技经观察 | 未来十年，全球通信系统的机遇在哪里？
伴随发展中经济体对通信系统的部署，中美在第三方市场的技术竞争势必会加剧。为帮助美国政策制定者应对日益激烈的竞争，美国国际战略研究中心（CSIS）发布报告《全球网络2030：发展中经济体和新兴技术》（Global Networks 2030：Developing Economies and Emerging Technologies），分析了未来10年全球通信系统以及新兴技术的发展态势，并为美国政策制定者应对挑战、抓住机遇提出建议。
中国参与全球网络建设的速度和范围让美国的政策制定者措手不及。即使如今一些“美国正输掉5G竞赛”的警告有些夸张，但华为作为下一代先进网络供应商的出现，已经足以给美国敲响警钟。中美目前正在全球网络的设计、建设和标准制定上展开竞争，下一个十年将具有决定性意义。
十年前，美国和欧洲的三大供应商(爱立信、诺基亚和思科)共同控制了超过一半的全球市场，但中国企业在政府的大力支持下，积极服务于原本被忽视的市场，稳步扩张，并逐渐侵入了竞争对手的“后院”。到2015年，华为已经是全球最大的5G供应商。2019年，华为和中兴在全球市场的总份额与美欧的三大供应商旗鼓相当。中国崛起成为领先的电信设备供应商不是一夜之间发生的，但直到最近，美国的政策制定者才开始将电信视为战略性行业，并对中国不断扩大的全球活动表示关注。美国及其盟友需要从这一经历中吸取教训，制定自己的全球互联互通愿景。
新冠肺炎大流行让互联网领域竞争变得更加严峻。拥有数字基础设施的人能够继续工作、学习、购物、玩耍，并与家人和朋友交谈；但世界上仍有近一半的人口无法接入互联网，而帮助缩小数字鸿沟的供应商将在未来几年蓬勃发展，与世界上一些增长最快的经济体一道崛起。
美国在建设全球网络中拥有很强的竞争优势。世界排名前十的研究型大学中，美国占了七所；美国公司仍然处于云计算等重要领域的前沿，他们的技术可以扩大全球的通信接入，改变竞争环境，并使其有利于美国及其盟友；美国文化在全球的广泛传播带来了商业优势，增强了美国的软实力；与中国不同，美国拥有合作伙伴及盟友网络，其中许多国家在关键新兴市场有着深厚历史和商业联系。
发展中经济体
目前，世界上有一半以上的人上网受限或无法上网；有超过三分之一的国家仍然缺乏互联网交换中心（即电信运营商之间为连通网络而建立的集中交换平台）；有超过三分之一的人生活在无法负担1G移动宽带套餐的国家。未来10年影响全球网络的最重要趋势之一是，更多发展中经济体将接入互联网。本部分将以亚洲、非洲和拉丁美洲等新兴市场为重点区域，展望未来十年全球网络的拓扑结构将如何演变。
国际电信联盟(ITU)指出，实现“到2030年将全人类连接到宽带互联网”的首要挑战是基础设施投资。据ITU估计，在维护现有基础设施的同时，大约需要260万个4G基站和70万公里的光纤来扩大接入，弥合数字鸿沟，而这可能需要4280亿美元的总投资。据亚洲开发银行估计，到2025年，若要实现数字经济的潜在收益，将需要每年额外增加7010亿美元的投资。
另一个关键挑战是购买价格合理的设备。非洲的设备价格是当地人民最难负担的(占平均月收入的62.8%)，其次是亚太地区(不包括印度为16.2%，包括印度为87.4%)，最后是美洲(11.7%)。虽然制造成本在未来几年可能会继续提高，但未来包括对低成本设备减税在内的改革措施，将会扩大设备的使用范围。
城市化将为这亚、非、拉美三个地区的人口接入互联网带来新的机遇。到2030年，世界将出现10个新的特大城市（即人口超过1000万的城市），其中9个将分布在亚洲和非洲。城市的高密度将使基础设施投资惠及更多人。
亚洲的网络发展
