隨著5G商用不斷加速，美國對(duì)于爭奪5G領(lǐng)先地位的焦慮感和緊迫感日益強(qiáng)烈。2019年4月3日，美國國防部國防創(chuàng)新委員會(huì)發(fā)布了《5G生態(tài)系統(tǒng)：對(duì)美國國防部的風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇》（《THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD》）報(bào)告（以下簡稱報(bào)告），該報(bào)告重點(diǎn)分析了5G發(fā)展歷程、目前全球競爭態(tài)勢(shì)以及5G技術(shù)對(duì)國防部的影響與挑戰(zhàn)，重點(diǎn)分析了中國在5G領(lǐng)域的發(fā)展情況以及未來對(duì)國防安全的影響，并在頻譜政策、供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施安全等方面提出了等方面建議。
5G生態(tài)系統(tǒng)：對(duì)美國國防部的風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇（全文翻譯）
發(fā)布機(jī)構(gòu)：國防創(chuàng)新委員會(huì)
發(fā)布日期：2019年4月
翻譯：中國信通院5G創(chuàng)新研究中心
概要
“5G”指的是即將到來的第五代無線網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)，它相比第四代(4G和4G LTE)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸速度、容量和延遲(數(shù)據(jù)傳輸延遲)方面都有較大的飛躍。5G所帶來一系列新技術(shù)，將會(huì)在從無人駕駛汽車到智能城市、從虛擬現(xiàn)實(shí)到作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)等各領(lǐng)域重新建立公眾及個(gè)人的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。無線時(shí)代的歷史變遷表明，該領(lǐng)域內(nèi)先行者國家將獲得數(shù)十億美元的收益，同時(shí)還將創(chuàng)造大量就業(yè)崗位，并在技術(shù)創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位。同時(shí)先行者國家還會(huì)制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其他國家將不得不采用這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。相反地，在以前的無線迭代轉(zhuǎn)變中落后的國家因?yàn)椴坏貌徊捎妙I(lǐng)先國家的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和架構(gòu)，從而喪失了新一代無線技術(shù)的開發(fā)能力和市場(chǎng)潛力。
2010年初，AT&T和Verizon利用在2008年競標(biāo)中贏得的700兆赫(MHz)頻譜迅速在全美部署LTE。在這一部署的基礎(chǔ)上，美國成為(繼芬蘭之后)第一個(gè)擁有LTE綜合網(wǎng)絡(luò)的國家，LTE網(wǎng)絡(luò)的性能大約是當(dāng)時(shí)3G網(wǎng)絡(luò)的10倍。這種性能上的進(jìn)步推動(dòng)了智能手機(jī)的迅速普及，這種新型手機(jī)不僅可以傳輸更多內(nèi)容，而且速度更快。Apple、Google、Facebook、Amazon、Netflix等無數(shù)美國公司都針對(duì)這一頻譜開發(fā)了新應(yīng)用程序和服務(wù)。隨著LTE技術(shù)在其他國家部署，相應(yīng)的手機(jī)和應(yīng)用程序也得以在全球推廣。這一舉措助力美國取得無線和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域的全球主導(dǎo)地位，并創(chuàng)造了一個(gè)由美國領(lǐng)導(dǎo)的無線生態(tài)系統(tǒng)，美國國防部和世界其他地區(qū)近十年都在使用這一系統(tǒng)。
自LTE推出以來，原來的無線競爭格局發(fā)生了變化。中國電信設(shè)備巨頭華為的全球營收從2009年的約280億美元增至2018年的1070億美元，而愛立信、諾基亞等這些傳統(tǒng)市場(chǎng)領(lǐng)軍企業(yè)同期營收均有所下降。華為、中興通訊、小米、VIVO和OPPO等中國手機(jī)廠商在全球市場(chǎng)份額迅速增長，盡管在美國市場(chǎng)的銷量還比較小，但在使用率和影響力方面仍在迅速增長。2009年，收入排名前十的互聯(lián)網(wǎng)公司都是美國公司。如今，在前十名中中國企業(yè)占了四個(gè)席位。這種趨勢(shì)仍在繼續(xù)，如果中國繼續(xù)領(lǐng)先，以5G為代表的未來網(wǎng)絡(luò)有可能進(jìn)一步向中國傾斜。
從4G向5G的轉(zhuǎn)變將極大地影響全球通信網(wǎng)絡(luò)的未來，并從根本上改變美國國防部運(yùn)作的環(huán)境。雖然國防部感受到5G帶來的影響，但其部署工作仍由美國商業(yè)部門推動(dòng)。本文對(duì)5G的商業(yè)環(huán)境和國防部運(yùn)作環(huán)境進(jìn)行了深入研究，以全面了解利益相關(guān)者的態(tài)度和5G的未來。
5G具備從網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)到戰(zhàn)場(chǎng)的戰(zhàn)術(shù)邊緣增強(qiáng)國防部決策和戰(zhàn)略能力的能力。5G將增強(qiáng)國防部多個(gè)系統(tǒng)連接到更廣泛網(wǎng)絡(luò)的能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享信息，改善跨服務(wù)、地理和領(lǐng)域的通信水平，同時(shí)開發(fā)戰(zhàn)場(chǎng)的通用圖像處理技術(shù)，以提高動(dòng)態(tài)感知能力。這種改良的連通能力將使一系列新技術(shù)和任務(wù)成為可能，從超音速和高超音速防御到彈性衛(wèi)星組網(wǎng)和多跳網(wǎng)絡(luò)。
頻譜將在5G的運(yùn)營、開發(fā)和推廣中發(fā)揮關(guān)鍵作用。峰值數(shù)據(jù)速率由無線服務(wù)可用的頻譜數(shù)量決定。在4G中，最多可以將5個(gè)20兆赫的信道連接在一起。但在5G中，可以連接多達(dá)5個(gè)100兆赫的信道，使速度比4G和4G LTE快約20倍左右。雖然部分5G技術(shù)將被部署到目前使用的蜂窩頻譜中，并在性能上實(shí)現(xiàn)一定的提高(LTE已經(jīng)相當(dāng)優(yōu)化)，但全面的5G開發(fā)將需要更多的頻譜，以便為消費(fèi)者、國防部或其他部門提供性能上的進(jìn)一步改進(jìn)。
全球領(lǐng)域目前采用兩種方法部署數(shù)百兆赫的5G新頻譜。第一種的重心放在6GHz以下的電磁(EM)頻譜上(“低到中頻段頻譜”，也稱為“Sub-6”)，主要在3GHz 和4 GHz頻段。第二種方法側(cè)重于24~300GHz之間的頻段(“高頻頻譜”或“毫米波”)，這是目前美國、韓國和日本采用的方法(雖然三國也在不同程度上探索Sub-6頻段)。美國的運(yùn)營商主要專注于5G的毫米波部署，因?yàn)槭澜缙渌貐^(qū)使用的5G的3GHz和4GHz頻譜大部分是美國獨(dú)有的聯(lián)邦頻段，特別是國防部廣泛使用的頻段。
頻譜分配問題是5G競爭的核心，對(duì)于可選的頻譜波段，無論是Sub-6還是毫米波，都將影響5G發(fā)展的方方面面。3Ghz和4Ghz之間的頻譜波段主導(dǎo)了全球的5G活動(dòng)，因?yàn)橄啾扔诤撩撞l譜，3Ghz和4Ghz的傳播范圍得到了改善，能用更少的基站數(shù)量提供相同的覆蓋范圍和性能。由于美國的大部分子Sub-6頻段不可民用和商用，美國運(yùn)營商和控制美國民用頻譜的聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）將毫米波頻譜作為國內(nèi)5G的核心。
美國運(yùn)營商可能會(huì)繼續(xù)探索毫米波，但如果沒有追隨者，就不可能在5G領(lǐng)域領(lǐng)先。無線網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)導(dǎo)地位要求全球市場(chǎng)認(rèn)可并遵循領(lǐng)導(dǎo)者所制定的頻譜頻段規(guī)范，因?yàn)檫@些5G子組件和產(chǎn)品最終將推動(dòng)跨網(wǎng)絡(luò)的互通。世界其他地區(qū)與美國運(yùn)營商相比，并不存在相同的Sub-6頻段限制問題，所以他們后續(xù)將在該范圍內(nèi)尋求5G的發(fā)展。因此，如果美國繼續(xù)探索與世界其他國家不同的頻譜范圍，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己沒有全球供應(yīng)鏈基礎(chǔ)。
如果世界上大多數(shù)國家采用的未來5G生態(tài)系統(tǒng)是建立在Sub-6中頻頻譜之上，美國也將面臨毫米波設(shè)備通用性的挑戰(zhàn)和Sub-6基礎(chǔ)設(shè)施安全問題。隨著Sub-6成為全球標(biāo)準(zhǔn)，目前在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的中國很可能會(huì)成為這一階段的引領(lǐng)者。這將給依賴供應(yīng)鏈中有中國組件網(wǎng)絡(luò)的國防部海外行動(dòng)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。即使美國限制國內(nèi)使用中國設(shè)備供應(yīng)商的產(chǎn)品，但美國在無線領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模還不夠大，無法阻止中國5G供應(yīng)商繼續(xù)在全球范圍內(nèi)增加市場(chǎng)份額，從而對(duì)一批將服務(wù)于美國市場(chǎng)的供應(yīng)商造成巨大壓力。由于市場(chǎng)份額下降以及競爭產(chǎn)品造成的數(shù)量限制，美國國防部和美國工業(yè)產(chǎn)業(yè)更好和更便宜的全球供應(yīng)鏈將很可能被剝奪，進(jìn)而導(dǎo)致美國供應(yīng)商無法投資研發(fā)未來的5G產(chǎn)品。
中國計(jì)劃部署第一個(gè)廣泛使用的5G網(wǎng)絡(luò)，其首批Sub-6網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將于2020年投入使用。先發(fā)優(yōu)勢(shì)可能會(huì)推動(dòng)智能手機(jī)和電信設(shè)備供應(yīng)商以及國內(nèi)半導(dǎo)體和系統(tǒng)供應(yīng)商的市場(chǎng)大幅增長。因此，中國的互聯(lián)網(wǎng)公司將為其國內(nèi)市場(chǎng)開發(fā)基于5G速度和低延遲性能的服務(wù)和應(yīng)用程序。隨著5G在全球以類似的頻段部署，中國的智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及服務(wù)很可能占據(jù)主導(dǎo)地位，即便它們被美國市場(chǎng)排除在外。中國在5G領(lǐng)域的發(fā)展，將重現(xiàn)美國在4G領(lǐng)域的輝煌。
第1章：5G的歷史和概述
技術(shù)產(chǎn)生的歷史
移動(dòng)無線技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，第一代(1G)于20世紀(jì)70年代末推出，80年代初投入使用。從那時(shí)起，新一代的技術(shù)和無線標(biāo)準(zhǔn)每隔十年左右就會(huì)推出一次，最終達(dá)到我們目前在4G和5G能力之間過渡的狀態(tài)。每一代技術(shù)的價(jià)值都呈指數(shù)級(jí)增長，因?yàn)槊恳淮夹g(shù)都推動(dòng)了商業(yè)和軍事領(lǐng)域的一系列技術(shù)進(jìn)步?，F(xiàn)有的各代技術(shù)均集中在中低頻段(小于6GHz或小于6)，但5G也為毫米波頻譜的使用打開了大門。
