美国5G 发展之路

本报告是新美国安全中心（CNAS）项目“确保我们的 5G 未来”的一部分，该项目探讨了在高度全球化和充满竞争的创新世界中 5G 面临的机遇和挑战。该项目的实施得益于美国电话电报公司、思科公司和高通公司的支持，以及其他一般性资金，这些资金赞助了 2019 年秋季和2020 年冬季的一系列研讨会，为报告的撰写做出了贡献。研讨会包括来自政策界、行业界和学术界的各种利益相关者。

5G现状带来风险

5G 的前景非常诱人。新的功能（自动车辆、远程医疗、连接数百万设备、机器、物体和人的真正的物联网）能够以比现在更高的速度和更低的延迟实现更大的带宽，预计将改变美国的经济和社会。5G 还具有重要的国家安全应用， 如改善军事通信和态势感知。可能还有一些创新和用例我们还没有想到。5G 意味着一系列行业的进步，新的基础技术将成为关键基础设施的支柱。一种常见的说法是，5G 可能是人类历史上最具影响力的技术创新之一，在几年后迎来第四次工业革命。

图3 5G 网络将成为关键基础设施（例如电网）的骨干（安迪·A·威德默 /EyeEm 图片社）

尽管这种繁荣可能会受到这样一个事实的影响，即这种转变似乎需要更长的时间才能站稳脚跟，但事实仍然是，5G 将成为全球互联网经济的支柱。因此，5G 网络的安全性、可靠性、健壮性和弹性至关重要。

有充分的理由担心情况并非如此。美国官员对全球 5G 网络的完整性非常关注。这些担忧之所以成立，是因为中国大型电信公司华为在国际电信领域所扮演的重要角色，以及刚刚起步的 5G 推出。华为希望在全球范围内迅速获得新的 5G 合同，以此来进一步利用其在电信设备市场中所占的巨大份额（29％）。

比保护数据更严重的是潜在的关键基础设施中断。5G 将成为电网、供水和交通基础设施所需的通信主干。这里的网络攻击是致命的。灾难性的影响也可能来自于不那么引人注目的行动，例如在提供必要的维护或为 5G 网络提供所需的更换设备方面的“延迟”。

最后，由于该行业是根深蒂固的寡头垄断， 因此 5G 套件的供应链令人担忧地受到限制。RAN 设备只有两个主要的非中国供应商：芬兰的诺基亚和瑞典的爱立信。韩国三星名列第三。 考虑到 RAN 对于未来关键的数字基础设施的重要性，该行业过于整合，无法确保足够的供应链多样性和安全性。

图4 华为在中国东莞拥有一个庞大的研发基地。与诺基亚、爱立信和三星一起，该公司在全球无线接入网络设备市场占据主导地位。（凯文·弗雷尔 / 盖蒂图片社）

使供应链问题特别令人困扰的是， 随着诺基亚、爱立信和三星面临越来越大的竞争障碍， 中国的产业政策几乎可以确保寡头垄断将继续存在，并且有可能进一步恶化。

北京向华为提供了多达 750 亿美元的补贴， 使该公司得以在其本来无法承受的研发上花费数十亿美元， 并削弱了价格竞争以获取和保护市场份额。

已经有很多笔墨勾勒出了 5G 困境的解决方案。政府和行业领导人、专家和分析师提出了一系列方案，从国家干预到行业推动的5G 网络改造。大多数建议侧重于在当前模式下解决这个问题。最有前途的开放式 5G 网络架构由于缺乏必要的自上而下的政府支持而陷入困境。

打造全国 5G 冠军

对于 5G 困境，一个比较明显的反应就是以牙还牙。大体上说，这种方法需要创建一家新的美国大型基础设施供应商，类似于 20 世纪 80年代和 90 年代摩托罗拉的情况，当时摩托罗拉在电信设备和半导体领域占据主导地位。特朗普政府官员曾试图说服美国甲骨文和思科公司重新进入 RAN 设备市场，但没有成功。

