找回密碼
 立即注冊

掃一掃,登錄網站

首頁 自媒體 查看內容
  • 7431
  • 0
  • 分享到

美國國防部發布《5G生態系統: 對美國國防部的風險與機遇》報告(全文翻譯)

2019-6-3 14:08

來源: gh_6b868ed249de

歡迎

分享

      隨著5G商用不斷加速,美國對于爭奪5G領先地位的焦慮感和緊迫感日益強烈。2019年4月3日,美國國防部國防創新委員會發布了《5G生態系統:對美國國防部的風險與機遇》(《THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD》)報告(以下簡稱報告),該報告重點分析了5G發展歷程、目前全球競爭態勢以及5G技術對國防部的影響與挑戰,重點分析了中國在5G領域的發展情況以及未來對國防安全的影響,并在頻譜政策、供應鏈和基礎設施安全等方面提出了等方面建議。





5G生態系統:對美國國防部的風險與機遇(全文翻譯)



發布機構:國防創新委員會

發布日期:2019年4月

翻譯:中國信通院5G創新研究中心



概要

“5G”指的是即將到來的第五代無線網絡和技術,它相比第四代(4G和4G LTE)網絡在數據傳輸速度、容量和延遲(數據傳輸延遲)方面都有較大的飛躍。5G所帶來一系列新技術,將會在從無人駕駛汽車到智能城市、從虛擬現實到作戰網絡等各領域重新建立公眾及個人的業務標準。無線時代的歷史變遷表明,該領域內先行者國家將獲得數十億美元的收益,同時還將創造大量就業崗位,并在技術創新方面處于領先地位。同時先行者國家還會制定標準和規范,其他國家將不得不采用這些標準和規范。相反地,在以前的無線迭代轉變中落后的國家因為不得不采用領先國家的標準、技術和架構,從而喪失了新一代無線技術的開發能力和市場潛力。

2010年初,AT&T和Verizon利用在2008年競標中贏得的700兆赫(MHz)頻譜迅速在全美部署LTE。在這一部署的基礎上,美國成為(繼芬蘭之后)第一個擁有LTE綜合網絡的國家,LTE網絡的性能大約是當時3G網絡的10倍。這種性能上的進步推動了智能手機的迅速普及,這種新型手機不僅可以傳輸更多內容,而且速度更快。Apple、Google、Facebook、Amazon、Netflix等無數美國公司都針對這一頻譜開發了新應用程序和服務。隨著LTE技術在其他國家部署,相應的手機和應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網服務領域的全球主導地位,并創造了一個由美國領導的無線生態系統,美國國防部和世界其他地區近十年都在使用這一系統。

自LTE推出以來,原來的無線競爭格局發生了變化。中國電信設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、諾基亞等這些傳統市場領軍企業同期營收均有所下降。華為、中興通訊、小米、VIVO和OPPO等中國手機廠商在全球市場份額迅速增長,盡管在美國市場的銷量還比較小,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網公司都是美國公司。如今,在前十名中中國企業占了四個席位。這種趨勢仍在繼續,如果中國繼續領先,以5G為代表的未來網絡有可能進一步向中國傾斜。

從4G向5G的轉變將極大地影響全球通信網絡的未來,并從根本上改變美國國防部運作的環境。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部門推動。本文對5G的商業環境和國防部運作環境進行了深入研究,以全面了解利益相關者的態度和5G的未來。

5G具備從網絡互聯到戰場的戰術邊緣增強國防部決策和戰略能力的能力。5G將增強國防部多個系統連接到更廣泛網絡的能力,實現實時共享信息,改善跨服務、地理和領域的通信水平,同時開發戰場的通用圖像處理技術,以提高動態感知能力。這種改良的連通能力將使一系列新技術和任務成為可能,從超音速和高超音速防御到彈性衛星組網和多跳網絡。

頻譜將在5G的運營、開發和推廣中發揮關鍵作用。峰值數據速率由無線服務可用的頻譜數量決定。在4G中,最多可以將5個20兆赫的信道連接在一起。但在5G中,可以連接多達5個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技術將被部署到目前使用的蜂窩頻譜中,并在性能上實現一定的提高(LTE已經相當優化),但全面的5G開發將需要更多的頻譜,以便為消費者、國防部或其他部門提供性能上的進一步改進。

全球領域目前采用兩種方法部署數百兆赫的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)。美國的運營商主要專注于5G的毫米波部署,因為世界其他地區使用的5G的3GHz和4GHz頻譜大部分是美國獨有的聯邦頻段,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,對于可選的頻譜波段,無論是Sub-6還是毫米波,都將影響5G發展的方方面面。3Ghz和4Ghz之間的頻譜波段主導了全球的5G活動,因為相比于毫米波頻譜,3Ghz和4Ghz的傳播范圍得到了改善,能用更少的基站數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,美國運營商和控制美國民用頻譜的聯邦通信委員會(FCC)將毫米波頻譜作為國內5G的核心。

美國運營商可能會繼續探索毫米波,但如果沒有追隨者,就不可能在5G領域領先。無線網絡的領導地位要求全球市場認可并遵循領導者所制定的頻譜頻段規范,因為這些5G子組件和產品最終將推動跨網絡的互通。世界其他地區與美國運營商相比,并不存在相同的Sub-6頻段限制問題,所以他們后續將在該范圍內尋求5G的發展。因此,如果美國繼續探索與世界其他國家不同的頻譜范圍,可能會發現自己沒有全球供應鏈基礎。

如果世界上大多數國家采用的未來5G生態系統是建立在Sub-6中頻頻譜之上,美國也將面臨毫米波設備通用性的挑戰和Sub-6基礎設施安全問題。隨著Sub-6成為全球標準,目前在這一領域處于領先地位的中國很可能會成為這一階段的引領者。這將給依賴供應鏈中有中國組件網絡的國防部海外行動帶來安全風險。即使美國限制國內使用中國設備供應商的產品,但美國在無線領域的市場規模還不夠大,無法阻止中國5G供應商繼續在全球范圍內增加市場份額,從而對一批將服務于美國市場的供應商造成巨大壓力。由于市場份額下降以及競爭產品造成的數量限制,美國國防部和美國工業產業更好和更便宜的全球供應鏈將很可能被剝奪,進而導致美國供應商無法投資研發未來的5G產品。

中國計劃部署第一個廣泛使用的5G網絡,其首批Sub-6網絡服務將于2020年投入使用。先發優勢可能會推動智能手機和電信設備供應商以及國內半導體和系統供應商的市場大幅增長。因此,中國的互聯網公司將為其國內市場開發基于5G速度和低延遲性能的服務和應用程序。隨著5G在全球以類似的頻段部署,中國的智能手機和互聯網應用及服務很可能占據主導地位,即便它們被美國市場排除在外。中國在5G領域的發展,將重現美國在4G領域的輝煌。

 