1G（語音通話）：1G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在20世紀(jì)80年代初投入使用，它具備語音通信和有限的數(shù)據(jù)傳輸能力(早期能力約為2.4Kbps)。1G網(wǎng)絡(luò)利用模擬信號(hào)使用類似AMPS和TACS等標(biāo)準(zhǔn)在分布式基站(托管在基站塔上)網(wǎng)絡(luò)之間“傳遞”蜂窩用戶。
2G（消息傳遞）：在20世紀(jì)90年代，2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)催生出第一批數(shù)字加密電信，提高了語音質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)容量，同時(shí)通過使用GSM標(biāo)準(zhǔn)的電路交換來提供有限的數(shù)據(jù)能力。上世紀(jì)90年代末，2.5G和2.75G技術(shù)分別使用GPRS和EDGE標(biāo)準(zhǔn)提高了數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)200Kbps)。后來的2G迭代通過分組交換引入了數(shù)據(jù)傳輸，為3G技術(shù)提供了進(jìn)身之階。
3G（有限數(shù)據(jù)：多媒體、文本、互聯(lián)網(wǎng)）：20世紀(jì)90年代末和21世紀(jì)初，3G網(wǎng)絡(luò)通過完全過渡到數(shù)據(jù)分組交換，引入了具有更快數(shù)據(jù)傳輸速度的3G網(wǎng)絡(luò)，其中一些語音電路交換已經(jīng)是2G的標(biāo)準(zhǔn)，這使得數(shù)據(jù)流成為可能，并在2003年推出了第一個(gè)商業(yè)3G服務(wù)，包括移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入、固定無線接入和視頻通話。3G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在使用UMTS和WCDMA等標(biāo)準(zhǔn)，在靜止?fàn)顟B(tài)下將數(shù)據(jù)速度提高到1Gbps，在移動(dòng)狀態(tài)下提高到350Kbps以上。
4G和LTE（真實(shí)數(shù)據(jù)：動(dòng)態(tài)信息接入，可變?cè)O(shè)備）：2008年推出4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，充分利用全I(xiàn)P組網(wǎng)，并完全依賴分組交換，數(shù)據(jù)傳輸速度是3G的10倍。由于4G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬優(yōu)勢(shì)和極快的網(wǎng)絡(luò)速度提高了視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量。LTE網(wǎng)絡(luò)的普及為移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定了通信標(biāo)準(zhǔn)。LTE正在不斷發(fā)展，目前正在發(fā)布第12版?！癓TE-A”的速度可達(dá)300MBps。
5G：5G的技術(shù)能力和應(yīng)用范圍仍有待確定。頻譜的選擇和網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境將決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、容量和延遲。例如，5G毫米波可以在無限制的特定條件下為固網(wǎng)提供難以置信的高速網(wǎng)絡(luò)，但在小區(qū)邊緣這一速度將很難維持。5G Sub-6的速度低于毫米波，但可以提供廣域覆蓋，不會(huì)受到環(huán)境因素的干擾。目前5G的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在全球范圍內(nèi)進(jìn)行研發(fā)，以上條件將最終決定5G的“標(biāo)準(zhǔn)”。
歷史的經(jīng)驗(yàn)：代系更迭的先發(fā)優(yōu)勢(shì)
在5G之前的幾代更迭過渡中，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者國家產(chǎn)生了巨大的商業(yè)價(jià)值、市場(chǎng)競爭和安全影響。以德國為首的歐洲為例，在2G時(shí)代獲得了第一個(gè)競爭優(yōu)勢(shì)，諾基亞和愛立信等公司可以更早地推出更先進(jìn)的設(shè)備，并在2000至2010年已經(jīng)開始向3G轉(zhuǎn)型，而當(dāng)時(shí)的美國仍在推行2G。在這一時(shí)期歐洲無線技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，而美國公司則在努力跟上發(fā)展步伐。在3G轉(zhuǎn)型期間，歐洲失去了這一優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的監(jiān)管部門要求對(duì)3G頻譜資源進(jìn)行拍賣，而不是把現(xiàn)有的2G頻譜進(jìn)行重新規(guī)劃調(diào)整，因此貽誤先機(jī)。日本在3G方面處于領(lǐng)先地位，雖然美國最終趕上了日本，但卻花了數(shù)年時(shí)間。隨著日本加快推進(jìn)3G，美國企業(yè)付出了巨大代價(jià)。在這一轉(zhuǎn)型過程中，美國失去了數(shù)千個(gè)工作崗位和可觀的收入。在此期間，多家無線技術(shù)公司倒閉或被收購到外國公司中。
美國在4G和4G LTE的發(fā)展中吸取了教訓(xùn)。盡管3G的實(shí)施進(jìn)度很慢，但后來的幾年內(nèi)，美國加大3G投資建設(shè)力度，最終使其在4G到來時(shí)全面占據(jù)先機(jī)。此外，F(xiàn)FC還開放了更多頻段的許可，并制定了相關(guān)規(guī)定，以促進(jìn)4G網(wǎng)絡(luò)的快速擴(kuò)張。起初，日本緊跟其后，但日本相關(guān)產(chǎn)業(yè)界未能迅速開發(fā)形成成熟的4G生態(tài)系統(tǒng)，因此，美國在4G智能設(shè)備市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位，并最終在全球取代了日本的操作系統(tǒng)。
在2010年初，AT&T和Verizon利用2008年拍賣贏來的700MHz頻段，迅速在美國各地部署LTE網(wǎng)絡(luò)。美國成為繼芬蘭之后第一個(gè)全面鋪開LTE網(wǎng)絡(luò)的國家，LTE的網(wǎng)絡(luò)性能大約是現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)的10倍。這種性能上的革新推動(dòng)了4G手機(jī)的迅速普及，采用新SOC的手機(jī)不僅可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，而且計(jì)算速度也快得多。蘋果、谷歌、Facebook、亞馬遜、Netflix等美國公司以及無數(shù)其他公司，都利用LTE網(wǎng)絡(luò)帶來的大帶寬和新手機(jī)功能，研發(fā)了新的應(yīng)用程序和服務(wù)。隨著LTE技術(shù)在其他國家的推廣，4G手機(jī)和4G應(yīng)用程序服務(wù)也傳遍了全球，推動(dòng)美國在全球無線和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。
美國從這一領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)中受益匪淺。ReconAnalytics在2018年4月發(fā)布的一份報(bào)告中估計(jì)，2011年至2014年間，4G的引入為無線行業(yè)貢獻(xiàn)了70%的增長，不僅提高了GDP，同時(shí)無線行業(yè)的就業(yè)崗位增加了80%以上。通過引領(lǐng)4G的發(fā)展，美國建立了一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商、設(shè)備制造商和應(yīng)用程序開發(fā)商組成的全球生態(tài)系統(tǒng)，這種成熟的生態(tài)系統(tǒng)塑造了4G的未來，也為其他國家建設(shè)4G提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
領(lǐng)導(dǎo)者的優(yōu)勢(shì)在無線通信更新?lián)Q代中尤為明顯，因?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)者可以
對(duì)未來的產(chǎn)品設(shè)定基礎(chǔ)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。例如，中國正在本土鋪設(shè)光纜，并計(jì)劃為參與“一帶一路”的同盟國家鋪設(shè)光纜，同時(shí)還要在整個(gè)歐洲建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。此舉將讓中國有選擇的使用某些5G公司和產(chǎn)品投入到這項(xiàng)偉大工程中。中國正在利用這個(gè)機(jī)會(huì)推廣Sub-6頻段的使用，這將影響整個(gè)5G產(chǎn)品市場(chǎng)的未來發(fā)展。如果有企業(yè)想在中國或任何與中國合作建設(shè)5G的地方銷售5G產(chǎn)品，那將必須按照中國的要求建造網(wǎng)絡(luò)，并與中國企業(yè)合作。如此一來將增加了整個(gè)供應(yīng)鏈中產(chǎn)品后門和漏洞的風(fēng)險(xiǎn)。
升級(jí)5G將帶來與4G相比規(guī)模更大的潛在風(fēng)險(xiǎn)和回報(bào)。5G時(shí)代的領(lǐng)導(dǎo)者將在未來10年間獲得數(shù)千億美元的收入，并在無線技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)造廣泛的就業(yè)機(jī)會(huì)。5G也有可能給其他行業(yè)帶來革命性的變化：更快、更大的數(shù)據(jù)吞吐量，自動(dòng)駕駛等技術(shù)將獲得巨大發(fā)展。5G還將通過增加多個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)量和速度來增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)，甚至取代許多家庭所依賴的固網(wǎng)寬帶。擁有5G的國家將擁有更多的創(chuàng)新，并為世界其他地區(qū)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。由于以下原因，這個(gè)國家目前不太可能是美國。
頻譜的使用和選擇
部署一個(gè)切實(shí)可行的5G網(wǎng)絡(luò)，頻譜的選擇和可利用性是最重要的因素，因?yàn)檫@將決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、容量和延遲。4G數(shù)據(jù)傳輸能力無法跟上當(dāng)前的需求，而5G的升級(jí)將通過部署使用毫米波、Sub-6頻段或兩者混用的方式組網(wǎng)，來解決速度和衰減的問題。下面將描述毫米波和Sub-6頻段的優(yōu)劣勢(shì)，以及它們?cè)谖磥?G生態(tài)系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用和角色。
毫米波