2015年到2019年，亚洲的国际带宽每年增长42%。中国香港是这一增长的主要受益者，在2019年国际带宽排名中为全球第六。但在中国于2020年6月实施了全面的国家安全法之后，许多公司开始将目光投向亚洲其他地区，例如新加坡、日本、菲律宾和印度尼西亚，目前新加坡已经是亚洲的主要枢纽。
东南亚的互联网发展迅速，前景广阔。根据谷歌、淡马锡和贝恩公司的一项研究，到2025年，该地区电子商务的价值将达到1720亿美元，是2019年总价值的4.5倍。电子商务的发展将扩大对数据中心的需求，到2024年，东南亚将成为全球数据中心增长最快的地区。
印度也有巨大的发展潜力，有巨大的投资需求，包括谷歌、亚马逊和Facebook在内的几家美国大型科技公司宣布投资数十亿美元，以补充印度政府的“数字印度”计划。但印度也有潜在的阻碍准入的因素，据印度政府调查显示，印度网民在使用互联网方面存在相当大的差异，其中性别差异尤为明显，印度只有42%的女性使用过互联网，而男性的这一比例为62%。
非洲的网络发展
非洲的增长潜力巨大。非洲拥有世界17%的人口，但其数据中心容量仅占世界的1%。在撒哈拉以南的非洲，大约三分之一的人口没有被移动宽带覆盖。根据联合国的一项研究显示，要在2030年前实现非洲宽带的普遍接入，需要新建25万个4G基站，铺设至少25万公里的地面光纤。联合国估计这些投资的成本约为1000亿美元。
从2015年到2019年，非洲的国际带宽以每年45%的速度增长，预计未来几年将会大力发展海底电缆项目，南非和埃及将分别成为非洲南北的重要枢纽。Facebook的“2Africa”项目计划到2024年将尼日利亚与其他22个非洲国家、中东地区以及欧洲连接起来。最近的投资表明，肯尼亚和尼日利亚可能在未来几年成为区域中心。
拉丁美洲的网络发展
社会经济因素及数字技能欠缺导致拉丁美洲互联网发展缓慢。根据美洲开发银行的数据，该地区近三分之一的人口无法上网。但该地区蕴含着巨大的发展潜力，目前拉丁美洲的互联网用户数增速已经超过了美国，同时，该地区的全球风险资本(VC)技术投资也在上升，国际资金正在增加，这些因素都将有利于该地区数字技术的发展。
巴西计划设立的8个研发机构主要集中在网络安全、医疗保健、农业综合企业、制造业和智慧城市技术。墨西哥一直在吸引来自微软、Equinix和其他数据中心公司的投资，并鼓励墨西哥城、瓜达拉哈拉、蒙特雷及其他城市的数字转型。
新兴技术
新的通信技术和网络建设方法，将在未来几年获得关注。本部分重点介绍五个值得关注的技术: 开放无线接入网、智慧城市系统、先进光子网络、低地球轨道卫星和高空平台电信系统。
开放无线接入网（Open RAN）
开放无线接入网络(Open Radio Access Networks，或Open RAN)是指通过使用开放和互操作的协议和接口来部署移动网络的一种方法，相较于传统RAN系统来说更加灵活。
Open RAN通过为从2G到5G甚至更广泛的无线网络创建一个更加多样化和创新的生态系统，可以给美国在经济和战略上带来收益。2020年12月，美国国会将《美国电信法案》(USA Telecommunications Act)纳入《国防授权法案》(National Defense Authorization Act)，并为国内5G网络和Open RAN开发提供了7.5亿美元的资金。
成功的Open RAN需要克服几个挑战:复杂性、政策协调和成本。
供应商的多样性增加了网络的复杂性。Open RAN可以有多达14或15个不同部分，包括无线电信号处理单元、将信号传输到核心的基带单元，以及承载网络虚拟化功能的云计算平台，这给系统部署带来的巨大挑战。
如何应对政策协调和安全标准方面的挑战也将影响Open RAN的部署。目前，美国并没有一个单一的、集中的协调机构。O-RAN联盟是一个由移动网络运营商、供应商和研究人员组成的关键机构，致力于塑造和规范Open RAN行业。