第1章:5G的歷史和概述

技術產生的歷史

移動無線技術已經發展了幾十年,第一代(1G)于20世紀70年代末推出,80年代初投入使用。從那時起,新一代的技術和無線標準每隔十年左右就會推出一次,最終達到我們目前在4G和5G能力之間過渡的狀態。每一代技術的價值都呈指數級增長,因為每一代技術都推動了商業和軍事領域的一系列技術進步。現有的各代技術均集中在中低頻段(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移動網絡在20世紀80年代初投入使用,它具備語音通信和有限的數據傳輸能力(早期能力約為2.4Kbps)。1G網絡利用模擬信號使用類似AMPS和TACS等標準在分布式基站(托管在基站塔上)網絡之間“傳遞”蜂窩用戶。

2G(消息傳遞):在20世紀90年代,2G移動網絡催生出第一批數字加密電信,提高了語音質量、數據安全性和數據容量,同時通過使用GSM標準的電路交換來提供有限的數據能力。上世紀90年代末,2.5G和2.75G技術分別使用GPRS和EDGE標準提高了數據傳輸速率(高達200Kbps)。后來的2G迭代通過分組交換引入了數據傳輸,為3G技術提供了進身之階。

3G(有限數據:多媒體、文本、互聯網):20世紀90年代末和21世紀初,3G網絡通過完全過渡到數據分組交換,引入了具有更快數據傳輸速度的3G網絡,其中一些語音電路交換已經是2G的標準,這使得數據流成為可能,并在2003年推出了第一個商業3G服務,包括移動互聯網接入、固定無線接入和視頻通話。3G網絡現在使用UMTS和WCDMA等標準,在靜止狀態下將數據速度提高到1Gbps,在移動狀態下提高到350Kbps以上。

4G和LTE(真實數據:動態信息接入,可變設備):2008年推出4G網絡服務,充分利用全IP組網,并完全依賴分組交換,數據傳輸速度是3G的10倍。由于4G網絡的大帶寬優勢和極快的網絡速度提高了視頻數據的質量。LTE網絡的普及為移動設備和數據傳輸設定了通信標準。LTE正在不斷發展,目前正在發布第12版。“LTE-A”的速度可達300MBps。

5G:5G的技術能力和應用范圍仍有待確定。頻譜的選擇和網絡使用環境將決定數據傳輸的速度、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提供難以置信的高速網絡,但在小區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,不會受到環境因素的干擾。目前5G的相關標準正在全球范圍內進行研發,以上條件將最終決定5G的“標準”。

歷史的經驗:代系更迭的先發優勢

在5G之前的幾代更迭過渡中,對領導者國家產生了巨大的商業價值、市場競爭和安全影響。以德國為首的歐洲為例,在2G時代獲得了第一個競爭優勢,諾基亞和愛立信等公司可以更早地推出更先進的設備,并在2000至2010年已經開始向3G轉型,而當時的美國仍在推行2G。在這一時期歐洲無線技術產業蓬勃發展,而美國公司則在努力跟上發展步伐。在3G轉型期間,歐洲失去了這一優勢,因為當時的監管部門要求對3G頻譜資源進行拍賣,而不是把現有的2G頻譜進行重新規劃調整,因此貽誤先機。日本在3G方面處于領先地位,雖然美國最終趕上了日本,但卻花了數年時間。隨著日本加快推進3G,美國企業付出了巨大代價。在這一轉型過程中,美國失去了數千個工作崗位和可觀的收入。在此期間,多家無線技術公司倒閉或被收購到外國公司中。

美國在4G和4G LTE的發展中吸取了教訓。盡管3G的實施進度很慢,但后來的幾年內,美國加大3G投資建設力度,最終使其在4G到來時全面占據先機。此外,FFC還開放了更多頻段的許可,并制定了相關規定,以促進4G網絡的快速擴張。起初,日本緊跟其后,但日本相關產業界未能迅速開發形成成熟的4G生態系統,因此,美國在4G智能設備市場上處于領先地位,并最終在全球取代了日本的操作系統。

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網絡。美國成為繼芬蘭之后第一個全面鋪開LTE網絡的國家,LTE的網絡性能大約是現有3G網絡的10倍。這種性能上的革新推動了4G手機的迅速普及,采用新SOC的手機不僅可以傳輸更多的數據,而且計算速度也快得多。蘋果、谷歌、Facebook、亞馬遜、Netflix等美國公司以及無數其他公司,都利用LTE網絡帶來的大帶寬和新手機功能,研發了新的應用程序和服務。隨著LTE技術在其他國家的推廣,4G手機和4G應用程序服務也傳遍了全球,推動美國在全球無線和互聯網服務領域占據主導地位。

美國從這一領先優勢中受益匪淺。ReconAnalytics在2018年4月發布的一份報告中估計,2011年至2014年間,4G的引入為無線行業貢獻了70%的增長,不僅提高了GDP,同時無線行業的就業崗位增加了80%以上。通過引領4G的發展,美國建立了一個由網絡供應商、設備制造商和應用程序開發商組成的全球生態系統,這種成熟的生態系統塑造了4G的未來,也為其他國家建設4G提供了寶貴經驗。

領導者的優勢在無線通信更新換代中尤為明顯,因為領導者可以

對未來的產品設定基礎架構標準和規范。例如,中國正在本土鋪設光纜,并計劃為參與“一帶一路”的同盟國家鋪設光纜,同時還要在整個歐洲建設5G網絡。此舉將讓中國有選擇的使用某些5G公司和產品投入到這項偉大工程中。中國正在利用這個機會推廣Sub-6頻段的使用,這將影響整個5G產品市場的未來發展。如果有企業想在中國或任何與中國合作建設5G的地方銷售5G產品,那將必須按照中國的要求建造網絡,并與中國企業合作。如此一來將增加了整個供應鏈中產品后門和漏洞的風險。

升級5G將帶來與4G相比規模更大的潛在風險和回報。5G時代的領導者將在未來10年間獲得數千億美元的收入,并在無線技術領域創造廣泛的就業機會。5G也有可能給其他行業帶來革命性的變化:更快、更大的數據吞吐量,自動駕駛等技術將獲得巨大發展。5G還將通過增加多個設備之間的數據量和速度來增強物聯網,甚至取代許多家庭所依賴的固網寬帶。擁有5G的國家將擁有更多的創新,并為世界其他地區設定標準。由于以下原因,這個國家目前不太可能是美國。

頻譜的使用和選擇

部署一個切實可行的5G網絡,頻譜的選擇和可利用性是最重要的因素,因為這將決定數據傳輸的速度、容量和延遲。4G數據傳輸能力無法跟上當前的需求,而5G的升級將通過部署使用毫米波、Sub-6頻段或兩者混用的方式組網,來解決速度和衰減的問題。下面將描述毫米波和Sub-6頻段的優劣勢,以及它們在未來5G生態系統中的潛在應用和角色。