毫米波在30GHz到300GHz之間的高頻中工作，毫米波之所以具有這么大的吸引力有很多原因。首先，波長較短的毫米波會(huì)產(chǎn)生較窄的波束，從而為數(shù)據(jù)傳輸提供更好的分辨率和安全性，且速度快、數(shù)據(jù)量大，時(shí)延小。其次，有更多的毫米波帶寬可用，不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，還避免了低頻段存在的擁堵（在研究毫米波頻率應(yīng)用在5G之前，該頻段的主要運(yùn)用在雷達(dá)和衛(wèi)星業(yè)務(wù)）。5G毫米波生態(tài)系統(tǒng)需要大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，但可以獲得比4G LTE網(wǎng)絡(luò)高20倍的數(shù)據(jù)傳輸速度。最后，毫米波組件比低頻段的組件更小，因此可以更緊湊地部署在無線設(shè)備上。除了物理特性之外，毫米波對(duì)美國5G開發(fā)商也極具吸引力，因?yàn)槊绹畵碛写罅康腟ub-6頻譜資源，尤其是在3～4GHz范圍，這使得運(yùn)營商很難在FCC拍賣會(huì)上購買Sub-6牌照，甚至難以共享這一部分頻譜資源。
毫米波擁有著諸多好處的同時(shí)也面臨著各種挑戰(zhàn)。雖然短波長和窄光束的特性可以提高分辨率和傳輸安全性，但這也限制了傳播距離。因?yàn)楹撩撞ňW(wǎng)絡(luò)需要遍布在基站覆蓋的整個(gè)區(qū)域中并保持不間斷的連接，這樣就會(huì)產(chǎn)生很高的基礎(chǔ)建設(shè)的成本。毫米波很容易被墻壁，樹葉和人體本身等障礙物阻擋，這進(jìn)一步加劇了這一挑戰(zhàn)。毫米波在特定情況下可以覆蓋較寬的范圍，例如在樹頂上方有平坦反射窗的大型建筑物中，但是在美國很少有這樣的環(huán)境。
美國已經(jīng)開始展開毫米波和Sub-6基站建設(shè)的有效性研究了。MoffettNathanson LLC最近對(duì)Verizon在薩克拉門托5G毫米波工作進(jìn)行了分析，經(jīng)過6個(gè)月的市場(chǎng)實(shí)踐后，發(fā)現(xiàn)Verizon的150個(gè)固定無線寬帶(FWBB)基站只能向測(cè)試地區(qū)約6%的用戶提供服務(wù)。Verizon一直將薩克拉門托用戶特別密集的地區(qū)作為最佳測(cè)試環(huán)境，并專注于開發(fā)固定無線網(wǎng)絡(luò)，這比部署移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的毫米波挑戰(zhàn)更小。然而，即使在這些優(yōu)質(zhì)的環(huán)境中，提高這個(gè)解決方案的可行性仍需要大量的基礎(chǔ)建設(shè)和時(shí)間成本。
谷歌也對(duì)國防創(chuàng)新委員會(huì)進(jìn)行了初步的研究，以確定毫米波部署所需的大致資金成本和基站數(shù)量，使用28GHz頻段中的425 MHz的頻譜資源(目前美國5G試驗(yàn)的毫米波配置標(biāo)準(zhǔn))，相比使用3.4GHz頻段中的250 MHz的頻譜資源(Sub-6，中國5G試驗(yàn)和部署的標(biāo)準(zhǔn))，兩者都部署在現(xiàn)有的72,735個(gè)宏蜂窩塔和屋頂上（最簡單的部署選擇)，毫米波的部署以每秒100Mbps的速度覆蓋11.6%的人口，以每秒1Gbps的速度蓋率3.9%的人口。在中國Sub-6標(biāo)準(zhǔn)中，相同的基站以每秒100Mbps的速度覆蓋57.4%的人口，以每秒1Gbps的速度覆蓋21.2%的人口。該研究使用了包括樹葉結(jié)構(gòu)陰影的高分辨率地理空間數(shù)據(jù)，但沒有考慮到人體或車輛的陰影，存在于部署環(huán)境中，并且會(huì)進(jìn)一步破壞毫米波的網(wǎng)絡(luò)連接。
由于電線桿的易用性和豐富性，大多數(shù)運(yùn)營商正考慮在電線桿上部署毫米波5G站點(diǎn)。利用美國的電線桿數(shù)據(jù)庫的研究表明，28GHz的毫米波基站需要大約在電線桿上安裝1300萬個(gè)，將花費(fèi)4000億美元，如此才能保證28GHz頻段下以每秒100 Mbps速度達(dá)到72%的覆蓋率、每秒1Gbps的速度達(dá)到大約55%的覆蓋率。下面的圖1和圖2顯示了28 GHz （毫米波）和3.4 GHz （Sub-6）在洛杉磯相對(duì)平坦的地區(qū)相同極點(diǎn)高度上部署的傳播差異（藍(lán)色表示100MBps的速度，紅色表示1GBps的速度）：
圖1：毫米波的輻射圖
圖2:Sub-6的輻射圖
目前正在努力減輕這些物理層面的挑戰(zhàn)，如大規(guī)模MIMO和波束賦型。大規(guī)模MIMO是一種天線陣列，它將極大地?cái)U(kuò)展設(shè)備連接數(shù)和數(shù)據(jù)吞吐量，并將使基站能夠容納更多用戶的信號(hào)，并顯著提高網(wǎng)絡(luò)的容量(假設(shè)存在多個(gè)用戶射頻路徑)。波束賦型是一種識(shí)別特定用戶的技術(shù)，該技術(shù)可以最有效的把數(shù)據(jù)傳遞給特定用戶并減少附近用戶的干擾。雖然這些技術(shù)可以改善毫米波的傳播效率，但是在更大范圍內(nèi)保持連接穩(wěn)定仍然存在挑戰(zhàn)。在將毫米波作為一種更通用的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案部署之前，還需要投入大量的時(shí)間和研發(fā)成本來解決毫米波的傳播特性問題。
Sub-6 GHz
Sub-6頻段包括低于6GHz的頻譜范圍。由于Sub-6波長較長，穿透障礙物的能力更強(qiáng)，可以提供比毫米波更寬更廣的區(qū)域覆蓋效果，連接中斷風(fēng)險(xiǎn)更低，因此與毫米波相比而言，Sub-6需要更少的資金投入和基站基礎(chǔ)建設(shè)，再利用上現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，這兩點(diǎn)使Sub-6成為潛在的5G標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到“中國速度”，加快Sub-6的推出時(shí)間顯得非常重要。雖然毫米波最終可能部署在傳播速度和成本不受限制的特定環(huán)境中，但Sub-6可能是短期內(nèi)讓5G覆蓋更廣泛的有效方案，進(jìn)而將推動(dòng)5G供應(yīng)鏈的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，Sub-6將有更多的設(shè)備提供支持。
為了最大限度地發(fā)揮5G的潛力，需要數(shù)百兆赫茲的連續(xù)帶寬以優(yōu)化性能，而Sub-6頻譜已經(jīng)擠滿了現(xiàn)有的無線系統(tǒng)。在美國，5G的Sub-6技術(shù)可能會(huì)通過LTE頻譜部署到現(xiàn)有的宏基站中，這將適度改善射頻系統(tǒng)性能，但速度不會(huì)達(dá)到相同條件下LTE的10倍。LTE在速度上曾超過3G十倍，5G未能實(shí)現(xiàn)同樣的突破，因此將削弱5G的Sub-6技術(shù)在美國部署的力度。
在美國的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，政府擁有大部分的Sub-6頻段，并限制它們的商用。想要允許Sub-6頻段的商用，可以重新規(guī)劃政府的頻段或者共享這些頻段，但這兩個(gè)方式的時(shí)間都相對(duì)過長。清除頻譜占用(將現(xiàn)有的用戶和系統(tǒng)遷移到頻譜的其他部分)，然后通過拍賣、直接分配或其他方法將其釋放到民用部門所花費(fèi)的平均時(shí)間通常在10年以上。共享頻譜是一個(gè)稍微快一點(diǎn)的過程，因?yàn)樗恍枰獙?duì)現(xiàn)有的用戶進(jìn)行徹底的改革，但即使是這樣，也要花費(fèi)5年以上的時(shí)間。
國防部內(nèi)部也有合理擔(dān)憂，共享Sub-6頻譜中將產(chǎn)生頻譜優(yōu)化到安全漏洞等一系列問題。如果國防部的操作員被迫共享他們的頻譜波段，有人擔(dān)心這可能會(huì)降低國防系統(tǒng)的性能，并且商業(yè)用戶的增加還會(huì)使Sub-6頻段產(chǎn)生擁塞，增加國防部系統(tǒng)設(shè)備連接中斷的風(fēng)險(xiǎn)。頻譜共享是有成功先例的——2010年，F(xiàn)CC向商用部門開放了3550-3700MHz帶寬(稱為公民寬帶無線電服務(wù)，簡稱CBRS)。然而，這一進(jìn)程花了五年多的時(shí)間，在目前的競爭環(huán)境下是站不住腳的。本文將在第三章中更詳細(xì)地探討CBRS案例研究。
鑒于毫米波和Sub-6的不同優(yōu)劣勢(shì)，未來5G可能會(huì)采用兩者共用的組合。網(wǎng)絡(luò)覆蓋的很大一部分會(huì)利用Sub-6進(jìn)行廣域覆蓋，毫米波可能最終能夠在特定的場(chǎng)景中提供更精細(xì)的覆蓋，并且由于毫米波更難攔截，在某些場(chǎng)地中具有一些獨(dú)特的軍事優(yōu)勢(shì)。這將需要在毫米波頻譜中針對(duì)其傳播特性，開展進(jìn)一步的研究和測(cè)試，從而降低毫米波部署所需的支出。在短時(shí)間內(nèi)，3GHz和4GHz頻段可能會(huì)成為驅(qū)動(dòng)5G基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備部署的全球頻段。在目前5G發(fā)展和頻譜使用的狀況下，美國不太可能使用Sub-6技術(shù)，更不用說像10年前4G時(shí)代那樣在頻譜部署方面領(lǐng)先于世界其他國家了。
第2章：5G競爭領(lǐng)域的現(xiàn)狀
每個(gè)國家的5G能力可以通過五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較：頻譜可用性，廣泛的5G試驗(yàn)，國家監(jiān)管機(jī)構(gòu)建立的5G路線圖，政府承諾（例如，為5G實(shí)施鋪平道路的戰(zhàn)略文件和政策），以及行業(yè)對(duì)早期5G發(fā)展的承諾。在這些指標(biāo)中，頻譜可用性影響最大，因?yàn)樵S多其他因素都依賴于可用性。對(duì)于頻譜可用性，目前正在討論Sub-6 GHz與毫米波的優(yōu)點(diǎn)以及如何在這兩個(gè)范圍的頻譜中分配頻譜，而在美國，對(duì)于為商業(yè)部門分配或共享政府擁有的頻譜存在很大的擔(dān)憂。對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)營商可以采取“非獨(dú)立”方式，利用現(xiàn)有的3G和4G基礎(chǔ)設(shè)施作為實(shí)現(xiàn)全5G功能的跳板，或者還可以采取“獨(dú)立”方法，這就需要大量的前期投資來為5G網(wǎng)絡(luò)提供新的基礎(chǔ)設(shè)施。
中國
中國通過一系列積極的投資和頻譜分配舉措，在5G發(fā)展方面處于領(lǐng)先地位。除了在五年內(nèi)為5G部署投入180億美元的資本支出外，中國還向三大運(yùn)營商分配了200 MHz的中頻頻譜，并正在考慮重新分配500 MHz的C頻段頻譜。在國內(nèi)，中國的5G部署正在通過其主要的電信公司（中國移動(dòng)，中國聯(lián)通和中國電信）實(shí)施。這三家公司主要致力于在中國開發(fā)獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)劃在2019年部署預(yù)商用應(yīng)用，并在2020年正式商業(yè)應(yīng)用。中國目前已部署約35萬個(gè)5G可操作基站，幾乎是美國部署的10倍。在全球范圍內(nèi)，中國的大型制造商（華為和中興）正在通過銷售主要用于非獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的5G支持設(shè)備和裝置來推動(dòng)5G部署，華為已經(jīng)向海外運(yùn)送了超過10,000個(gè)基站。