为什么美国没有自己的华为？其中很大一部分与 20 世纪 90 年代和 21 世纪初的行业整合有关，外国公司收购了朗讯（Lucent）和摩托罗拉（Motorola）等美国基础设施供应商。简单地说， 美国让市场力量发挥作用，而不是追求产业政策来创造国家冠军。

另一个重要因素是，由于中国政府的产业政策，任何以这种方式支撑起来的美国公司与华为相比仍将处于一个主要的劣势。 从头开始创建这样一家公司的成本会很高，而且可能比美国政府愿意承担的维持成本还要高。创建一个全国冠军也没有必要，因为在现有的可信供应商中有可行的选择。

为诺基亚、三星和爱立信提供支持

除了创建一家新的美国公司来与华为竞争， 另一种选择是提升其主要竞争对手的财富：瑞典的爱立信、芬兰的诺基亚和韩国的三星。 这些公司总共占据了 4G RAN 设备全球市场份额的一半左右，但预计在向 5G 过渡的过程中，市场份额将输给华为。

决策者和分析师提出了一系列支持这些公司的方法，从补贴和技术转让到确保三星在北美和欧洲拥有更大的市场份额。三者中，诺基亚是最脆弱的。该公司最近的财务困境促使一些特朗普政府官员建议美国政府持有该公司大量股权，这一想法很快遭到否决。此外，有传言称诺基亚寻求被爱立信收购，以期解决自身困难。

虽然这是一个比创建一个全国冠军更容易接受的选择，主要是因为成本更低，但它仍然需要在不公平的竞争环境中与华为竞争。支撑三个主要竞争对手中的一个或多个，也将使一个整合和低效的行业永存。

要求供应商之间的 5G RAN 互操作性

5G RAN 设备供应商之间的强制性互操作性可以通过确保为运营商提供更多的供应商选择来减轻安全风险。在完全可互操作的电信网络中，例如，发现漏洞时，一个厂商的特定设备可以替换为另一个厂商的设备，而性能或功能不变。迄今为止，华为一直拒绝提供互操作性的要求，理由是华为有权提供独家产品，以利用知识产权和产品投资。 华为的立场也巩固了供应商的锁定。业内高管指出，华为 4G 设备只能与公司的 5G 套件对接；升级到 5G 要么锁定运营商留在华为，要么需要立即“拆换”传统 4G 设备。没有华为的自愿提供，就没有现有的机制来强制 RAN 供应商互操作性。

提升互操作性：OPEN RAN

业界的领导者和初创企业正在组织起来， 以促进基于开放标准的互操作性。行业联盟， 如开放式 RAN（O-RAN）联盟和电信基础设施项目（TIP）——华为并不是这两个组织的成员之一，主张在无线电信领域采用开放式 RAN 体系结构。这些小组在建立多供应商互操作性方面取得了一些成功。2019 年 9 月，日本无线服务提供商 NTT DOCOMO 宣布将推出基于 O-RAN 联盟规范的预商用 5G 服务。 沃达丰正在英国使用符合 O-RAN 标准的设备进行试验。诺基亚在承认其行业前景不确定的情况下，通常表示支持改用开放接口。

开放式 RAN 方法是所有选项中最有前途的， 因为它为创新和竞争性解决方案奠定了基础， 有可能从根本上改变全球产业。这些由基础行业主导的举措表明，即使是在规避风险的行业中，也存在着所需的兴趣和欲望。只是目前尚缺少大量的证据证明这一点。这就是为什么国家一级的政府需要介入的信号和激励措施，以将这些扎实的想法推向广泛采用的道路。

图5 在 NTT DOCOMO 于 2019 年 9 月东京游戏展上展出的几天，该公司宣布将基于 O-RAN 联盟规范推出 5G 服务。（Tomohiro Ohsumi/ 盖蒂图片社）

用基于开放接口的模板化物流改变竞争

以基于开放接口的模块化网络为中心的电信行业的吸引力在于，它解决了当前的主要问题。作为一个高度整合的行业，进入壁垒很大，供应商的选择有限。中国的产业政策使可信赖的供应商难以竞争，从而加剧了这一问题。这种整合进一步带来了供应链多样性和安全问题。通过将行业转变为基于开放接口，有五个主要的预期优势：

