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邬贺铨:商用一周年,5G成为中国数字经济的“新引擎”

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5G信号首次覆盖珠穆朗玛峰峰顶,中国建成全球海拔最高5G基站。新华社发

上海虹口打造“5G+工业互联网”产业新高地。新华社发

云南昆明的5G+VR隔离探视系统投入应用。新华社发


编者按

  2019年6月6日,工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照,标志着我国正式进入5G商用元年。2020年突如其来的全球疫情,改变了人们的生活方式,很多活动都搬到了线上,这对5G及新一代信息技术的发展起到了极大助推作用,5G视频会议、智慧医疗、车联网等应用飞速发展。随着我国5G基础设施的逐步完善,5G作为“新基建”代表,会延伸出更多的应用场景,5G产业将迎来大发展的新机遇。

  5G作为超宽带低时延无线通信技术,可以将物联网、数据中心、人工智能和工业互联网等融合构成完整的新一代信息基础设施,成为“新基建”的重要组成部分。我国提出要推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合,加快制造业、农业、服务业的网络化、智能化、数字化。近一年来,5G等新一代信息技术赋能新应用,推进智慧社会的发展,支撑产业数字化,成为中国数字经济的新引擎。

1.5G将物联网跟云计算、大数据、人工智能无缝融合

  “新基建”就是要建设集约高效、经济实用、智能绿色、安全可靠的现代设施体系。包括三个方面的内容:第一是新一代信息基础设施;二是融合基础设施;三是创新基础设施。其中新一代信息基础设施又可以分为三方面:一是通信网络基础设施,包括5G、互联网、工业互联网、卫星互联网;还有新技术设施以及算力基础设施。

  移动通信从第一代1G、2G、3G、4G发展到现在的5G。5G跟前面几代移动通信相似的地方都是十年一代,峰值速率十年提升了一千倍。5G跟前几代不一样的地方,1G到4G是面向个人通信,5G面向产业互联网和智慧城市的应用,有三大应用场景:增强移动宽带、超可靠低时延、光覆盖大连接。5G跟4G比在多个性能有数量级的提升,5G主要依靠无线技术的创新,无线技术离不开通信的基本原理,首先把基站做得更多,其次把天线做得更多,当然还需要频段和物理机的改进,表现在5G是宽带的能力峰值是4G的30倍,体验数据是4G的10倍。另外支持高速移动,能做到每小时500公里的运率速度。还有低时延,时延比4G减少40%。它支撑大连接,连接面比4G提高10倍,做到1平方公里100万的传感联网。其次能效密度都比4G有百倍的提升。

  5G网络技术的提升,不单纯是智能手机,无线接入网。5G是使用边缘计算,5G特别强调把云计算的能力分一部分下沉到边缘上,以降低对敏感业务的处理时延,并且可以减少到中心云的带宽压力,提高可靠性。5G的边缘计算有些还可以放到机站的附近。使用边缘计算对企业来讲,据IDC分析,今年50%的数据会放在边缘侧处理,而且两机云比单机云节省成本。

  还有智能物联网,物联网感知数据包括大数据和人工智能的分析,5G之前通常的移动网络时延比较大,带宽不够,而且当时也没边缘计算,因此传感器的数据送到后台时延比较长,决策回来以后已经失去了实时性的处理机会,现在5G来了,5G不仅是大带宽低时延,还表现为一平方公里支持一百万个传感器联网,端到端的时延不超过十秒,因此可以说5G将物联网跟云计算、大数据、人工智能无缝融合。AI跟IOT的融合成为AIOT智联网,AIOT相当于拿5G把云计算的能力虚拟化到物联网上面连接起来,更进一步的我们可以把AI的芯片以及商业AI的软件、开发工具集成到AIOT的终端里头,跟原来物联网的模块综合在一起,当然综合在一起适用于一些比较复杂一点的要求、要求严格一点的物联网终端,像超高清的摄像头、机器人、无人机这些,这些直接把人工智能的能力融合到物联网模块。更进一步地在AIOT的终端里头还可以迁入区块链的能力,这样保证物联网设备的接入验证、设备加密和设备控制安全,解决数据的确权和数据资产化的问题。

2.“上云赋能”,5G支持超宽带和低时延的高速网络

  5G解决了“上云赋能”的问题,传统的视频会议、游戏、数字文化产业、工业的协同设计都需要将核心程序下载到本地,本地要完成计算,对计算能力内存成本要求比较高。现在依靠云端服务器的运算能力借助服务器的传输能力,把两者连起来,不需要下载终端和程序,即插即用、多屏合一,流畅体验。右上角两个小视频,一个是在手机上上云,一个是比较高端的PC上云,两者看不出多大区别。现在的终端通过5G连到互联网再连到后台的云计算平台,终端可以发出游戏控制的动作,马上后台进行图像的渲染、画面的压缩,再把游戏流传过来,基本是没有时延的,因此感觉比较流畅。这种应用不仅仅在游戏,像这次疫情期间带动了云办公、云课堂、云视频、云招聘、云签约,即便是在疫情过后,这种云的应用能够节省交通和时间的成本,比较方便。