在海外，中國一直在與國家和外國公司保持合作，以擴(kuò)大其5G的影響力。在歐洲，盡管美國官員要求盟友阻止中國公司，華為和中興仍然正在為個(gè)別國家的5G網(wǎng)絡(luò)提供建設(shè)的服務(wù)，并簽署了多項(xiàng)5G合同。此外，中國在“一帶一路”計(jì)劃中投入了大量時(shí)間和資源，包括推動(dòng)中國建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以提供跨越整個(gè)路線的連通性。這一策略已經(jīng)取得了一些成功：在2018年第三季度，華為在全球通信設(shè)備市場(chǎng)占有28％的份額，比2015年上升了4個(gè)百分點(diǎn)。隨著更多地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)依賴中國通信設(shè)備推出，預(yù)計(jì)華為的市場(chǎng)份額將繼續(xù)增長。這些努力將使中國能夠推廣其首選的5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并將在未來主導(dǎo)全球的5G產(chǎn)品市場(chǎng)。
總體而言，這些方法使得中國在5G的技術(shù)和能力方面具有競爭優(yōu)勢(shì)。中國的5G戰(zhàn)略應(yīng)該是從中國共產(chǎn)黨的大戰(zhàn)略出發(fā)的。與人工智能（AI）一樣，5G開發(fā)是習(xí)近平主席“中國夢(mèng)”愿景和“中國制造2025”路線圖的重要組成部分。社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)增長是中共的首要任務(wù)，因?yàn)檫@兩個(gè)領(lǐng)域的失敗直接威脅到現(xiàn)有政權(quán)的穩(wěn)定，而5G有可能減少中國對(duì)外國投資的依賴，將中國從資本和勞動(dòng)密集型制造業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新型和消費(fèi)驅(qū)動(dòng)型經(jīng)濟(jì)。鑒于中國經(jīng)濟(jì)增長放緩以及與美國的持續(xù)貿(mào)易戰(zhàn)，中共可能會(huì)要求更積極地推行像5G這樣的技術(shù)革新計(jì)劃來緩解受到的壓力。
韓國
由于政府較早的完成頻譜拍賣以及其對(duì)無線技術(shù)的普遍承諾，韓國在5G發(fā)展上密切緊跟中國。韓國政府制定了明確的包括通過健康投資來追求5G的5G發(fā)展路線圖；2014年，韓國承諾提供15億美元，以促進(jìn)在2020年實(shí)現(xiàn)5G的應(yīng)用和部署，同時(shí)在2017年，韓國發(fā)布了國家寬帶和頻譜規(guī)劃（“K-ICT”），來進(jìn)一步推動(dòng)5G的發(fā)展。根據(jù)K-ICT計(jì)劃，韓國科學(xué)和信息通信技術(shù)部（MSIT）已經(jīng)將Sub-6 GHz和毫米波頻段中超過1,000 MHz的頻譜拍賣給其三大電信提供商（SK Telecom，KT Corp和LG Uplus）。韓國與AT＆T和Verizon密切合作開發(fā)5G毫米波網(wǎng)絡(luò)，通過使其開發(fā)的設(shè)備在兩個(gè)頻段范圍內(nèi)都能正常運(yùn)行（如其Exynos 5100 5G調(diào)制解調(diào)器的情況），降低了發(fā)展Sub-6 GHz和毫米波的風(fēng)險(xiǎn)。AT＆T還與三星合作，在2019年底發(fā)布了支持毫米波和Sub-6 GHz的手機(jī)，但鑒于在美國可使用的Sub-6 GHz頻段范圍有限，這些雙功能設(shè)備的性能可能較低。
韓國能夠利用2018年平昌冬季奧運(yùn)會(huì)來展示其對(duì)于5G的投資和進(jìn)行的各種網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。韓國通信產(chǎn)業(yè)一直持續(xù)著4G和LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高強(qiáng)度競爭，這將推動(dòng)5G的進(jìn)一步快速發(fā)展。盡管SK Telecom目前不僅在投資5G和試驗(yàn)5G的領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，同時(shí)還能夠在2018年的MSIT拍賣中獲得最多的頻譜帶寬，但三家通信運(yùn)營商都計(jì)劃在2019年初為“韓國5G日”同步推出5G蜂窩服務(wù)。韓國在5G領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，并且只要其主要的通信運(yùn)營商能夠好好利用他們拍賣的頻譜帶寬，韓國將保持領(lǐng)先的地位繼續(xù)前進(jìn)。
日本
日本在5G能力方面緊隨中國，韓國和美國。日本尚未向通信運(yùn)營商提供關(guān)鍵頻段的拍賣，但計(jì)劃在2019年這樣做，目前日本正在研究毫米波和Sub-6 GHz的使用方法（毫米波適用于有限的，人口密集的地理區(qū)域，而Sub-6 GHz則用于覆蓋其余地區(qū)）。與韓國類似，日本希望利用2020年東京奧運(yùn)會(huì)來展示和測(cè)試5G的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)，并將其大部分投資和活動(dòng)推向2020年的時(shí)間線。2014年，日本成立了5G移動(dòng)論壇（5GMF），以推動(dòng)5G的研究和發(fā)展，協(xié)調(diào)各組織的5G工作，提升5G的普遍認(rèn)知。2016年，日本內(nèi)政和通信部（MIC）發(fā)布了一份戰(zhàn)略文件（“2020年實(shí)現(xiàn)5G的無線電政策”），該文件展示了其對(duì)5G的承諾和未來部署。
日本的三大電信供應(yīng)商（NTT DOCOMO，KDDI和Softbank）正在測(cè)試5G技術(shù)，目的是在2020年奧運(yùn)會(huì)之前實(shí)現(xiàn)5G商用。這三家公司都在Sub-6 GHz和毫米波頻段范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，MIC在東京和日本鄉(xiāng)村進(jìn)行了“5G系統(tǒng)試驗(yàn)”。
世界其他地區(qū)（非美國）
雖然中國，韓國，美國和日本在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但世界其他地區(qū)仍在追趕5G部署。英國，德國和法國可以被視為“第二梯隊(duì)”5G發(fā)展領(lǐng)域的國家，而新加坡，俄羅斯和加拿大則構(gòu)成“第三梯隊(duì)”，而世界其他地區(qū)也是如此。這些國家開始計(jì)劃在不同的時(shí)間線和頻譜范圍上拍賣頻譜帶寬，但許多國家缺乏任何正式的政策或戰(zhàn)略來實(shí)現(xiàn)5G，并且大多數(shù)國家預(yù)計(jì)在2020年之后實(shí)現(xiàn)5G的商用，晚于其他國家的2020年時(shí)間框架。
盡管歐洲已經(jīng)將收費(fèi)引入2G，但由于法規(guī)限制其無法快速的提供頻譜帶寬，歐洲在3G，4G和現(xiàn)在的5G方面仍然落后。亞洲其他地區(qū)在5G方面取得了一些進(jìn)展，但很少有國家投入與中國、日本和韓國相同的時(shí)間和資源。俄羅斯于2017年發(fā)布了“俄羅斯聯(lián)邦數(shù)字經(jīng)濟(jì)”，其中包括5G規(guī)劃圖，但尚未制定任何明確的頻譜規(guī)劃或?yàn)樵撘?guī)劃圖投入大量資源。俄羅斯利用2018年的FIFA世界杯開展了一些5G努力，但仍然高度依賴外國的5G的技術(shù)和合作伙伴關(guān)系來推動(dòng)其5G的發(fā)展。
鑒于第一梯隊(duì)與其他國家之間的5G進(jìn)步差距，世界其他地區(qū)可能會(huì)被動(dòng)采用第一梯隊(duì)任何國家領(lǐng)先的5G的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施。中國是目前的領(lǐng)導(dǎo)者，美國的盟國在如何應(yīng)對(duì)中國制定5G標(biāo)準(zhǔn)的行動(dòng)方面采取了不同的立場(chǎng)。由于擔(dān)心安全問題，一些國家對(duì)中國的影響力持警惕的態(tài)度，并積極阻止中國的5G推廣。例如，12月，捷克共和國網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)構(gòu)（NUKIB）發(fā)布官方警告，稱華為和其他中國公司構(gòu)成國家安全風(fēng)險(xiǎn)，引用中國現(xiàn)行法規(guī)（2017年6月27日頒布的國家情報(bào)法），要求中國公司積極配合其國家情報(bào)部門的合作。這推動(dòng)了捷克公共和私營部門的安全審查，有效地阻止了華為5G產(chǎn)品進(jìn)入該國。澳大利亞和波蘭也對(duì)中國采取強(qiáng)硬立場(chǎng)，美國一直在向其他盟國施壓，要求其效仿捷克。
然而，考慮到中國5G產(chǎn)品的價(jià)格和質(zhì)量，其他國家對(duì)將中國趕出本國5G市場(chǎng)的熱情并不高。德國拒絕禁止華為，盡管美國威脅要切斷情報(bào)共享，英國似乎也可能采取同樣的做法。德國和英國都駁斥了美國的說法，即華為和其他中國通信信公司對(duì)國家安全構(gòu)成不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，稱它們的安全機(jī)構(gòu)可以采取措施限制網(wǎng)絡(luò)中的漏洞。印度和意大利也表示，它們不愿將華為的產(chǎn)品排除在5G產(chǎn)品之外。最近幾個(gè)月，新西蘭放松了最初對(duì)中國的強(qiáng)硬立場(chǎng)。未來幾個(gè)月，歐洲將繼續(xù)成為5G未來的戰(zhàn)場(chǎng)，因?yàn)闅W洲是華為最大的市場(chǎng)之一，也是美國盟友的主要所在地。這場(chǎng)斗爭還表明了世界其他地區(qū)對(duì)于5G態(tài)度的一個(gè)趨勢(shì)——特別是對(duì)成本更敏感的發(fā)展中國家將發(fā)現(xiàn)中國5G的價(jià)格點(diǎn)難以拒絕，特別是基礎(chǔ)設(shè)施以及“一帶一路”倡議等項(xiàng)目融資激勵(lì)措施使報(bào)價(jià)非?？捎^時(shí)。
美國
私營部門
在美國政府的支持下，通信行業(yè)正在努力組織5G在美國開發(fā)和部署。Verizon，AT＆T，Sprint和T-Mobile都在開發(fā)自己的5G網(wǎng)絡(luò)和5G設(shè)備，每個(gè)運(yùn)營商都有自己的策略和方法。Verizon和AT＆T專注于開發(fā)高頻毫米波網(wǎng)絡(luò)，并且正在各種測(cè)試城市中為移動(dòng)和固定應(yīng)用部署小型蜂窩，Sprint采用毫米波和中頻頻譜的聯(lián)合方法來構(gòu)建其網(wǎng)絡(luò)，T-Mobile專注于毫米波和低頻段頻譜。雖然所有運(yùn)營商都在某種程度上研究了Sub-6 GHz下的頻譜選擇，但相對(duì)于毫米波頻段中可用的數(shù)百GHz，這些研究本質(zhì)上都受到Sub-6 GHz中可用帶寬較小的限制，這種限制由于Sub-6GHz下絕大部分頻譜的頻段是美國政府擁有的變得更加嚴(yán)厲。運(yùn)營商們正在使用現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，但那些專注于毫米波的運(yùn)營商將不得不建設(shè)額外的基礎(chǔ)設(shè)施，以確保通過密集的基站網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不間斷的連接。關(guān)于部署的某些網(wǎng)絡(luò)是否符合真正的5G標(biāo)準(zhǔn)存在爭議，同時(shí)這些提供商之間在未來幾年內(nèi)推出5G網(wǎng)絡(luò)的競爭會(huì)非常的激烈。5G的發(fā)展正在由3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）監(jiān)督，該標(biāo)準(zhǔn)組織也負(fù)責(zé)監(jiān)督3G UMTS（包括HSPA）和4G LTE標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。
盡管消息來自美國各種營銷活動(dòng)，但美國領(lǐng)土上已經(jīng)部署了可以在覆蓋邊緣提供100 Mbps到1 Gbps服務(wù)的5G基礎(chǔ)設(shè)施。盡管LTE部署導(dǎo)致美國大部分地區(qū)的終端用戶速度提高了10倍，但迄今為止，運(yùn)營商尚未展示出能夠?yàn)槊绹蟛糠秩丝谔峁└咚賯鬏數(shù)牟渴鹉芰Α?