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產生較窄的波束,從而為數據傳輸提供更好的分辨率和安全性,且速度快、數據量大,時延小。其次,有更多的毫米波帶寬可用,不僅提高了數據傳輸速度,還避免了低頻段存在的擁堵(在研究毫米波頻率應用在5G之前,該頻段的主要運用在雷達和衛星業務)。5G毫米波生態系統需要大規模的基礎建設,但可以獲得比4G LTE網絡高20倍的數據傳輸速度。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備上。除了物理特性之外,毫米波對美國5G開發商也極具吸引力,因為美國政府擁有大量的Sub-6頻譜資源,尤其是在3~4GHz范圍,這使得運營商很難在FCC拍賣會上購買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也面臨著各種挑戰。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。因為毫米波網絡需要遍布在基站覆蓋的整個區域中并保持不間斷的連接,這樣就會產生很高的基礎建設的成本。毫米波很容易被墻壁,樹葉和人體本身等障礙物阻擋,這進一步加劇了這一挑戰。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境。

美國已經開始展開毫米波和Sub-6基站建設的有效性研究了。MoffettNathanson LLC最近對Verizon在薩克拉門托5G毫米波工作進行了分析,經過6個月的市場實踐后,發現Verizon的150個固定無線寬帶(FWBB)基站只能向測試地區約6%的用戶提供服務。Verizon一直將薩克拉門托用戶特別密集的地區作為最佳測試環境,并專注于開發固定無線網絡,這比部署移動網絡的毫米波挑戰更小。然而,即使在這些優質的環境中,提高這個解決方案的可行性仍需要大量的基礎建設和時間成本。

谷歌也對國防創新委員會進行了初步的研究,以確定毫米波部署所需的大致資金成本和基站數量,使用28GHz頻段中的425 MHz的頻譜資源(目前美國5G試驗的毫米波配置標準),相比使用3.4GHz頻段中的250 MHz的頻譜資源(Sub-6,中國5G試驗和部署的標準),兩者都部署在現有的72,735個宏蜂窩塔和屋頂上(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標準中,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構陰影的高分辨率地理空間數據,但沒有考慮到人體或車輛的陰影,存在于部署環境中,并且會進一步破壞毫米波的網絡連接。

由于電線桿的易用性和豐富性,大多數運營商正考慮在電線桿上部署毫米波5G站點。利用美國的電線桿數據庫的研究表明,28GHz的毫米波基站需要大約在電線桿上安裝1300萬個,將花費4000億美元,如此才能保證28GHz頻段下以每秒100 Mbps速度達到72%的覆蓋率、每秒1Gbps的速度達到大約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)在洛杉磯相對平坦的地區相同極點高度上部署的傳播差異(藍色表示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,如大規模MIMO和波束賦型。大規模MIMO是一種天線陣列,它將極大地擴展設備連接數和數據吞吐量,并將使基站能夠容納更多用戶的信號,并顯著提高網絡的容量(假設存在多個用戶射頻路徑)。波束賦型是一種識別特定用戶的技術,該技術可以最有效的把數據傳遞給特定用戶并減少附近用戶的干擾。雖然這些技術可以改善毫米波的傳播效率,但是在更大范圍內保持連接穩定仍然存在挑戰。在將毫米波作為一種更通用的無線網絡解決方案部署之前,還需要投入大量的時間和研發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,可以提供比毫米波更寬更廣的區域覆蓋效果,連接中斷風險更低,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建設,再利用上現有的4G基礎設施,這兩點使Sub-6成為潛在的5G標準。考慮到“中國速度”,加快Sub-6的推出時間顯得非常重要。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境中,但Sub-6可能是短期內讓5G覆蓋更廣泛的有效方案,進而將推動5G供應鏈的產品設計和制造,Sub-6將有更多的設備提供支持。

為了最大限度地發揮5G的潛力,需要數百兆赫茲的連續帶寬以優化性能,而Sub-6頻譜已經擠滿了現有的無線系統。在美國,5G的Sub-6技術可能會通過LTE頻譜部署到現有的宏基站中,這將適度改善射頻系統性能,但速度不會達到相同條件下LTE的10倍。LTE在速度上曾超過3G十倍,5G未能實現同樣的突破,因此將削弱5G的Sub-6技術在美國部署的力度。

在美國的另一個挑戰是,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,可以重新規劃政府的頻段或者共享這些頻段,但這兩個方式的時間都相對過長。清除頻譜占用(將現有的用戶和系統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的平均時間通常在10年以上。共享頻譜是一個稍微快一點的過程,因為它不需要對現有的用戶進行徹底的改革,但即使是這樣,也要花費5年以上的時間。

國防部內部也有合理擔憂,共享Sub-6頻譜中將產生頻譜優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,有人擔心這可能會降低國防系統的性能,并且商業用戶的增加還會使Sub-6頻段產生擁塞,增加國防部系統設備連接中斷的風險。頻譜共享是有成功先例的——2010年,FCC向商用部門開放了3550-3700MHz帶寬(稱為公民寬帶無線電服務,簡稱CBRS)。然而,這一進程花了五年多的時間,在目前的競爭環境下是站不住腳的。本文將在第三章中更詳細地探討CBRS案例研究。

鑒于毫米波和Sub-6的不同優劣勢,未來5G可能會采用兩者共用的組合。網絡覆蓋的很大一部分會利用Sub-6進行廣域覆蓋,毫米波可能最終能夠在特定的場景中提供更精細的覆蓋,并且由于毫米波更難攔截,在某些場地中具有一些獨特的軍事優勢。這將需要在毫米波頻譜中針對其傳播特性,開展進一步的研究和測試,從而降低毫米波部署所需的支出。在短時間內,3GHz和4GHz頻段可能會成為驅動5G基礎設施和設備部署的全球頻段。在目前5G發展和頻譜使用的狀況下,美國不太可能使用Sub-6技術,更不用說像10年前4G時代那樣在頻譜部署方面領先于世界其他國家了。


第2章:5G競爭領域的現狀

每個國家的5G能力可以通過五個指標進行比較:頻譜可用性,廣泛的5G試驗,國家監管機構建立的5G路線圖,政府承諾(例如,為5G實施鋪平道路的戰略文件和政策),以及行業對早期5G發展的承諾。在這些指標中,頻譜可用性影響最大,因為許多其他因素都依賴于可用性。對于頻譜可用性,目前正在討論Sub-6 GHz與毫米波的優點以及如何在這兩個范圍的頻譜中分配頻譜,而在美國,對于為商業部門分配或共享政府擁有的頻譜存在很大的擔憂。對于基礎設施,運營商可以采取“非獨立”方式,利用現有的3G和4G基礎設施作為實現全5G功能的跳板,或者還可以采取“獨立”方法,這就需要大量的前期投資來為5G網絡提供新的基礎設施。