  5G另外一个很大的特点是超宽带,可以支持超高清4K8K,与传统的高清相比4K、8K的分辨率大大提升,2K的分辨率是这样的,4K是它的4倍,8K又是4K的4倍。不但分辨率提升,帧率到120帧,倍数从8bit到16bit。由于5G可以支持高分辨率,因此我们希望屏幕更大一点,但是屏幕太大不方便随身带,因此现在折叠屏的手机就出现了,现在折叠屏屏幕没那么大,所以现在出现了智能屏,表面上是电视屏,实际上它是一个手机的屏幕,我们可以通过手机跟它联动,也可以靠触摸翻屏,这样我们可以享受超高清的视频。应该说4K8K电视在中国发展还是相当快的,预计今年会占总销量的40%和5%。

  另外5G的特点是支持高速移动,什么时候需要高速呢?我们知道高山滑雪的运动速度达到每小时250公里,冬奥会跟夏奥会的区别,一个是速度、一个是艺术,为了高速度运动5G可以发挥作用,我们可以在运动员的头盔和雪橇上装上5G摄像头,场外的观众可以由场内运动员的高度、难度、温度、速度的感受,通过5G可以把超清视频直接播出去。中国联通用5G把超高清8K的乒乓球比赛传到场外,可以把运动场上的多个机位信号传到外面,在场外再把多个机位进行合成处理,所以场外的观众可以获得360度场景的体验。过去我们的运动场在不同位置票价是不一样的,观看的角度不同,直播的时候大家看到导播送出来的机位信号是一样的,有了5G可以把多个机位的视频分别送出来,分别由用户点看哪个机位。现在有商家想到了什么呢,不同的机位可以卖不同的钱,比如“温网”比赛,坐在费德勒天王角度的机位可以卖更多的票价,这种直播的市场也是很大的。

  5G另外一个特点,不但支持高清,而且是极低的时延。AR/VR要求高带宽特别是低时延,4G的时候是做不到的,5G可以。华为曾经预测,到2025年全球10%的企业都会使用AR/VR,IDC去年的报告到2023年中国AR/VR的市场能达到650亿美元。比如,故宫开放,很多珍藏是不能手触摸和近距离看的,在故宫戴一个5G的VR头盔可以亲身感受珍宝。在旅游点可以戴上VR头盔,可以有更惊险刺激的感受。在植物园观看植物的时候,通过头盔可以看到这个花的云端搜索内容。

3.数字创意、智慧医疗、智慧教育、车联网……5G产业的融合创新应用越来越多

  5G产业,融合创新,将来会有广泛的应用。比如,数字创意也可以借助5G产业和5G的发展得到很好的提升,这里面可以分析出运动员的动作和我们设计武打片的动作等,将来拍电影电视的时候就不需要花钱去请价格很高的“小鲜肉”,实际上“画”一个就可以了。

  5G终端不仅仅限于普通终端,手机还可以作为眼镜,作为5G的终端。对于平常人来说屏幕是不能凹凸的,可以在手指上读一个摄像头,指哪个字读哪个,甚至可以翻译。也有人说把终端做一个眼镜,是反过来戴的,我们可以看看。AR/VR不仅仅戴到自己头上,可以装在地面的摄像头,摄像头拍下你的身材,当你说换一种颜色的时候它自动根据你的身材换一种颜色,不单是换颜色,还可以换服装。

  在智慧医疗上有很好的应用,去年3月份在三亚的一个解放军总医院的医生通过5G遥控在北京301医院的机械手,为帕金森患者完成了开颅的手术,疫情期间5G的远程会诊以及远程手术指导都有很多的例子。另外利用VR可以培训医务工作者,一般的外科医生上手术台还需经过很长时间的训练,利用VR可以加快这个培训的过程。现在判断是不是得新冠肺炎主要是靠核酸检测,核酸检测并不能马上确诊患者是阳性,还有假阴性,还需要通过CT,一张张CT照片还是比较难看的,可以通过大数据人工智能技术融合为立体的肺,再看看肺的周边怎么样。利用医生看新冠肺炎的经验总结放到后台人工智能大数据,现场的医生把医疗影像传到后台,可以利用后台的比对,发现哪些CT图像问题大的,大大缩短时间。

  智慧教育,疫情期间很多孩子在家上网课,5G和AR/VR技术,不仅对儿童,对成年人也很有帮助,了解生物中的微观世界、宏观的天体运行、未来2300年世界变怎么样都可以呈现直观的感受,利用AR/VR头盔可以模拟很多场景。