如第一章所述，美國運(yùn)營商在為較小的區(qū)域部署有限制的毫米波方面取得了一些成功，但基站的未來可擴(kuò)展性是有限制的。即使在優(yōu)化的情況下，顯然對(duì)毫米波進(jìn)行分頻以提供更多的覆蓋需要大量建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，這是一項(xiàng)極其消耗時(shí)間和成本的工作。
考慮到建設(shè)這些毫米波網(wǎng)絡(luò)所需的大量基站所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，這些運(yùn)營商甚至無法承諾必要的資本支出。截至2018年底，Verizon持有約120億美元債務(wù)，股息收益率約為4%，而AT＆T持有約175億美元債務(wù)，股息收益率超過6%。T-Mobile持有約25億美元的債務(wù)，而Sprint持有約400億美元的債務(wù)。這些公司處于美國開發(fā)5G的努力的最前沿，但他們的資產(chǎn)負(fù)債表顯示他們可能會(huì)為完整毫米波網(wǎng)絡(luò)的推廣和建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的的成本而苦苦掙扎。
在過去十年中，無線供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。中國通信設(shè)備巨頭華為的全球收入從2009年的約280億美元增長到2018年的1070億美元。同期愛立信的收入從279億美元下降到239億美元，而諾基亞的收入從576億美元下降到266億美元。盡管美國市場(chǎng)的銷售額從2009年的不到6％增長到2018年的30%以上，并且仍在快速增長。例如，印度代表的無線市場(chǎng)比美國大，在印度銷售的所有手機(jī)中有59.7%是中國制造的。由百度，阿里巴巴，騰訊和一些最近興起的新公司（抖音等）領(lǐng)導(dǎo)的中國互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用公司的影響力和收入都在增長。2009年，收入排名前十的互聯(lián)網(wǎng)公司都是美國公司。今天，前10名的互聯(lián)網(wǎng)公司中有4名是中國公司。
這些轉(zhuǎn)變不僅僅是因?yàn)橹袊O(shè)備更便宜。在許多情況下，中國設(shè)備也優(yōu)于其西方競爭對(duì)手。華為和中興通訊是大規(guī)模MIMO無線電系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者，擁有64個(gè)發(fā)射和接收元件。許多人認(rèn)為華為的P系列和Mate系列的安卓手機(jī)是世界上最先進(jìn)的手機(jī)，這些設(shè)備由華為自己的海思芯片部門提供芯片支持的。阿里巴巴的云服務(wù)在全球排名第四，僅次于亞馬遜，微軟和谷歌，并且增長迅速。
公共部門：白宮
在過去十年中，美國政府對(duì)5G的興趣一直在增加。2016年，白宮推出了價(jià)值4億美元的先進(jìn)無線研究計(jì)劃，以推廣無線測(cè)試平臺(tái)，而美國聯(lián)邦通信委員會(huì)通過其“頻譜前沿”政策，承諾為許可和未經(jīng)許可的用途發(fā)布大量毫米波頻譜。在現(xiàn)任政府的領(lǐng)導(dǎo)下，美國政府對(duì)5G的興趣有所增加，該政府提出了一系列倡議和指令，強(qiáng)調(diào)了5G的重要性，并制定了明確的路線圖?，F(xiàn)任政府支持由私營部門主導(dǎo)的5G計(jì)劃，而不是由政府主導(dǎo)的國有化5G計(jì)劃。
2018年9月，白宮舉行了一次5G峰會(huì)，相關(guān)政府領(lǐng)導(dǎo)人和產(chǎn)業(yè)代表參加并討論5G的未來發(fā)展方向，促進(jìn)私營公共部門合作，同時(shí)承認(rèn)美國在開發(fā)和部署5G方面落后。不久之后，白宮發(fā)布了“關(guān)于制定美國未來可持續(xù)頻譜戰(zhàn)略的總統(tǒng)備忘錄”，強(qiáng)調(diào)美國需要領(lǐng)導(dǎo)5G，以促進(jìn)國家安全和公共及私營領(lǐng)域的創(chuàng)新。備忘錄指示各部門和機(jī)構(gòu)提交關(guān)于當(dāng)前頻譜使用和未來要求，頻譜重新分配選項(xiàng)以及未來技術(shù)對(duì)頻譜分配影響的若干報(bào)告，并且還要求提出5G立法，監(jiān)管和政策建議。在總統(tǒng)備忘錄發(fā)布的同一天，白宮發(fā)布了一篇題為“美國將贏得5G全球競賽”的文章，研究了從領(lǐng)導(dǎo)4G發(fā)展獲得的美國優(yōu)勢(shì)（例如，增加的GDP和就業(yè)機(jī)會(huì)），并將其與領(lǐng)導(dǎo)5G發(fā)展的潛在好處進(jìn)行比較。
公共部門：聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）
在頻譜劃分和民用頻譜政策方面，聯(lián)邦通信委員會(huì)在5G的開發(fā)和部署中發(fā)揮著重要作用。在2018年末，聯(lián)邦通信委員會(huì)投票決定建立一個(gè)釋放毫米波頻譜帶寬的框架，以幫助加快5G的開發(fā)和部署。
美國聯(lián)邦通信委員會(huì)主導(dǎo)著美國頻譜拍賣，并于2018年底舉行了首次5G頻譜拍賣，開啟了28 GHz頻段。第二次拍賣于2019年3月14日舉行，提供了24 GHz頻段。
美國聯(lián)邦通信委員會(huì)于2018年9月發(fā)布了全面的5G戰(zhàn)略“促進(jìn)美國在5G技術(shù)（FAST）計(jì)劃中的優(yōu)勢(shì)”。該計(jì)劃重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)主要目標(biāo)：推動(dòng)更多頻譜進(jìn)入市場(chǎng)，更新基礎(chǔ)設(shè)施的政策和在現(xiàn)代化中過時(shí)的法規(guī)，促進(jìn)美國的5G發(fā)展。關(guān)于頻譜目標(biāo)，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)計(jì)劃在2019年再舉辦三次拍賣以銷售毫米波頻譜帶寬，并正在進(jìn)行研究來了解開放低頻和中頻頻譜的選擇不同帶來的不同影響。關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施目標(biāo)，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)正在努力提高聯(lián)邦、州和地方各級(jí)小型小組的審查速度，以便更快地部署5G。關(guān)于現(xiàn)代化目標(biāo)，聯(lián)邦通信委員會(huì)專注于調(diào)整現(xiàn)有法規(guī)并制定新法規(guī)以支持5G部署，例如更新其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備規(guī)則，以便更快地進(jìn)行小區(qū)部署，并防止從對(duì)美國網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成安全威脅的其他國家的公司手中購買網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
美國聯(lián)邦通信委員會(huì)開始了相關(guān)工作以便更靈活地使用位于3GHz和4GHz頻段中間的500 MHz C波段下行鏈路頻譜。2015年，在國際電聯(lián)世界無線電大會(huì)上，奧巴馬政府反對(duì)了將該頻段重新歸類為適合5G使用的IMT-2000劃分的提議，對(duì)該頻段的重新劃分將為5G移動(dòng)業(yè)務(wù)這一頻譜的全球標(biāo)準(zhǔn)化鋪平道路。即使將頻譜重新分類為寬帶，也需要一段時(shí)間才能將現(xiàn)有用戶完全從C頻段中移除。共享靈活用于5G的頻帶是困難的，因?yàn)橐苿?dòng)手機(jī)以輻射的模式發(fā)射無線電能量，并且在C波段天線附近操作的用戶數(shù)量可能對(duì)衛(wèi)星接收造成干擾。但是，固定業(yè)務(wù)可以通過使用高度定向天線或波束成形系統(tǒng)來共享頻譜，這種類型的設(shè)備非常適合為農(nóng)村地區(qū)提供固定業(yè)務(wù)，以及可能用于國防部固定網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的任務(wù)。
如果美國積極尋求共享和最終重新分配C波段下行鏈路頻譜，這可能允許第二輪5G頻譜擴(kuò)展，這可以使美國的現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的速度和覆蓋范圍得到提升。然而，這種頻譜重新分配的好處將取決于全球的設(shè)備商們開發(fā)的設(shè)備是否在C波段內(nèi)運(yùn)行，所以美國需要推動(dòng)全球接受該部分頻譜作為全球利用頻段。
公共部門：商務(wù)部
美國商務(wù)部的國家電信和信息管理局（NTIA）管理聯(lián)邦使用頻譜分配。商務(wù)部目前正在制定“國家頻譜戰(zhàn)略”，以改進(jìn)頻譜管理，確定研究和發(fā)展優(yōu)先事項(xiàng)，以創(chuàng)造新技術(shù)，并匯總聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的頻譜業(yè)務(wù)需求。NTIA將與新的頻譜戰(zhàn)略工作組（由總統(tǒng)備忘錄建立）合作，共同努力制定和實(shí)施該國家戰(zhàn)略，并協(xié)調(diào)研究，開發(fā)，測(cè)試和評(píng)估工作。如果國防部要分享其頻譜，就必須與NTIA密切合作，以管理該共享過程。
第3章：國防部的發(fā)展和5G技術(shù)的采用
5G對(duì)國防部的影響
雖然5G的大部分討論圍繞著商業(yè)部門作為其推出背后的驅(qū)動(dòng)力，但5G技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)同樣可以徹底改變國防部的運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)和信息流程。國防部必須積極參與才能追上不斷變化的5G環(huán)境。5G將實(shí)現(xiàn)在地理上分散的系統(tǒng)中近乎實(shí)時(shí)地共享更大量的數(shù)據(jù)這一新的運(yùn)營理念。目前，使用傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)無法有效地完成該規(guī)模的數(shù)據(jù)共享。5G使當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的延遲將變得更低，數(shù)據(jù)傳輸能力和容量將變得更大，但5G最大的應(yīng)用潛力在于對(duì)未來戰(zhàn)爭或軍事網(wǎng)絡(luò)的潛在影響。在快速變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，5G可以使大量價(jià)格低廉的、互聯(lián)的、更具安全彈性的設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)作。