中國

中國通過一系列積極的投資和頻譜分配舉措,在5G發展方面處于領先地位。除了在五年內為5G部署投入180億美元的資本支出外,中國還向三大運營商分配了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,中國的5G部署正在通過其主要的電信公司(中國移動,中國聯通和中國電信)實施。這三家公司主要致力于在中國開發獨立的5G網絡,并計劃在2019年部署預商用應用,并在2020年正式商業應用。中國目前已部署約35萬個5G可操作基站,幾乎是美國部署的10倍。在全球范圍內,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立網絡的5G支持設備和裝置來推動5G部署,華為已經向海外運送了超過10,000個基站。

在海外,中國一直在與國家和外國公司保持合作,以擴大其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別國家的5G網絡提供建設的服務,并簽署了多項5G合同。此外,中國在“一帶一路”計劃中投入了大量時間和資源,包括推動中國建設的網絡基礎設施,以提供跨越整個路線的連通性。這一策略已經取得了一些成功:在2018年第三季度,華為在全球通信設備市場占有28%的份額,比2015年上升了4個百分點。隨著更多地區的5G網絡依賴中國通信設備推出,預計華為的市場份額將繼續增長。這些努力將使中國能夠推廣其首選的5G網絡標準和規范,并將在未來主導全球的5G產品市場。

總體而言,這些方法使得中國在5G的技術和能力方面具有競爭優勢。中國的5G戰略應該是從中國共產黨的大戰略出發的。與人工智能(AI)一樣,5G開發是習近平主席“中國夢”愿景和“中國制造2025”路線圖的重要組成部分。社會穩定和經濟增長是中共的首要任務,因為這兩個領域的失敗直接威脅到現有政權的穩定,而5G有可能減少中國對外國投資的依賴,將中國從資本和勞動密集型制造業經濟轉變為創新型和消費驅動型經濟。鑒于中國經濟增長放緩以及與美國的持續貿易戰,中共可能會要求更積極地推行像5G這樣的技術革新計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無線技術的普遍承諾,韓國在5G發展上密切緊跟中國。韓國政府制定了明確的包括通過健康投資來追求5G的5G發展路線圖;2014年,韓國承諾提供15億美元,以促進在2020年實現5G的應用和部署,同時在2017年,韓國發布了國家寬帶和頻譜規劃(“K-ICT”),來進一步推動5G的發展。根據K-ICT計劃,韓國科學和信息通信技術部(MSIT)已經將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5G毫米波網絡,通過使其開發的設備在兩個頻段范圍內都能正常運行(如其Exynos 5100 5G調制解調器的情況),降低了發展Sub-6 GHz和毫米波的風險。AT&T還與三星合作,在2019年底發布了支持毫米波和Sub-6 GHz的手機,但鑒于在美國可使用的Sub-6 GHz頻段范圍有限,這些雙功能設備的性能可能較低。

韓國能夠利用2018年平昌冬季奧運會來展示其對于5G的投資和進行的各種網絡試驗。韓國通信產業一直持續著4G和LTE網絡技術的高強度競爭,這將推動5G的進一步快速發展。盡管SK Telecom目前不僅在投資5G和試驗5G的領域處于領先地位,同時還能夠在2018年的MSIT拍賣中獲得最多的頻譜帶寬,但三家通信運營商都計劃在2019年初為“韓國5G日”同步推出5G蜂窩服務。韓國在5G領域處于領先地位,并且只要其主要的通信運營商能夠好好利用他們拍賣的頻譜帶寬,韓國將保持領先的地位繼續前進。

日本

日本在5G能力方面緊隨中國,韓國和美國。日本尚未向通信運營商提供關鍵頻段的拍賣,但計劃在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,人口密集的地理區域,而Sub-6 GHz則用于覆蓋其余地區)。與韓國類似,日本希望利用2020年東京奧運會來展示和測試5G的技術和網絡,并將其大部分投資和活動推向2020年的時間線。2014年,日本成立了5G移動論壇(5GMF),以推動5G的研究和發展,協調各組織的5G工作,提升5G的普遍認知。2016年,日本內政和通信部(MIC)發布了一份戰略文件(“2020年實現5G的無線電政策”),該文件展示了其對5G的承諾和未來部署。

日本的三大電信供應商(NTT DOCOMO,KDDI和Softbank)正在測試5G技術,目的是在2020年奧運會之前實現5G商用。這三家公司都在Sub-6 GHz和毫米波頻段范圍內進行試驗,MIC在東京和日本鄉村進行了“5G系統試驗”。

世界其他地區(非美國)  

雖然中國,韓國,美國和日本在該領域處于領先地位,但世界其他地區仍在追趕5G部署。英國,德國和法國可以被視為“第二梯隊”5G發展領域的國家,而新加坡,俄羅斯和加拿大則構成“第三梯隊”,而世界其他地區也是如此。這些國家開始計劃在不同的時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略來實現5G,并且大多數國家預計在2020年之后實現5G的商用,晚于其他國家的2020年時間框架。

盡管歐洲已經將收費引入2G,但由于法規限制其無法快速的提供頻譜帶寬,歐洲在3G,4G和現在的5G方面仍然落后。亞洲其他地區在5G方面取得了一些進展,但很少有國家投入與中國、日本和韓國相同的時間和資源。俄羅斯于2017年發布了“俄羅斯聯邦數字經濟”,其中包括5G規劃圖,但尚未制定任何明確的頻譜規劃或為該規劃圖投入大量資源。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的技術和合作伙伴關系來推動其5G的發展。

鑒于第一梯隊與其他國家之間的5G進步差距,世界其他地區可能會被動采用第一梯隊任何國家領先的5G的網絡設計和基礎設施。中國是目前的領導者,美國的盟國在如何應對中國制定5G標準的行動方面采取了不同的立場。由于擔心安全問題,一些國家對中國的影響力持警惕的態度,并積極阻止中國的5G推廣。例如,12月,捷克共和國網絡安全機構(NUKIB)發布官方警告,稱華為和其他中國公司構成國家安全風險,引用中國現行法規(2017年6月27日頒布的國家情報法),要求中國公司積極配合其國家情報部門的合作。這推動了捷克公共和私營部門的安全審查,有效地阻止了華為5G產品進入該國。澳大利亞和波蘭也對中國采取強硬立場,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產品的價格和質量,其他國家對將中國趕出本國5G市場的熱情并不高。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國家安全構成不可接受的風險,稱它們的安全機構可以采取措施限制網絡中的漏洞。印度和意大利也表示,它們不愿將華為的產品排除在5G產品之外。最近幾個月,新西蘭放松了最初對中國的強硬立場。未來幾個月,歐洲將繼續成為5G未來的戰場,因為歐洲是華為最大的市場之一,也是美國盟友的主要所在地。這場斗爭還表明了世界其他地區對于5G態度的一個趨勢——特別是對成本更敏感的發展中國家將發現中國5G的價格點難以拒絕,特別是基礎設施以及“一帶一路”倡議等項目融資激勵措施使報價非常可觀時。