  检测水的污染,不一定非要通过卫星,现在利用无人机搭载5G终端和高清摄像头就可以拍下地面的污染和水质的污染。另外5G的特点是大连接,特别适合于对环境的检测。

  陕西一个农场,在苹果园开花的季节,一个无人机带5G的摄像头扫个苹果园,苹果开花一般只有一周,扫下来以后通过后台的大数据人工智能分析,可以清楚数出每一棵树有多少朵花,哪些花能结果,可以说提前三个月预测了苹果园的产量,当期货可以卖出去。5G高清摄像头还可以检测农田土壤的肥料、旱情以及农作物的生长情况,也可以判断我们哪些地方受灾。

  车联网,可以说5G为车联网而生,车联网因为5G焕发青春。交通对安全比较敏感,因为对时延要求严格,4G时代时延太大,5G加上边缘计算可以保证空口时延1毫秒,可以保证车到红绿灯、车到人等等通信,过去我们是靠雷达,未来还会用雷达,但是不需要那么精确的雷达了,不仅仅是智能的车,再加上聪明的路,两者结合起来车路协同,这样可以提高交通效率、保证交通安全,减少尾气排放。而且车联网本来也是一个产业,麦肯锡公司预测2030年车联网车载电子以及车联网服务加起来是1.5万亿的全球规模,现在全球汽车产业也就两到三万亿规模左右。华为预测2025年车联网会嵌入到全球15%的车辆里。

  实际上5G的应用不仅仅在汽车领域,包括垂直行业,也在金融领域,可以看到2G出来有了网上银行,3G出来有了手机银行,4G出来有了数字银行,5G出来会有智慧银行。

  5G还可以帮助培训工人。这个工人是不会修汽车的,戴上5GAR眼镜他就会修汽车了。所以可以看到虚拟的,也可以看到实物,一步一步引导就把汽车修了。我们国内也用了,江西的江陵汽车就让工人戴上AR眼镜,出错率降低了。

  工业应用,中国每天的生产线上靠眼睛目测产品质量的工人全国有350万,尽管工人很认真,但检测准确度还是不高的,现在利用5G高清摄像头把拍下来的产品直接连到边缘计算中心云和人工智能,跟预存的合格和不合格的图片比对,这样发现机器视觉的能力超过了人类。青岛港利用了5G遥控吊车,实现毫秒级的延时和高精度的定位,这样的话功效提高了30%,工作人员减少了70%;山东的潍柴动力利用5G将潍坊、杭州、法国等地的研发中心协同起来,使得研发效率提升了25%。

  通过利用5G可以让机器人无人机变得更敏感。无人机买回来要编程的,一般的企业不见得有这个能力,现在我们在机械手上面装了5G摄像头,看看旁边的人手怎么动它就怎么动,自动就训练成了。华为预测到2025年全球每万名制造业员工会跟103个机器人共同工作,也就是说到2025年大概每一百个工人会配一个机器人。

  不仅仅在生产环节,在企业金融环节也有作用,很多中小企业现在面临一些困难,包括信贷的困难,因为中小企业不动产比较少,可质押的东西少,另外诚信记录也没那么完善。但是所有的企业哪怕再小也会有半成品、成品的仓库,即便这个仓库是租来的,也会有一段时间成品、半成品在仓库存起来。我们在仓库加上摄像头,把摄像头的视频送给银行,银行观看摄像头知道这些动产变成临时的不动产,可以作为质押的标的,因此银行就敢于给企业贷款,当然企业出库之前要记得还贷,银行中间还可以区块链管理。用了这种方式,现在贷款利率只比银行正常利率高1.5个百分点,而过去民间借贷利率要高达15%,高1倍以上。不仅仅是仓库的东西可以作为质押,应收账款、订单也可以质押,由于5G人工智能大数据的出现,给很多企业更多的数据提供了信用的凭证。

  总之,5G的出现会有很多新的应用。2G全球是1991年开始,中国是1994年开始,1992年开始出现短信,后来就有了QQ、支付宝。3G全球是2001年发的牌照,中国是2007年发的牌照,3G的突出表现是数据传输能力,3G出现以后就有了移动手机、移动电子商务、微博、O2O、微信,微信是中国3G发布了四年以后才有的,可以说这些应用在3G商用的时候根本没有想到。4G,全球是2010年开始的,中国是2013年开始的,4G的主要能力是宽带,4G出现以后就有扫码支付、共享经济网约车、社交电商、智能搜索、抖音等短视频,这些也是我们4G商用的时候根本不可能想到的。现在中国的5G跟发达国家的5G同步商用,5G的主要特点是云端智能的融合能力,现在预见到5G会支持4K、8K超高清视频、AR/VR、智联网、工业互联网,5G一定会产生出我们现在还想象不到的新应用。

  (作者:邬贺铨,系中国工程院院士)

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