更大的供应商多样性

电信设备设计和制造业的进入壁垒很大， 尤其是在试图与接受中国政府巨额补贴的中国企业竞争时。然而，软件行业的进入壁垒较低， 预计到 2024 年，5G 服务市场的货币价值将超过850 亿美元，年复合增长率为 31.9%。

这些因素的结合可能会鼓励电信市场的新进入者，特别是在软件领域。美国及其合作伙伴和盟国拥有强大的软件产业，可以随时改变这个行业。预期的供应商多样性将导致安全可靠的供应链，造福于所有人。

成本

更激烈的竞争和更低的软件开发费用应该转化为更低的采购成本。日本公司乐天在该国部署了开放式架构网络，该公司声称其基础设施的建设成本约为传统网络的一半。同样， 美国运营商 AT ＆ T 声称通过部署虚拟化核心技术可以节省成本。 但是，与维持这样的网络相关的成本尚未解决。在许多情况下，可能需要系统集成商来管理所需体系结构及其维护的复杂性。这将给运营商带来巨大的下游成本。根据目前的行业经验，目前尚不清楚开放的多供应商系统节省的预期成本中有多少会被这笔费用吸收。

互操作性

5G 推出的一个主要问题是，供应商提供的新设备通常无法与其他供应商的旧版（4G）设备配合使用，或者对于华为而言，则根本不能。使用网络虚拟化，互操作性变得与供应商无关， 因为每种软件或硬件产品都必须兼容才能在网络上运行。如果愿意，运营商可以轻松地与多个供应商合作。为了使广泛的开放式 RAN 部署切实可行，必须解决互操作性的一个方面是， 确保网络上的每个节点不仅可以保证节点之间的数据传输，而且可以确保每个节点正常运行。这方面的标准制定至关重要。

更安全

因为供应商产品必须可互操作，所以透明性和安全性标准化将是必要的。例如，应该强制进行端到端加密。市场竞争激发了供应商出色的安全实践，使其有别于竞争对手。还可以更容易地验证和监视软件安全性。有限国家（finited　State）等网络安全公司已经证明，这是有可能做到规模化的。

运营商增长

虚拟化网络的运营商将从扩展和差异化的新机会中获益。通过这种新方法，运营商可以基于多家供应商提供的软件来引入增强功能。一种这样做的技术是“网络切片”，其中 5G 网络的各个部分可以针对不同的用例进行优化。通过选择供应商，可以更轻松、更有效地实现此优化。

例如，运营商可能决定与一个供应商合作， 以将其网络的一部分集中于实现制造设施的自动化和支持物流。另一家供应商可能在诸如虚拟现实和增强现实等产品方面拥有优势。这种灵活性将鼓励现有运营商为特定客户提供量身定制的服务，并允许其扩展到新的业务领域， 鼓励新运营商进入市场以满足对新功能的需求， 并为客户提供更多选择和更好的定价。

除了成本节约程度的不确定性和全面标准制定的必要性，在推动以开放式架构为中心的电信行业时，还存在一个潜在的风险和一个可能的不利因素。

潜在风险：可扩展性

到目前为止，开放的、虚拟化的电信 RANs 在很大程度上仅限于本地和区域部署。在这种规模下，数据中心（通常运行在现成路由器上） 的流量路由和网络功能的负载很容易管理。对于许多行业专家来说，随着网络负载的增加， 这种体系结构是否具有可扩展性是一个悬而未决的问题。

到目前为止，就绪可伸缩性的指标令人鼓舞。日本电子商务公司乐天拥有最大的开放式虚拟化网络 4G 部署，截至 2020 年 5 月，其拥有 3,700 个站点，并且有望在年底之前部署 7,000 个站点——相当于奥地利或葡萄牙这样的中型欧洲国家 / 地区。将技术扩展到更大，更复杂的部署将测试该技术并提供有价值的反馈以增强产品。