美國

私營部門

在美國政府的支持下,通信行業正在努力組織5G在美國開發和部署。Verizon,AT&T,Sprint和T-Mobile都在開發自己的5G網絡和5G設備,每個運營商都有自己的策略和方法。Verizon和AT&T專注于開發高頻毫米波網絡,并且正在各種測試城市中為移動和固定應用部署小型蜂窩,Sprint采用毫米波和中頻頻譜的聯合方法來構建其網絡,T-Mobile專注于毫米波和低頻段頻譜。雖然所有運營商都在某種程度上研究了Sub-6 GHz下的頻譜選擇,但相對于毫米波頻段中可用的數百GHz,這些研究本質上都受到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厲。運營商們正在使用現有的4G基礎設施,但那些專注于毫米波的運營商將不得不建設額外的基礎設施,以確保通過密集的基站網絡實現不間斷的連接。關于部署的某些網絡是否符合真正的5G標準存在爭議,同時這些提供商之間在未來幾年內推出5G網絡的競爭會非常的激烈。5G的發展正在由3GPP(第三代合作伙伴計劃)監督,該標準組織也負責監督3G UMTS(包括HSPA)和4G LTE標準的發展。

盡管消息來自美國各種營銷活動,但美國領土上已經部署了可以在覆蓋邊緣提供100 Mbps到1 Gbps服務的5G基礎設施。盡管LTE部署導致美國大部分地區的終端用戶速度提高了10倍,但迄今為止,運營商尚未展示出能夠為美國大部分人口提供高速傳輸的部署能力。

如第一章所述,美國運營商在為較小的區域部署有限制的毫米波方面取得了一些成功,但基站的未來可擴展性是有限制的。即使在優化的情況下,顯然對毫米波進行分頻以提供更多的覆蓋需要大量建設基礎設施,這是一項極其消耗時間和成本的工作。

考慮到建設這些毫米波網絡所需的大量基站所帶來的風險,這些運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,股息收益率約為4%,而AT&T持有約175億美元債務,股息收益率超過6%。T-Mobile持有約25億美元的債務,而Sprint持有約400億美元的債務。這些公司處于美國開發5G的努力的最前沿,但他們的資產負債表顯示他們可能會為完整毫米波網絡的推廣和建設基礎設施的的成本而苦苦掙扎。

在過去十年中,無線供應商產業也發生了重大轉變。中國通信設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比美國大,在印度銷售的所有手機中有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)領導的中國互聯網應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網公司都是美國公司。今天,前10名的互聯網公司中有4名是中國公司。

這些轉變不僅僅是因為中國設備更便宜。在許多情況下,中國設備也優于其西方競爭對手。華為和中興通訊是大規模MIMO無線電系統的領導者,擁有64個發射和接收元件。許多人認為華為的P系列和Mate系列的安卓手機是世界上最先進的手機,這些設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5G的興趣一直在增加。2016年,白宮推出了價值4億美元的先進無線研究計劃,以推廣無線測試平臺,而美國聯邦通信委員會通過其“頻譜前沿”政策,承諾為許可和未經許可的用途發布大量毫米波頻譜。在現任政府的領導下,美國政府對5G的興趣有所增加,該政府提出了一系列倡議和指令,強調了5G的重要性,并制定了明確的路線圖。現任政府支持由私營部門主導的5G計劃,而不是由政府主導的國有化5G計劃。

2018年9月,白宮舉行了一次5G峰會,相關政府領導人和產業代表參加并討論5G的未來發展方向,促進私營公共部門合作,同時承認美國在開發和部署5G方面落后。不久之后,白宮發布了“關于制定美國未來可持續頻譜戰略的總統備忘錄”,強調美國需要領導5G,以促進國家安全和公共及私營領域的創新。備忘錄指示各部門和機構提交關于當前頻譜使用和未來要求,頻譜重新分配選項以及未來技術對頻譜分配影響的若干報告,并且還要求提出5G立法,監管和政策建議。在總統備忘錄發布的同一天,白宮發布了一篇題為“美國將贏得5G全球競賽”的文章,研究了從領導4G發展獲得的美國優勢(例如,增加的GDP和就業機會),并將其與領導5G發展的潛在好處進行比較。

公共部門:聯邦通信委員會(FCC)

在頻譜劃分和民用頻譜政策方面,聯邦通信委員會在5G的開發和部署中發揮著重要作用。在2018年末,聯邦通信委員會投票決定建立一個釋放毫米波頻譜帶寬的框架,以幫助加快5G的開發和部署。

美國聯邦通信委員會主導著美國頻譜拍賣,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。

美國聯邦通信委員會于2018年9月發布了全面的5G戰略“促進美國在5G技術(FAST)計劃中的優勢”。該計劃重點關注三個主要目標:推動更多頻譜進入市場,更新基礎設施的政策和在現代化中過時的法規,促進美國的5G發展。關于頻譜目標,美國聯邦通信委員會計劃在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。關于基礎設施目標,美國聯邦通信委員會正在努力提高聯邦、州和地方各級小型小組的審查速度,以便更快地部署5G。關于現代化目標,聯邦通信委員會專注于調整現有法規并制定新法規以支持5G部署,例如更新其網絡設備規則,以便更快地進行小區部署,并防止從對美國網絡構成安全威脅的其他國家的公司手中購買網絡設備。

美國聯邦通信委員會開始了相關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,在國際電聯世界無線電大會上,奧巴馬政府反對了將該頻段重新歸類為適合5G使用的IMT-2000劃分的提議,對該頻段的重新劃分將為5G移動業務這一頻譜的全球標準化鋪平道路。即使將頻譜重新分類為寬帶,也需要一段時間才能將現有用戶完全從C頻段中移除。共享靈活用于5G的頻帶是困難的,因為移動手機以輻射的模式發射無線電能量,并且在C波段天線附近操作的用戶數量可能對衛星接收造成干擾。但是,固定業務可以通過使用高度定向天線或波束成形系統來共享頻譜,這種類型的設備非常適合為農村地區提供固定業務,以及可能用于國防部固定網絡擴展的任務。

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頻譜擴展,這可以使美國的現有通信網絡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備商們開發的設備是否在C波段內運行,所以美國需要推動全球接受該部分頻譜作為全球利用頻段。

公共部門:商務部

美國商務部的國家電信和信息管理局(NTIA)管理聯邦使用頻譜分配。商務部目前正在制定“國家頻譜戰略”,以改進頻譜管理,確定研究和發展優先事項,以創造新技術,并匯總聯邦機構的頻譜業務需求。NTIA將與新的頻譜戰略工作組(由總統備忘錄建立)合作,共同努力制定和實施該國家戰略,并協調研究,開發,測試和評估工作。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:國防部的發展和5G技術的采用

