高。

二是5G产业链前端的支撑技术长期受国外把控。美国的八大公司（思科、IBM、谷歌、高通、英特尔、苹果、甲骨文、微软）形成完整的产业链，主导全球通信支撑技术的发展，把控着我国在5G芯片、通用器件、原材料、中间件等方面的进口，对技术及产业的发展产生不可控的影响，关键技术“卡脖子”的风险较大。2018年美国制裁中兴，禁止中兴向美国企业购买敏感产品；从2019年开始，美国宣布将把华为及其子公司列入出口管制的“实体名单”，禁止华为使用美国芯片设计软件，禁止含有美国技术的代工企业生产芯片给华为。总之美国从多方面遏制中国企业的崛起，这也使得中国企业痛定思痛，加大技术研发力度，坚持走国产化之路，但是研发需要长时间的投入，目前我国“缺芯少魂”的局面未得到根本性转变。

三是国际交流合作受阻。一方面受疫情影响，国家之间的交流与合作明显减弱，许多国际会议无法顺利召开，赴外留学生大幅缩减。二是大国竞争趋于激烈，我国企业发展受到限制，产业链和供应链受到冲击。三是在国际顶尖协会任职人员偏少，虽然我国的IEEE会员数量已经超过25 000人，全球排名前三，但IEEE现有的39个专业社区主席中有19个来自美国，中国在这些重要职位上还基本处于空白状态，中国学者对国际学会组织治理的贡献度有待进一步提升。

2.2 相关建议

一是加强技术研究，完善创新体系。基础研究是学科体系源头，也是技术的总机关，加强技术研究首先是要足够重视基础研究。一方面加大财政投入，合理布局移动通信中长期规划，给予科研较为充足的资金、时间和试错的空间，支撑基础科学问题研究；另一方面注重人才培养，建议把通信作为一级学科，建立理论与实践相结合的学科体系，着力培养高素质人才。

二是创建顶级学术交流平台，集思汇智。我国在移动通信领域创建的具有较高影响力的学术期刊有《中国工程院院刊》（Engineering）、《中国通信（英文版）》（China Communications）等，顶级学术会议主要有ICCC、WCSP。然而世界顶级的期刊和会议，主要集中在IEEE和ACM这两个组织，例如，IEEE JSAC、IEEE Tran.mobile computing、ACM sigcomm等。我国的学术评价也过度依赖他们构建的生态体系，大量优质的论文发表在国外的核心期刊上，并且为其提供大数据分析样本，不仅可以避开错误的研究方向，减少试错成本，而且为未来的研究提供具体方向。在未来我们要充分发挥行业组织、社会团体团结和凝聚科技工作者的优势，把现有的期刊、会议等学术交流平台做大做强，通过建立海外分支机构的方式，提高国际影响力。

3 未来趋势

接下来在进一步加强5G产业化应用的同时，要推动下一代移动通信的研发进程。移动通信平均约10年完成一轮升级换代，未来3～5年是6G研发的窗口期，为了抓住创新先机，抢占移动通信技术制高点，2019年科技部等相关部委召开6G技术研发工作启动会，宣布成立国家6G技术研发推进工作组、国家6G技术研发总体专家组；东南大学、鹏程实验室、复旦大学和紫金山实验室等参与国家重点研发计划6G专项，目前已搭建了国内领先的光太赫兹实验室，首次实现单波长净速率为103.125 Gbps、双波长净速率为206.25 Gpbs的太赫兹实时无线传输[5]，通信速率较5G提升了10倍以上；华为早在2017年开始布局6G研究，随后中兴、中国移动等企业加入6G研发大军。《日经亚洲评论》与东京研究公司网络创新研究所合作，调查了9项核心6G技术的约2万项专利申请，包括通信、量子技术、基站和人工智能等，结果显示：在全球6G专利申请量占比中，中国40.3%位居世界第一，美国35.2%排名第二，日本9.9%排名第三，中国在6G专利申请量上占据较大优势。

美国早已在6G领域布局，2016年美国国防部下属的高级研究计划局就与十多家私营科技企业组建了合作投资集团，研究6G核心传播技术之一的太赫兹传输技术；2020年美国牵头组建“6G联盟”，已有高通、苹果、三星等几十家巨头加入，并且将中国排出在外，主要战略任务是建立6G战略路线图，全球推广6G技术和服务等。欧盟日本、韩国、芬兰等国家也纷纷加入6G研发行列。

4 结束语

我国5G的应用已开始赋能千行百业，这是我们取得的成绩，但我们也要始终保持危机意识，始终加强对关键共性技术、前沿引领技术、颠覆性技术展开攻关创新，从而实现移动通信“换道超车”的跨越式发展。