5G能夠?qū)啦慨?dāng)前的分散網(wǎng)絡(luò)整合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，以促進(jìn)改善態(tài)勢(shì)感知和決策。防御網(wǎng)絡(luò)范圍的擴(kuò)大將使高超聲速武器和高超音速防御等新技術(shù)得以部署，并有可能加強(qiáng)核C3等現(xiàn)有任務(wù)。在企業(yè)層面，5G可以極大地改善物流、維護(hù)等日常工作，從而提高國防部的工作效率和速度。
然而，5G也為國防部的未來帶來了嚴(yán)重的潛在風(fēng)險(xiǎn)。國防部在未來海外運(yùn)營時(shí)，絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)可能依賴于5G基礎(chǔ)設(shè)施。如果中國在5G基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，那么國防部未來的5G生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)將中國組件嵌入其中。這將對(duì)國防部業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此外，連接設(shè)備數(shù)量的增長增加了對(duì)手跨越國防部網(wǎng)絡(luò)的潛在“攻擊面”，這需要提高跨系統(tǒng)的警惕性和安全性。大量數(shù)據(jù)的傳輸會(huì)使此任務(wù)復(fù)雜化，因?yàn)檫@會(huì)使檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的惡意流量變得更加困難。
轉(zhuǎn)向Sub-6GHz的頻段
在5G頻段方面，美國可能繼續(xù)選擇使用毫米波，而以中國為代表的其他國家則主要采用的是Sub-6 GHz頻段。國防部作為一個(gè)在海外運(yùn)營的政府實(shí)體，無論美國如何選擇在國內(nèi)實(shí)施5G，國防部最終都必須學(xué)會(huì)在Sub-6 GHz的基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)營5G網(wǎng)絡(luò)。因此，美國必須在提高Sub-6 GHz能力上加大投資，并采取措施分享其頻譜。然而，國防部內(nèi)部存在合理的擔(dān)憂，即開放Sub-6 GHz頻段將產(chǎn)生許多運(yùn)營問題，從頻譜優(yōu)化到安全漏洞。如果國防部運(yùn)營商被迫分享他們的頻段，有人擔(dān)心這可能會(huì)暫時(shí)或永久地降低系統(tǒng)的性能。增加商業(yè)用戶也會(huì)使得Sub-6 GHz頻譜的整體更加擁塞，增加國防部運(yùn)營商連接中斷的風(fēng)險(xiǎn)。
但是，如果美國和美國國防部不會(huì)轉(zhuǎn)向Sub-6 GHz，國防部將面臨獲得和落實(shí)5G部署的進(jìn)一步挑戰(zhàn)。盡管毫米波的組件通常比Sub-6 GHz的組件更緊湊，但毫米波需要更多的基站彼此靠近以保持連接（即便如此，仍然存在干擾的風(fēng)險(xiǎn)，例如汽車在基站前移動(dòng)或惡劣的天氣將中斷連接）。如果一個(gè)人或平臺(tái)必須攜帶多個(gè)天線，特別是在邊緣，這在邏輯上很快就會(huì)變得不切實(shí)際。對(duì)處于戒備或者戰(zhàn)斗狀態(tài)下的軍隊(duì)單位需要攜帶多個(gè)天線來保證軍事網(wǎng)絡(luò)的通訊順暢在邏輯上是不切實(shí)際的。此外，國防部的獲得系統(tǒng)是緩慢實(shí)現(xiàn)的并且可能需要數(shù)年才能為毫米波的網(wǎng)絡(luò)部署提供必要的系統(tǒng)，而大多數(shù)系統(tǒng)可能已經(jīng)過時(shí)。相比于Sub-6 GHz的中頻頻譜，國防部和聯(lián)邦通信委員會(huì)目前優(yōu)先考慮毫米波，特別聚焦于28GHz到37 GHz的頻段，但由于毫米波的部署不切實(shí)際，這是一個(gè)根本性的缺陷。國防部必須準(zhǔn)備在Sub-6 GHz的5G生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)行，這需要轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略，并考慮國防部愿意在Sub-6 GHz領(lǐng)域的哪個(gè)頻段范圍分享帶寬。
這種轉(zhuǎn)變可能帶來一些固有的好處。使用與任何其他公司或國家相同的基礎(chǔ)設(shè)施所帶來的匿名性提供了一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全形式。政府和民用的整合可以通過允許軍事流量“隱藏在視線中”來提供一層安全性，因?yàn)榱髁孔兊酶y以看到和分離出來。同樣，可能會(huì)阻止對(duì)手干擾此頻譜，因?yàn)樗鼈兛赡茉谕活l段上運(yùn)行。政府將維持初級(jí)頻譜接入，同時(shí)也受益于來自商業(yè)部門的技術(shù)進(jìn)步，這些技術(shù)來自Sub-6 GHz范圍的業(yè)務(wù)，這將有助于政府縮小商業(yè)部門與當(dāng)前軍事通信狀況之間的差距，也為網(wǎng)絡(luò)和通信人員提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，通過在國內(nèi)和國外定期共享并管理頻譜，學(xué)習(xí)如何使頻譜更具彈性。
Sub-6GHz的頻譜共享道路
頻譜共享的想法并不新鮮。2010年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)確定了3550-3700MHz的頻譜帶，稱為公民寬帶無線電業(yè)務(wù)（CBRS），作為潛在的頻譜共享機(jī)會(huì)。CBRS利用LTE網(wǎng)絡(luò)提供無線語音，文本和數(shù)據(jù)服務(wù)，由于聯(lián)邦通信委員會(huì) 2010年國家寬帶計(jì)劃為新移動(dòng)用戶提供更多頻譜，因此該頻譜被釋放。2015年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)正式授權(quán)以前由美國海軍和國防部單獨(dú)使用的3.5 GHz頻段區(qū)域的共享。CBRS將增強(qiáng)光纖接入的“最后一英里”，以提供固定無線服務(wù)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)功能。CBRS頻譜可以由用戶免許可，或者他們可以在使用期間購買臨時(shí)許可，并且允許以更快速和有效的方式部署服務(wù)。國防部仍然是該頻段的現(xiàn)任用戶，因此其他用戶將受到頻譜接入系統(tǒng)（SAS）的限制，該系統(tǒng)確保消除沖突以消除對(duì)軍事用途的干擾。SAS系統(tǒng)在頻段分配時(shí)保持國防部的優(yōu)先級(jí)，但在未被占用時(shí)為商業(yè)用戶保持頻段開放。
這一先例可以作為國防部與商業(yè)部門之間未來頻譜共享的指南。通過提供自己的帶寬來分享，國防部還可以鼓勵(lì)“雙向”頻譜共享系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，民用和聯(lián)邦用戶可以通過不同的優(yōu)先級(jí)來訪問彼此的頻譜。這將增加輔助級(jí)別上國防部可用的頻譜量，同時(shí)保持其自身帶寬中的優(yōu)先級(jí)訪問。此外，由于本章開頭列出的原因，國防部將從5G開發(fā)中獲益。國防部可能會(huì)在開始分享部分頻譜的初期有一些成長的痛苦，但5G能力的凈增益最終將彌補(bǔ)這一痛苦。如果國防部沒有開始分享Sub-6 GHz的頻譜，那么美國公司將無法開發(fā)他們自己具有競爭優(yōu)勢(shì)的Sub-6 GHz的5G產(chǎn)品，外國供應(yīng)商將越來越多地嵌入他們的全球網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)產(chǎn)品，這將增加依賴供應(yīng)鏈而帶來網(wǎng)絡(luò)受損的風(fēng)險(xiǎn)。
5G的安全挑戰(zhàn)
供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)
國防部正面臨的未來5G的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)之一就是供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，從子部件到完整的網(wǎng)絡(luò)級(jí)再到服務(wù)級(jí)，層級(jí)越高，供應(yīng)鏈存在的風(fēng)險(xiǎn)越大，也越容易被攻擊。在過去的幾十年中，國防部能夠在滿足其獨(dú)特需求的定制系統(tǒng)上運(yùn)行，因?yàn)橄鄬?duì)于其他商業(yè)世界而言它是一個(gè)大用戶，但現(xiàn)在這種特權(quán)已不復(fù)存在。商業(yè)部門的技術(shù)開發(fā)和使用使得國防部的技術(shù)發(fā)展和使用相形見絀，國防部在孤立的定制系統(tǒng)和架構(gòu)上進(jìn)行構(gòu)建和運(yùn)營已經(jīng)不再實(shí)用。在即將到來的5G時(shí)代，國防部越來越依賴商用現(xiàn)貨（COTS）設(shè)備和商業(yè)服務(wù)。
國防部可以將商業(yè)投入納入其5G基礎(chǔ)設(shè)施的四個(gè)層級(jí)：射頻組件，集成芯片組，設(shè)備和服務(wù)。射頻組件可包括從半導(dǎo)體到交換設(shè)備和放大器在內(nèi)的各種子組件。集成芯片融合了不同的子組件和子系統(tǒng)來與系統(tǒng)組件進(jìn)行交互。設(shè)備的范圍從移動(dòng)設(shè)備的耳機(jī)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中包括前面提到的子組件和集成芯片。最后，前三類基礎(chǔ)設(shè)施中的每一個(gè)都帶有一系列的服務(wù)產(chǎn)品，用于操作、管理和維護(hù)它們。
商業(yè)公司可以提供上述任何和所有基礎(chǔ)設(shè)施，但這帶來了無意或惡意安全漏洞的風(fēng)險(xiǎn)，這些漏洞使國防部系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)面臨風(fēng)險(xiǎn)。如果中國成為從子組件級(jí)到集成系統(tǒng)級(jí)提供5G基礎(chǔ)設(shè)施的全球領(lǐng)導(dǎo)者，即使美國限制中國產(chǎn)品進(jìn)入美國市場(chǎng)，國防部的5G生態(tài)系統(tǒng)也將面臨包含安全漏洞在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閲啦咳匀恍枰诤Ｍ獾耐鈬W(wǎng)絡(luò)上運(yùn)營，這些網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)備也可能由中國的供應(yīng)鏈來提供。在過去的十年中，國防部已經(jīng)從定制計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)向商用計(jì)算系統(tǒng)，但這種方法的改變比目前面臨的風(fēng)險(xiǎn)更小，因?yàn)槊绹髟琢擞?jì)算系統(tǒng)市場(chǎng)并能夠“擁有”供應(yīng)鏈和更好地保護(hù)它免受漏洞攻擊。因此，國防部現(xiàn)在可以做到將不同程度的COTS產(chǎn)品納入其計(jì)算系統(tǒng)，同時(shí)將漏洞風(fēng)險(xiǎn)保持在可接受的水平。然而，在目前的5G競爭中，無論是國防部還是美國政府都無法決定5G供應(yīng)鏈的內(nèi)容和整合--我們專注于構(gòu)建毫米波頻段的5G生態(tài)系統(tǒng)，使我們脫離了Sub-6 GHz頻段的5G生態(tài)系統(tǒng)的全球供應(yīng)鏈。如果世界其他地區(qū)接受中國產(chǎn)品作為5G的更便宜和更優(yōu)越的選擇，這種不匹配將給國防部帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。