5G對國防部的影響

雖然5G的大部分討論圍繞著商業部門作為其推出背后的驅動力,但5G技術生態系統同樣可以徹底改變國防部的運營,網絡和信息流程。國防部必須積極參與才能追上不斷變化的5G環境。5G將實現在地理上分散的系統中近乎實時地共享更大量的數據這一新的運營理念。目前,使用傳統通信網絡無法有效地完成該規模的數據共享。5G使當下網絡業務的延遲將變得更低,數據傳輸能力和容量將變得更大,但5G最大的應用潛力在于對未來戰爭或軍事網絡的潛在影響。在快速變化的戰場環境下,5G可以使大量價格低廉的、互聯的、更具安全彈性的設備和系統正常運作。

5G能夠將國防部當前的分散網絡整合到一個網絡中,以促進改善態勢感知和決策。防御網絡范圍的擴大將使高超聲速武器和高超音速防御等新技術得以部署,并有可能加強核C3等現有任務。在企業層面,5G可以極大地改善物流、維護等日常工作,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重的潛在風險。國防部在未來海外運營時,絕大多數網絡和系統可能依賴于5G基礎設施。如果中國在5G基礎設施和系統領域處于領先地位,那么國防部未來的5G生態系統可能會將中國組件嵌入其中。這將對國防部業務和網絡的安全構成嚴重威脅。此外,連接設備數量的增長增加了對手跨越國防部網絡的潛在“攻擊面”,這需要提高跨系統的警惕性和安全性。大量數據的傳輸會使此任務復雜化,因為這會使檢測網絡上的惡意流量變得更加困難。

轉向Sub-6GHz的頻段

在5G頻段方面,美國可能繼續選擇使用毫米波,而以中國為代表的其他國家則主要采用的是Sub-6 GHz頻段。國防部作為一個在海外運營的政府實體,無論美國如何選擇在國內實施5G,國防部最終都必須學會在Sub-6 GHz的基礎設施上運營5G網絡。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,國防部內部存在合理的擔憂,即開放Sub-6 GHz頻段將產生許多運營問題,從頻譜優化到安全漏洞。如果國防部運營商被迫分享他們的頻段,有人擔心這可能會暫時或永久地降低系統的性能。增加商業用戶也會使得Sub-6 GHz頻譜的整體更加擁塞,增加國防部運營商連接中斷的風險。

但是,如果美國和美國國防部不會轉向Sub-6 GHz,國防部將面臨獲得和落實5G部署的進一步挑戰。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,仍然存在干擾的風險,例如汽車在基站前移動或惡劣的天氣將中斷連接)。如果一個人或平臺必須攜帶多個天線,特別是在邊緣,這在邏輯上很快就會變得不切實際。對處于戒備或者戰斗狀態下的軍隊單位需要攜帶多個天線來保證軍事網絡的通訊順暢在邏輯上是不切實際的。此外,國防部的獲得系統是緩慢實現的并且可能需要數年才能為毫米波的網絡部署提供必要的系統,而大多數系統可能已經過時。相比于Sub-6 GHz的中頻頻譜,國防部和聯邦通信委員會目前優先考慮毫米波,特別聚焦于28GHz到37 GHz的頻段,但由于毫米波的部署不切實際,這是一個根本性的缺陷。國防部必須準備在Sub-6 GHz的5G生態系統中運行,這需要轉變戰略,并考慮國防部愿意在Sub-6 GHz領域的哪個頻段范圍分享帶寬。

這種轉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設施所帶來的匿名性提供了一種行業標準的安全形式。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,因為流量變得更難以看到和分離出來。同樣,可能會阻止對手干擾此頻譜,因為它們可能在同一頻段上運行。政府將維持初級頻譜接入,同時也受益于來自商業部門的技術進步,這些技術來自Sub-6 GHz范圍的業務,這將有助于政府縮小商業部門與當前軍事通信狀況之間的差距,也為網絡和通信人員提供了一個機會,通過在國內和國外定期共享并管理頻譜,學習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,美國聯邦通信委員會確定了3550-3700MHz的頻譜帶,稱為公民寬帶無線電業務(CBRS),作為潛在的頻譜共享機會。CBRS利用LTE網絡提供無線語音,文本和數據服務,由于聯邦通信委員會 2010年國家寬帶計劃為新移動用戶提供更多頻譜,因此該頻譜被釋放。2015年,美國聯邦通信委員會正式授權以前由美國海軍和國防部單獨使用的3.5 GHz頻段區域的共享。CBRS將增強光纖接入的“最后一英里”,以提供固定無線服務和點對多點功能。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許可,并且允許以更快速和有效的方式部署服務。國防部仍然是該頻段的現任用戶,因此其他用戶將受到頻譜接入系統(SAS)的限制,該系統確保消除沖突以消除對軍事用途的干擾。SAS系統在頻段分配時保持國防部的優先級,但在未被占用時為商業用戶保持頻段開放。

這一先例可以作為國防部與商業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“雙向”頻譜共享系統,在這種系統中,民用和聯邦用戶可以通過不同的優先級來訪問彼此的頻譜。這將增加輔助級別上國防部可用的頻譜量,同時保持其自身帶寬中的優先級訪問。此外,由于本章開頭列出的原因,國防部將從5G開發中獲益。國防部可能會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他們自己具有競爭優勢的Sub-6 GHz的5G產品,外國供應商將越來越多地嵌入他們的全球網絡和系統產品,這將增加依賴供應鏈而帶來網絡受損的風險。

5G的安全挑戰

供應鏈風險

國防部正面臨的未來5G的環境風險之一就是供應鏈風險,從子部件到完整的網絡級再到服務級,層級越高,供應鏈存在的風險越大,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特需求的定制系統上運行,因為相對于其他商業世界而言它是一個大用戶,但現在這種特權已不復存在。商業部門的技術開發和使用使得國防部的技術發展和使用相形見絀,國防部在孤立的定制系統和架構上進行構建和運營已經不再實用。在即將到來的5G時代,國防部越來越依賴商用現貨(COTS)設備和商業服務。

國防部可以將商業投入納入其5G基礎設施的四個層級:射頻組件,集成芯片組,設備和服務。射頻組件可包括從半導體到交換設備和放大器在內的各種子組件。集成芯片融合了不同的子組件和子系統來與系統組件進行交互。設備的范圍從移動設備的耳機到計算機系統,其中包括前面提到的子組件和集成芯片。最后,前三類基礎設施中的每一個都帶有一系列的服務產品,用于操作、管理和維護它們。

商業公司可以提供上述任何和所有基礎設施,但這帶來了無意或惡意安全漏洞的風險,這些漏洞使國防部系統和網絡面臨風險。如果中國成為從子組件級到集成系統級提供5G基礎設施的全球領導者,即使美國限制中國產品進入美國市場,國防部的5G生態系統也將面臨包含安全漏洞在內的風險,因為國防部仍然需要在海外的外國網絡上運營,這些網絡的基礎設備也可能由中國的供應鏈來提供。在過去的十年中,國防部已經從定制計算系統轉向商用計算系統,但這種方法的改變比目前面臨的風險更小,因為美國主宰了計算系統市場并能夠“擁有”供應鏈和更好地保護它免受漏洞攻擊。因此,國防部現在可以做到將不同程度的COTS產品納入其計算系統,同時將漏洞風險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供應鏈的內容和整合--我們專注于構建毫米波頻段的5G生態系統,使我們脫離了Sub-6 GHz頻段的5G生態系統的全球供應鏈。如果世界其他地區接受中國產品作為5G的更便宜和更優越的選擇,這種不匹配將給國防部帶來嚴重的安全風險。