缺点：受信任供应商的商业模式受到破坏

颠覆一个行业的一个明显结果是，从旧的经商方式中受益的参与者面临巨大的动荡。这带来了一个问题，因为受影响的三家公司都位于美国的盟国和合作伙伴国家：芬兰（诺基亚）、韩国（三星）和瑞典（爱立信）。这些公司在美国也有相当多的员工。三星很可能会生存， 因为它有各种各样的业务活动来保持其偿付能力。但是，对于诺基亚和爱立信而言，无法适应这一新现实可能会导致其解散。

但是，这是不太可能的结果。全面过渡到开放接口需要时间，从而可以使公司做好准备。两家公司也已经在对冲赌注：这三家公司都是 O-RAN 联盟的成员，诺基亚和三星的一家子公司也是 TIP 的成员。再加上人们对开放接口作为一种可行的替代方案的兴趣和意识的日益增长，这些公司可以预见到风向的变化， 并通过相应地调整其商业模式来驾驭未来的新局面。

当前开放式 RAN 和虚拟化网络的发展

全球范围内正在进行许多 5G 开放架构网络的商业部署。美国公司是这些部署的主要供应商。

日本公司寻求基于开放式 RAN 和虚拟化网络部署 5G 国家网络

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍乐天目前正在部署世界上第一个基于开放RAN 的 5G 虚拟网络，并有望在年底前投入商业运营。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍该网络计划包含由日本 NEC 以及美国公司 Airspan、Qualcomm 和 Intel 制造的设备。该网络将在美国公司 Altiostar 和 Robin 的软件上运行。乐天目前在日本运营着一个全国性的4G LTE 虚拟化开放 RAN 网络。乐天的努力标志着一个重要的里程碑，展示了基于开放接口的大规模 5G 部署的可行性和经济性。

美国公司在开发开放式虚拟化 RAN 解决方案方面处于领先地位

美国的技术公司是开放体系结构领域最杰出的解决方案提供商之一。2020 年 3 月， Altiostar 宣布与西班牙移动运营商 Telefonica 合作， 在西班牙、英国、德国和巴西进行 4G 和5G 公开运行试验。Altiostar 已经在阿拉斯加、墨西哥、意大利、印度和日本拥有开放的 RAN 网络合同。 公司技术的部署与其主要投资者的活动密切相关：思科系统、高通公司、马欣德拉科技公司、Telefonica 公司和乐天公司。在位于纽约、土耳其和纽约的马维尼亚开展了一个试点项目。

中国电信运营商也不希望受制于少数供应商主导的市场，尤其是当中国的 RAN 市场由华为主导的情况下。中国移动是一家主要的移动运营商，也是 O-RAN 联盟的特许成员，2019 年与美国公司 Intel 和 Radisys 合作，展示符合开放架构规范的 5G RAN 设备。

美国政府对开放式 RAN 越来越感兴趣

美国政府的一些成员表示，他们对开放式RAN 和虚拟化网络技术的兴趣与日俱增，以替代目前的行业结构。最重要的是拟议的《利用战略联盟（美国）电信法》。该法案由一个两党参议员团体于 2020 年 1 月提出，要求联邦通信委员会从频谱拍卖收益中至少拿出 7.5 亿美元，用于研发开放式架构和基于软件的无线技术。即将通过的立法进一步拨款 5 亿美元，与外国合作伙伴合作，加快在全世界采用安全可靠的设备。一个由两党组成的议员团体于 2020 年4 月在众议院提出了一项类似的法案。

图 6 美国前电信行业高管，美国参议员马克·沃纳（Mark Warner）是《美国电信法》的共同发起人，该法案将授权至少 7.5 亿美元资助基于开放接口的电信技术研发。（拉里·法文 / 盖蒂图片社）

国防部将是美国最大的开放 RAN 和虚拟网络解决方案的政府客户，国防部负责研发的官员呼吁美国公司开发符合开放架构规范的技术。也有迹象表明，其他以国家安全为重点的机构正在探索开放架构的潜力。中央情报局的风险投资部门 In-QTel 投资了 Parallel Wireless，这是一家新兴公司，致力于开发符合开放 RAN 规范的技术。