5G基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)
無論在什么頻段運(yùn)行，5G網(wǎng)絡(luò)都有許多安全風(fēng)險(xiǎn)需要考慮。雖然國防部的安全重點(diǎn)通常是供應(yīng)商安裝的可用于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或泄露信息的后門，但在5G推出期間和之后，由于糟糕的軟件開發(fā)實(shí)踐，也可能帶來各種各樣的安全問題。英國一份關(guān)于與華為和英國政府共同努力管理華為在英國部署的安全問題的報(bào)告中提到了其中的許多風(fēng)險(xiǎn)。糟糕的軟件開發(fā)帶來的安全問題是一個(gè)普遍的問題，而且不僅限于中國供應(yīng)商。
即使用于5G基站的特定軟件版本可能是安全且良好實(shí)施的，也不能保證未來版本將繼續(xù)同樣安全。將不可避免地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并需要軟件補(bǔ)丁，并且可能需要快速部署這些修補(bǔ)程序，而無需充分考慮補(bǔ)丁可能引入的新安全問題。驗(yàn)證每次迭代持續(xù)安全性將變得越來越具有挑戰(zhàn)性。
即使基站代碼是安全的并且隨著時(shí)間的推移得到良好管理，無線基礎(chǔ)設(shè)施提供商的商業(yè)模型也是這樣的，即來自供應(yīng)商的人員通常參與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)試，操作和維護(hù)。這要求供應(yīng)商訪問運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的核心管理系統(tǒng)，并允許供應(yīng)商將軟件部署到系統(tǒng)中的設(shè)備。在許多情況下，美國境內(nèi)外的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商將網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)運(yùn)營外包給設(shè)備供應(yīng)商，通過第三方活動(dòng)增加潛在的漏洞。
現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)通常也外包給供應(yīng)商。訪問現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的服務(wù)人員可以將新軟件上載到網(wǎng)絡(luò)并更改網(wǎng)絡(luò)配置。國防部在打擊惡意軟件方面有著悠久的歷史，這些惡意軟件通過未打補(bǔ)丁的計(jì)算機(jī)傳播到武器系統(tǒng)中，沒有進(jìn)行多因素身份驗(yàn)證，或者由于人員使用不當(dāng)而暴露于安全漏洞。所有這些和更多的問題適用于供應(yīng)商維護(hù)計(jì)算機(jī)。這些支持系統(tǒng)很少被安全工程師檢查，但是它們可能配備了憑證，使其具有將漏洞插入基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)大功能。
無線接入網(wǎng)(RAN)供應(yīng)商通常決定核心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的選擇，而這些基礎(chǔ)設(shè)施又管理著回程鏈路和全國光纖網(wǎng)絡(luò)上的流量。它們還提供核心身份驗(yàn)證服務(wù)、執(zhí)行合法攔截、名稱服務(wù)器功能和與互聯(lián)網(wǎng)的互連的能力。這種控制源于供應(yīng)商使用非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)通信和管理基站，以及整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。因此，運(yùn)營商可能難以為華為基站選擇非華為核心基礎(chǔ)設(shè)施。多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)通常被配置為公共供應(yīng)商設(shè)備的孤島，如果發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商存在嚴(yán)重的安全問題，則在基礎(chǔ)設(shè)施中替換該供應(yīng)商可能幾乎需要完全重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。
5G核心基礎(chǔ)設(shè)施還存在一些額外的問題，比如網(wǎng)絡(luò)“切片”功能，它會(huì)將網(wǎng)絡(luò)暴露給非運(yùn)營商。例如，如果虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔需要一個(gè)托管的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施片來與基于云的游戲服務(wù)通信，這將通過允許信令和控制邊緣和基于云的計(jì)算實(shí)體來增加核心網(wǎng)絡(luò)的攻擊面。
5G設(shè)備
除了5G基礎(chǔ)設(shè)施的安全性以外，國防部也必須考慮與5G設(shè)備相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果目前中國在無線設(shè)備市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位的趨勢(shì)仍在繼續(xù)，即使中國廠商的設(shè)備被拒絕進(jìn)入美國市場(chǎng)，由于其設(shè)備在世界其他地區(qū)的普及使得中國廠商的市場(chǎng)份額和復(fù)雜程度將繼續(xù)增長。在美國部署海外的部隊(duì)使用這些設(shè)備時(shí)，無論是公務(wù)還是個(gè)人用途，國防部都必須解決因使用這些設(shè)備而引起的問題。
全球各種設(shè)備都發(fā)現(xiàn)了后門或安全漏洞的證據(jù)。其中許多似乎與中國情報(bào)部門要求公司向公眾提供有關(guān)國內(nèi)用戶信息的要求有關(guān)。在最近案例中，諾基亞安卓手機(jī)被發(fā)現(xiàn)有一個(gè)后門，將各種數(shù)據(jù)發(fā)送到位于中國電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。諾基亞故意將此代碼構(gòu)建到銷往中國的設(shè)備中，但后來意外地將其安裝到其他所有設(shè)備上。2018年，制造安全攝像頭的中國相機(jī)供應(yīng)商雄邁的軟件被發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)反向默認(rèn)的無證后門用戶，可以訪問數(shù)百萬臺(tái)攝像機(jī)。
這些事件和其他事件表明，中國的情報(bào)機(jī)構(gòu)可能會(huì)要求在運(yùn)往中國的設(shè)備上加裝后門，以協(xié)助其內(nèi)部監(jiān)控活動(dòng)。由于軟件開發(fā)環(huán)境的性質(zhì)，很難為發(fā)送到特定目的地的設(shè)備建立單獨(dú)維護(hù)的代碼庫集，其中一些代碼選項(xiàng)只能在特定目的地生效。當(dāng)這些設(shè)備被運(yùn)往中國境外時(shí)，這些后門仍然可以用來泄露信息。
我們只能推測(cè)這些安全漏洞的傳播是有意還是無意。但是，如果中國政策確實(shí)要求在中國銷售的設(shè)備中嵌入后門訪問以用于內(nèi)部安全目的，那么應(yīng)用于這樣一個(gè)大市場(chǎng)的這種受損代碼會(huì)增加這些漏洞將蔓延到世界其他地方的風(fēng)險(xiǎn)。如果中國在5G設(shè)備市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，無論是作為制造商還是作為一個(gè)龐大而有吸引力的用戶市場(chǎng)，那么這種脆弱性潛力只會(huì)繼續(xù)蔓延，并使更大的5G生態(tài)系統(tǒng)面臨風(fēng)險(xiǎn)。
第4章：委員會(huì)對(duì)5G的建議
理事會(huì)建議
國防創(chuàng)新委員會(huì)的建議基于這樣的假設(shè)：由于傳播和成本限制，毫米波基本上不能在美國大規(guī)模部署，而且Sub-6 GHz的中頻頻譜（在3 GHz和4 GHz范圍內(nèi)）將成為未來幾年廣域網(wǎng)的全球標(biāo)準(zhǔn)。該假設(shè)基于對(duì)毫米波的工程要求的評(píng)估以及各種研究，這些研究是關(guān)于預(yù)測(cè)支持有限毫米波的5G網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)成本。此外，美國供應(yīng)商的當(dāng)前財(cái)務(wù)狀況可能或多或少的會(huì)抑制他們投資所需資本支出以支持毫米波網(wǎng)絡(luò)的能力。
建議一
國防部需要盡早制定共享Sub-6 GHz頻段的計(jì)劃以塑造未來的5G生態(tài)系統(tǒng)，包括評(píng)估什么時(shí)候需要共享哪些帶寬以及共享帶寬的范圍，以及共享將如何影響國防部系統(tǒng)。
國防部和聯(lián)邦通信委員會(huì)必須考慮將5G頻譜的戰(zhàn)略從毫米波（mmWave）轉(zhuǎn)向Sub-6 GHz。國防部和聯(lián)邦通信委員會(huì)一直將28GHz和37 GHz帶寬優(yōu)先考慮作為5G開發(fā)的選項(xiàng)，但這種努力是錯(cuò)誤的。這片文章涵蓋了與毫米波在實(shí)現(xiàn)方面相關(guān)的廣泛限制，以及世界其他地區(qū)將采用Sub-6 GHz的5G生態(tài)系統(tǒng)。鑒于此，國防部必須通過關(guān)注與這些頻譜范圍內(nèi)的民用5G業(yè)務(wù)共存（如果不是明確共享）來為未來的運(yùn)營環(huán)境做好準(zhǔn)備。
國防部應(yīng)該尤其關(guān)注中國已經(jīng)使用的Sub-6 GHz頻段范圍。中國的5G系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施工作在3.2-3.6GHz范圍內(nèi)，以及4.8-5.0 GHz范圍。因此，商業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)該范圍配置的半導(dǎo)體和手機(jī)，國防部應(yīng)該針對(duì)最發(fā)達(dá)的市場(chǎng)，加速在美國進(jìn)行5G 6 Sub-6 GHz的部署。向復(fù)雜的多頻段收發(fā)器添加新頻段大約需要兩年時(shí)間，美國將能夠通過利用市場(chǎng)上已有的子組件和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更成熟的頻譜使用，例如使用現(xiàn)有的高通產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)中國5G系統(tǒng)使用的頻段，從而避免花費(fèi)額外的時(shí)間來彌補(bǔ)追趕這兩年在5G研究上的落后。