5G基礎設施和服務

無論在什么頻段運行,5G網絡都有許多安全風險需要考慮。雖然國防部的安全重點通常是供應商安裝的可用于遠程控制系統或泄露信息的后門,但在5G推出期間和之后,由于糟糕的軟件開發實踐,也可能帶來各種各樣的安全問題。英國一份關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告中提到了其中的許多風險。糟糕的軟件開發帶來的安全問題是一個普遍的問題,而且不僅限于中國供應商。

即使用于5G基站的特定軟件版本可能是安全且良好實施的,也不能保證未來版本將繼續同樣安全。將不可避免地發現錯誤并需要軟件補丁,并且可能需要快速部署這些修補程序,而無需充分考慮補丁可能引入的新安全問題。驗證每次迭代持續安全性將變得越來越具有挑戰性。

即使基站代碼是安全的并且隨著時間的推移得到良好管理,無線基礎設施提供商的商業模型也是這樣的,即來自供應商的人員通常參與網絡基礎設施的調試,操作和維護。這要求供應商訪問運行網絡的核心管理系統,并允許供應商將軟件部署到系統中的設備。在許多情況下,美國境內外的網絡運營商將網絡的整個運營外包給設備供應商,通過第三方活動增加潛在的漏洞。

現場維護通常也外包給供應商。訪問現場站點的服務人員可以將新軟件上載到網絡并更改網絡配置。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丁的計算機傳播到武器系統中,沒有進行多因素身份驗證,或者由于人員使用不當而暴露于安全漏洞。所有這些和更多的問題適用于供應商維護計算機。這些支持系統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設施的強大功能。

無線接入網(RAN)供應商通常決定核心網絡基礎設施的選擇,而這些基礎設施又管理著回程鏈路和全國光纖網絡上的流量。它們還提供核心身份驗證服務、執行合法攔截、名稱服務器功能和與互聯網的互連的能力。這種控制源于供應商使用非標準技術來實現通信和管理基站,以及整個無線網絡。因此,運營商可能難以為華為基站選擇非華為核心基礎設施。多供應商網絡通常被配置為公共供應商設備的孤島,如果發現供應商存在嚴重的安全問題,則在基礎設施中替換該供應商可能幾乎需要完全重新構建網絡。

5G核心基礎設施還存在一些額外的問題,比如網絡“切片”功能,它會將網絡暴露給非運營商。例如,如果虛擬現實頭盔需要一個托管的網絡基礎設施片來與基于云的游戲服務通信,這將通過允許信令和控制邊緣和基于云的計算實體來增加核心網絡的攻擊面。

5G設備

除了5G基礎設施的安全性以外,國防部也必須考慮與5G設備相關的安全風險。如果目前中國在無線設備市場上占據主導地位的趨勢仍在繼續,即使中國廠商的設備被拒絕進入美國市場,由于其設備在世界其他地區的普及使得中國廠商的市場份額和復雜程度將繼續增長。在美國部署海外的部隊使用這些設備時,無論是公務還是個人用途,國防部都必須解決因使用這些設備而引起的問題。

全球各種設備都發現了后門或安全漏洞的證據。其中許多似乎與中國情報部門要求公司向公眾提供有關國內用戶信息的要求有關。在最近案例中,諾基亞安卓手機被發現有一個后門,將各種數據發送到位于中國電信網絡的網絡服務器。諾基亞故意將此代碼構建到銷往中國的設備中,但后來意外地將其安裝到其他所有設備上。2018年,制造安全攝像頭的中國相機供應商雄邁的軟件被發現存在一個反向默認的無證后門用戶,可以訪問數百萬臺攝像機。

這些事件和其他事件表明,中國的情報機構可能會要求在運往中國的設備上加裝后門,以協助其內部監控活動。由于軟件開發環境的性質,很難為發送到特定目的地的設備建立單獨維護的代碼庫集,其中一些代碼選項只能在特定目的地生效。當這些設備被運往中國境外時,這些后門仍然可以用來泄露信息。

我們只能推測這些安全漏洞的傳播是有意還是無意。但是,如果中國政策確實要求在中國銷售的設備中嵌入后門訪問以用于內部安全目的,那么應用于這樣一個大市場的這種受損代碼會增加這些漏洞將蔓延到世界其他地方的風險。如果中國在5G設備市場上占據主導地位,無論是作為制造商還是作為一個龐大而有吸引力的用戶市場,那么這種脆弱性潛力只會繼續蔓延,并使更大的5G生態系統面臨風險。

 

第4章:委員會對5G的建議

理事會建議

國防創新委員會的建議基于這樣的假設:由于傳播和成本限制,毫米波基本上不能在美國大規模部署,而且Sub-6 GHz的中頻頻譜(在3 GHz和4 GHz范圍內)將成為未來幾年廣域網的全球標準。該假設基于對毫米波的工程要求的評估以及各種研究,這些研究是關于預測支持有限毫米波的5G網絡所需的基礎設施和相關成本。此外,美國供應商的當前財務狀況可能或多或少的會抑制他們投資所需資本支出以支持毫米波網絡的能力。

建議一

國防部需要盡早制定共享Sub-6 GHz頻段的計劃以塑造未來的5G生態系統,包括評估什么時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。

  • 國防部和聯邦通信委員會必須考慮將5G頻譜的戰略從毫米波(mmWave)轉向Sub-6 GHz。國防部和聯邦通信委員會一直將28GHz和37 GHz帶寬優先考慮作為5G開發的選項,但這種努力是錯誤的。這片文章涵蓋了與毫米波在實現方面相關的廣泛限制,以及世界其他地區將采用Sub-6 GHz的5G生態系統。鑒于此,國防部必須通過關注與這些頻譜范圍內的民用5G業務共存(如果不是明確共享)來為未來的運營環境做好準備。

  • 國防部應該尤其關注中國已經使用的Sub-6 GHz頻段范圍。中國的5G系統和基礎設施工作在3.2-3.6GHz范圍內,以及4.8-5.0 GHz范圍。因此,商業界已經開發出針對該范圍配置的半導體和手機,國防部應該針對最發達的市場,加速在美國進行5G 6 Sub-6 GHz的部署。向復雜的多頻段收發器添加新頻段大約需要兩年時間,美國將能夠通過利用市場上已有的子組件和設備來實現更成熟的頻譜使用,例如使用現有的高通產品來實現中國5G系統使用的頻段,從而避免花費額外的時間來彌補追趕這兩年在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。國防部應該采取行動分享這個空間的一部分,因為它是一個可能對5G開發產生嚴重影響的大量帶寬。5G在大量連續帶寬上能夠最佳運行,而該范圍的共享可以提供推動5G發展的頻段空間。