2020 年2 月，白宫官员宣布将与包括诺基亚， 爱立信和三星在内的技术高管举行 5G 峰会。在宣布之前，白宫官员与技术公司首席执行官之间的讨论“有助于形成一种新的观点，即 5G 问题既涉及软件，也涉及物理基础设施。”来自 Altiostar 和 Mavenir 的代表应邀参加了此次活动，由于大流行，该活动无限期地从 4 月 1 日推迟。

政策建议

采取行动促进基于开放式架构和虚拟化网络的健康电信行业有三大类：美国政府部门对开放式架构的支持；采取具体行动促进美国开放式架构兼容设备的采用、创新和制造并利用多边协调；确保盟国和合作伙伴能够平等地从另一个开放的、多供应商系统提供的优势中获益和分享。

表示美国政府的支持

国会应：

（1）确认承诺。国会应该考虑一些信息传递的机会，以表示支持。例如，通过一项非约束性决议，宣布支持 O-RAN 联盟和电信基础设施项目，向业界传递了一个信息，即美国立法者支持 5G 替代方案。这些国际电信运营商和技术公司集团推动了 RAN 虚拟化和开放架构的发展。

（2）组织听证会系列活动。国会就基于广泛的网络虚拟化战略举行的专家听证会是表明对 5G 基础设施发展替代方案的兴趣和支持的重要方式。加上立法者的发言，这些行动可能会刺激私人股本和风险投资公司投资于开发基于开放接口技术的公司。

（3）条件行业补贴。全球服务基金每年的支出总额达数十亿美元，应尽可能使用原产于美国的模块化产品和开放接口，用于相关电信基础设施的部署。

白宫应：

更新 5G 策略。对开放架构和网络虚拟化的承诺应该是国家战略的核心要素，以重塑电信行业并为当前基于专有硬件的专有市场提供有竞争力的替代方案。

促进开发和部署

国会应：

（1）激励美国的 5G RAN 制造业。应提供税收优惠政策，鼓励 5G 相关的创新、制造和生产出现在美国，作为实现关键供应链多样化和安全的更广泛努力的一部分。例如，爱立信已经在美国生产美国市场的设备。

（2）推动研发。应更新《利用战略联盟（ 美国）电信法》，从目前提议的 7.5 亿美元增加到至少 20 亿美元，用于开发符合 5G 无线技术的公司。更多的资金将有助于鼓励新公司进入市场，并支持技术工人加入电信行业。

（3）促进在农村地区采用开放的多供应商系统。为了帮助弥合美国的数字鸿沟，应该修改《安全可信通信网络法》，为开放的、多供应商的系统预留资金。由于人口密度低和需要覆盖的大地理区域，农村运营商在部署 5G 网络方面面临相当大的障碍。

（4）鼓励美国政府部门和机构采用开放式RAN。美国政府的购买力，特别是国防部，将提供关键的动力。该部门已经处于 5G 实验部署的最前沿。

与盟友和合作伙伴合作

白宫应：

（1）鼓励联合研发和部署开放式 RAN。与日本、韩国、芬兰和瑞典的电信技术领导者联手， 将利用世界电信专家的知识。它还将激励相关公司和政府推广开放式 RAN 作为首选方案。

（2）推动多边 5G 政策。全球主要的民主

国家齐心协力，有能力确保 5G 现状的替代方案可行。多边协调将有助于科技领先的民主国家重新获得全球电信的竞争优势，并能够向中等大国扩散更安全、更强大的通信基础设施。通过协同工作可以帮助爱立信、诺基亚和三星过渡到基于开放接口的改造后的行业，这将有助于巩固那些关键的支持。

结论

世界上自由民主的技术领袖们有一个前所未有的机会来重塑 21 世纪经济的基础。有必要采取协调一致的行动，将电信设备行业从一个日益由中国企业主导的寡头垄断企业改造成一个充满活力和竞争激烈的生态系统。