作為額外考慮，國防部目前在4GHz頻譜中占用約500MHz的空間。國防部應(yīng)該采取行動(dòng)分享這個(gè)空間的一部分，因?yàn)樗且粋€(gè)可能對(duì)5G開發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重影響的大量帶寬。5G在大量連續(xù)帶寬上能夠最佳運(yùn)行，而該范圍的共享可以提供推動(dòng)5G發(fā)展的頻段空間。
為了提供額外的頻譜可用性，國防部應(yīng)建議國家電信與信息管理機(jī)構(gòu)（NTIA），聯(lián)邦通信委員會(huì)和國務(wù)院應(yīng)在今年晚些時(shí)候的世界無線電大會(huì)（WRC-19）中提倡將C波段衛(wèi)星頻譜重新分配給IMT-2000 5G使用，并采取措施，在加速的固定業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，在美國所有500 MHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻段共享。雖然這對(duì)美國5G移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的影響有限，但在這個(gè)頻段內(nèi)共享可以提供100 Mbps及以上的廣泛覆蓋，以便為美國農(nóng)村的大部分地區(qū)提供固定寬帶服務(wù)。
國防部應(yīng)鼓勵(lì)其他政府機(jī)構(gòu)激勵(lì)行業(yè)采用通用的5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Sub-6 GHz的部署。激勵(lì)措施包括加速折舊，稅收優(yōu)惠，低息貸款以及政府購買設(shè)備和服務(wù)。
該建議不要求拆除在Sub-6GHz頻段中運(yùn)行的國防部系統(tǒng)，也不要求共享所有國防部頻段。國防部必須對(duì)與共享不同頻段相關(guān)的成本和時(shí)間表進(jìn)行深思熟慮且坦誠的分析，并相應(yīng)地確定優(yōu)先順序。
但是，國防部必須牢記，頻段劃分的現(xiàn)狀是不可能一直持續(xù)的。5G能力需要更大的頻譜帶，比如說毫米波，如果沒有額外的帶寬，僅靠Sub-6 GHz頻段美國并不能獲得真正的5G。明年，國防部將基于其使用的Sub-6 GHz頻段,決定在美國是否采用5G。
如果國防部分享其部分Sub-6 GHz的頻段，它將明顯受益。隨著商業(yè)部門開發(fā)和部署5G技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)，國防部將能夠利用商業(yè)創(chuàng)新來建立自己新的和改進(jìn)的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)。在戰(zhàn)略層面，5G可以通過將更多系統(tǒng)集成到一個(gè)能夠更快，更低延遲地共享更多數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，在態(tài)勢(shì)感知和決策制定方面實(shí)現(xiàn)階段性變革。
這項(xiàng)工作需要與國家電信與信息管理機(jī)構(gòu)密切協(xié)調(diào)，以清除和重新分配頻譜。僅僅分享頻譜是不夠的，時(shí)機(jī)才是至關(guān)重要的，必須盡快完成，以保持美國與中國，韓國和日本的競爭力。
如果沒有本報(bào)告中概述的積極行動(dòng)，我們認(rèn)為美國很可能無法說服世界其他國家采用毫米波技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)的5G途徑。這可能會(huì)使全球市場(chǎng)分化，導(dǎo)致全球大多數(shù)采用 Sub-6技術(shù)來實(shí)現(xiàn)5G，這些技術(shù)將由中國設(shè)備和手機(jī)制造商主導(dǎo)。
建議二
國防部必須盡快準(zhǔn)備在后西方無線生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)行。該計(jì)劃應(yīng)當(dāng)包括對(duì)工程級(jí)和戰(zhàn)略級(jí)的系統(tǒng)安全和健壯性的研發(fā)資金計(jì)劃。
共享部分Sub-6GHz頻段當(dāng)然將有助于美國5G的發(fā)展，但要獲得相對(duì)于中國的競爭優(yōu)勢(shì)，就需要以國防部從未見過的速度和規(guī)模采取行動(dòng)。出于這個(gè)原因，很可能美國以外的大多數(shù)國家將采用Sub-6GHz的解決方案，迫使國防部在后西方無線生態(tài)系統(tǒng)上運(yùn)行。在這種情況下，國防部應(yīng)該假設(shè)所有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施最終都會(huì)從加密和彈性角度受到網(wǎng)絡(luò)攻擊。
國防部必須采用“零信任”網(wǎng)絡(luò)模式。外圍防御模型已經(jīng)被證明是無效的，5G只會(huì)加劇這個(gè)問題，因?yàn)楦嗟南到y(tǒng)被連接到一個(gè)共同的網(wǎng)絡(luò)。不應(yīng)僅僅通過附加到特定網(wǎng)絡(luò)來授予信息訪問權(quán)限，而應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種安全檢查授予信息訪問權(quán)限。國防部還應(yīng)該計(jì)劃采用量子抗性密鑰交換機(jī)制來應(yīng)對(duì)公鑰交換算法的最終下降，特別是考慮到中國在量子計(jì)算方面的投資。
雖然“零信任”網(wǎng)絡(luò)可以通過密碼術(shù)保護(hù)上下文交換，但這些交換仍將受到流量分析和網(wǎng)絡(luò)利用率激增的檢測(cè)。國防部應(yīng)該努力保持大量數(shù)據(jù)不斷流動(dòng)，以免操作節(jié)奏的增加被注意到。
除了這些安全預(yù)防措施之外，國防部還必須通過提高整體彈性和在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中建立冗余層來抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊和滲透，以確保不間斷的連接。
國防部將需要考慮防范供應(yīng)鏈?zhǔn)軗p的選擇，其中中國半導(dǎo)體元件和芯片組嵌入在多個(gè)系統(tǒng)中。國防部應(yīng)該通過投入研發(fā)來研究劃分系統(tǒng)的影響，以限制攻擊者橫向移動(dòng)到其他系統(tǒng)的能力。這將帶來性能的成本增加，國防部必須找到能夠安全性和基本功能的平衡點(diǎn)。
美國國防部應(yīng)倡導(dǎo)積極保護(hù)美國技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IPR），以減緩中國電信生態(tài)系統(tǒng)的擴(kuò)張。美國應(yīng)該利用出口管制來減緩西方供應(yīng)商的市場(chǎng)損失率，即使它可能會(huì)增加中國實(shí)現(xiàn)自給自足的速度。
國防部將越來越多地被迫在沒有他們參加的定制基礎(chǔ)設(shè)施的共享商業(yè)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)營（如核C3的情況）。國防部必須分析與該轉(zhuǎn)變相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和收益，并調(diào)整其運(yùn)營概念以解決這一問題。
國防部需要考慮受損供應(yīng)鏈的更廣泛影響，例如個(gè)人設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)和可以從這些設(shè)備上的活動(dòng)中獲得的信息。如果中國能夠收集這些數(shù)據(jù)，國防部應(yīng)考慮采用離散指令來抵御傳統(tǒng)國防部系統(tǒng)和平臺(tái)之外的這些漏洞，例如通過培訓(xùn)來限制通過個(gè)人設(shè)備使用在無意中共享個(gè)人身份信息(PII)。
除了這些努力之外，國防部還應(yīng)該在5G以上的未來幾代無線技術(shù)基礎(chǔ)上開展測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。這種測(cè)試和實(shí)驗(yàn)將在更長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，以確保美國準(zhǔn)備領(lǐng)導(dǎo)下一代過渡。這些活動(dòng)可以包括測(cè)試Sub-6 GHz頻段的共享，以及對(duì)未來的毫米波的部署和傳播的改進(jìn)。
建議三
國防部應(yīng)當(dāng)建議美國政府調(diào)整貿(mào)易戰(zhàn)略來應(yīng)對(duì)可能會(huì)將國家安全資產(chǎn)和使命置于威脅中的供應(yīng)鏈漏洞。
受損的供應(yīng)鏈問題會(huì)通過在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中引入漏洞對(duì)國家安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，這可能會(huì)被敵對(duì)行動(dòng)者利用來破壞國防部的運(yùn)營。這些脆弱性的蔓延通過降低進(jìn)攻行動(dòng)的障礙同時(shí)削弱防守陣地，創(chuàng)造了一個(gè)日益不穩(wěn)定的環(huán)境。
為了應(yīng)對(duì)這種威脅，國防部應(yīng)該倡導(dǎo)貿(mào)易政策獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)安全代碼進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，并通過關(guān)稅懲罰有漏洞的代碼（良好發(fā)展實(shí)踐的“貨幣化”）。例如，美國可以自動(dòng)對(duì)發(fā)現(xiàn)有后門或嚴(yán)重安全漏洞的任何國家的任何商品征收高額關(guān)稅（比如說75％）。這將給不安全因素帶來市場(chǎng)成本，并且還會(huì)激勵(lì)國內(nèi)公司為安全研究人員提供資金，以發(fā)現(xiàn)競爭對(duì)手產(chǎn)品的脆弱性，從而觸發(fā)關(guān)稅。這將提高國防部生態(tài)系統(tǒng)的整體安全性，而不必披露條款50的漏洞。
美國應(yīng)該鼓勵(lì)五眼（五國情報(bào)組織）和北約合作國家采用相同的關(guān)稅，無論產(chǎn)品來自哪個(gè)國家。和關(guān)注設(shè)備安全性相比，美國通過關(guān)稅貿(mào)易戰(zhàn)的形式可以獲取到更加多的利益。
國防部應(yīng)建議CFIUS停止與有銷售過帶有后門和安全漏洞產(chǎn)品歷史的公司進(jìn)行交易。
此外，美國應(yīng)繼續(xù)鼓勵(lì)伙伴國家保護(hù)自己的供應(yīng)鏈，并拒絕接觸銷售5G商品的中國國有企業(yè)（SOEs）。