  • 為了提供額外的頻譜可用性,國防部應建議國家電信與信息管理機構(NTIA),聯邦通信委員會和國務院應在今年晚些時候的世界無線電大會(WRC-19)中提倡將C波段衛星頻譜重新分配給IMT-2000 5G使用,并采取措施,在加速的固定業務基礎上,在美國所有500 MHz頻段內實現頻段共享。雖然這對美國5G移動生態系統的影響有限,但在這個頻段內共享可以提供100 Mbps及以上的廣泛覆蓋,以便為美國農村的大部分地區提供固定寬帶服務。

  • 國防部應鼓勵其他政府機構激勵行業采用通用的5G網絡進行Sub-6 GHz的部署。激勵措施包括加速折舊,稅收優惠,低息貸款以及政府購買設備和服務。

  • 該建議不要求拆除在Sub-6GHz頻段中運行的國防部系統,也不要求共享所有國防部頻段。國防部必須對與共享不同頻段相關的成本和時間表進行深思熟慮且坦誠的分析,并相應地確定優先順序。

  • 但是,國防部必須牢記,頻段劃分的現狀是不可能一直持續的。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。隨著商業部門開發和部署5G技術和網絡,國防部將能夠利用商業創新來建立自己新的和改進的技術和網絡。在戰略層面,5G可以通過將更多系統集成到一個能夠更快,更低延遲地共享更多數據的網絡中,在態勢感知和決策制定方面實現階段性變革。

  • 這項工作需要與國家電信與信息管理機構密切協調,以清除和重新分配頻譜。僅僅分享頻譜是不夠的,時機才是至關重要的,必須盡快完成,以保持美國與中國,韓國和日本的競爭力。

  • 如果沒有本報告中概述的積極行動,我們認為美國很可能無法說服世界其他國家采用毫米波技術作為標準的5G途徑。這可能會使全球市場分化,導致全球大多數采用 Sub-6技術來實現5G,這些技術將由中國設備和手機制造商主導。

建議二

國防部必須盡快準備在后西方無線生態系統中運行。該計劃應當包括對工程級和戰略級的系統安全和健壯性的研發資金計劃。

  • 共享部分Sub-6GHz頻段當然將有助于美國5G的發展,但要獲得相對于中國的競爭優勢,就需要以國防部從未見過的速度和規模采取行動。出于這個原因,很可能美國以外的大多數國家將采用Sub-6GHz的解決方案,迫使國防部在后西方無線生態系統上運行。在這種情況下,國防部應該假設所有網絡基礎設施最終都會從加密和彈性角度受到網絡攻擊。

  • 國防部必須采用“零信任”網絡模式。外圍防御模型已經被證明是無效的,5G只會加劇這個問題,因為更多的系統被連接到一個共同的網絡。不應僅僅通過附加到特定網絡來授予信息訪問權限,而應通過網絡內的各種安全檢查授予信息訪問權限。國防部還應該計劃采用量子抗性密鑰交換機制來應對公鑰交換算法的最終下降,特別是考慮到中國在量子計算方面的投資。

  • 雖然“零信任”網絡可以通過密碼術保護上下文交換,但這些交換仍將受到流量分析和網絡利用率激增的檢測。國防部應該努力保持大量數據不斷流動,以免操作節奏的增加被注意到。

  • 除了這些安全預防措施之外,國防部還必須通過提高整體彈性和在整個網絡中建立冗余層來抵御網絡攻擊和滲透,以確保不間斷的連接。

  • 國防部將需要考慮防范供應鏈受損的選擇,其中中國半導體元件和芯片組嵌入在多個系統中。國防部應該通過投入研發來研究劃分系統的影響,以限制攻擊者橫向移動到其他系統的能力。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。

  • 美國國防部應倡導積極保護美國技術知識產權(IPR),以減緩中國電信生態系統的擴張。美國應該利用出口管制來減緩西方供應商的市場損失率,即使它可能會增加中國實現自給自足的速度。

  • 國防部將越來越多地被迫在沒有他們參加的定制基礎設施的共享商業網絡上運營(如核C3的情況)。國防部必須分析與該轉變相關的風險和收益,并調整其運營概念以解決這一問題。

  • 國防部需要考慮受損供應鏈的更廣泛影響,例如個人設備的風險和可以從這些設備上的活動中獲得的信息。如果中國能夠收集這些數據,國防部應考慮采用離散指令來抵御傳統國防部系統和平臺之外的這些漏洞,例如通過培訓來限制通過個人設備使用在無意中共享個人身份信息(PII)。

  • 除了這些努力之外,國防部還應該在5G以上的未來幾代無線技術基礎上開展測試和實驗。這種測試和實驗將在更長的時間內進行,以確保美國準備領導下一代過渡。這些活動可以包括測試Sub-6 GHz頻段的共享,以及對未來的毫米波的部署和傳播的改進。

建議三

國防部應當建議美國政府調整貿易戰略來應對可能會將國家安全資產和使命置于威脅中的供應鏈漏洞。

  • 受損的供應鏈問題會通過在網絡和系統中引入漏洞對國家安全構成嚴重威脅,這可能會被敵對行動者利用來破壞國防部的運營。這些脆弱性的蔓延通過降低進攻行動的障礙同時削弱防守陣地,創造了一個日益不穩定的環境。

  • 為了應對這種威脅,國防部應該倡導貿易政策獎勵對安全代碼進行獎勵,并通過關稅懲罰有漏洞的代碼(良好發展實踐的“貨幣化”)。例如,美國可以自動對發現有后門或嚴重安全漏洞的任何國家的任何商品征收高額關稅(比如說75%)。這將給不安全因素帶來市場成本,并且還會激勵國內公司為安全研究人員提供資金,以發現競爭對手產品的脆弱性,從而觸發關稅。這將提高國防部生態系統的整體安全性,而不必披露條款50的漏洞。

  • 美國應該鼓勵五眼(五國情報組織)和北約合作國家采用相同的關稅,無論產品來自哪個國家。和關注設備安全性相比,美國通過關稅貿易戰的形式可以獲取到更加多的利益。

  • 國防部應建議CFIUS停止與有銷售過帶有后門和安全漏洞產品歷史的公司進行交易。

  • 此外,美國應繼續鼓勵伙伴國家保護自己的供應鏈,并拒絕接觸銷售5G商品的中國國有企業(SOEs)。

版權申明:本內容來自于互聯網,屬第三方匯集推薦平臺。本文的版權歸原作者所有,文章言論不代表鏈門戶的觀點,鏈門戶不承擔任何法律責任。如有侵權請聯系QQ:3341927519進行反饋。
相關新聞
發表評論

請先 注冊/登錄 后參與評論

    回頂部
    搜索贵州十一选五开奖结果