融资将是关键。在政府的支持下，中国企业可以以低于竞争对手20%至30%的价格取胜，因此，在许多发展中国家的市场中，华为是占主导地位的供应商，同时，当地运营商可能不愿承担从现有供应商过渡到其他供应商的额外前期成本。
智慧城市（Smart City Systems）
智慧城市承载着许多不断发展的技术。这些技术的共同之处在于它们通过连接设备感知周围的环境，其目标是优化。智慧城市方案包括废物管理(自动化垃圾箱收集)、犯罪预防(监控和更短的响应时间)、交通管理(指导道路交通、减少通勤时间)等。这些解决方案都依赖于能够快速、智能处理大量数据的系统。
到2030年，世界上十分之七的人将生活在城市，其中非洲和亚洲的城市人口增长最快。发展中经济体的官员对部署智慧城市系统十分感兴趣，同时将需要决定采用哪些系统和保障措施。
根据一份为美中经济和安全审查委员会准备的报告，中国公司已经向100多个国家出口了智慧城市技术，这引发了民主国家对人权和公民自由的担忧。
但总而言之，发展中国家对智慧城市的愿景，使智慧城市系统公司拥有巨大的商业机会。
先进光子网络（Photonic Networks）
先进光子网络，即通过光信号而不是电子信号来传输信息，使其有潜力提高网络速度、能源效率和安全性。据行业估计，光子学支持的应用程序占全球GDP的11%。一些尖端技术也依赖于光子技术，例如5G网络、自动驾驶汽车和量子计算。
未来，光子网络将可能会释放出远超5G的速度。目前的网络是通过几个步骤将光信号转换成电信号。当走向真正的光子网络，也称为全光子网络时，就只需要使用光，而不是电流来传输数据。光的速度比电流快10倍，而且在容量和安全性方面也具有独特优势。为了发挥这些优势，英特尔、索尼和NTT成立了创新光学和无线网络(IOWN)全球论坛，目标是到2030年实现重大网络变革：功耗降低100倍，传输容量增加125倍，延迟降低200倍。
创建一个全光子学网络将需要在研发方面进行投资，从而改进材料、制造工艺和设备。美国及其盟友需要在投资研发的同时，警惕竞争对手利用政府支持进行收购和投资。中国在这一领域也进行了许多投入，2017年，中国成功测试了首个使用光学技术的集成量子通信网络。
低地球轨道卫星（LEO Constellations ）
低轨卫星在遥感、全球导航定位和通信方面有着广泛的应用，本部分着重介绍低轨卫星的通信应用。低轨卫星有利于提供高速、低延迟的全球宽带，并通过覆盖农村和不发达地区，在缩小数字鸿沟方面发挥重要作用。
第一波低轨卫星的研究始于20世纪90年代，但最终由于资金和技术原因而失败。如今的低轨卫星计划受益于以下能力进展:天线开发和处理的改进，对于数据速率更高频段的使用，预测分析和网络优化能力，以及更低的发射成本。
但低轨卫星的商业可行性问题仍然存在。建造和维护低轨卫星非常昂贵，部署一个全面运行的系统可能需要50亿至100亿美元，其中每年的运行成本高达10亿至20亿美元。低轨卫星的寿命只有5年或更短(相较于地球同步卫星的15年)，这使得其替换相对频繁，影响了成本以及从供应链到制造、发射和运营的方方面面。
鉴于高昂的成本，如果没有政府支持，低地球轨道卫星不大可能显著提高低收入国家的连通性。
美国的公司走在低轨卫星发展的前沿。SpaceX已经拥有1000颗在轨卫星，并计划到2021年底实现全球覆盖。亚马逊的柯伊伯项目(Project Kuiper)已获批发射3236颗卫星。Facebook在2020年发射了一颗实验卫星，但几乎没有发布有关其计划的信息。
欧洲和亚洲也在努力发展低轨卫星。OneWeb在被英国政府和印度巴蒂集团(Bharti Group)收购后，于2019年成功记录了平均32毫秒的延迟，现在计划在2021年底之前提供全球商业服务。
中国一直在试验几个低轨卫星项目，并希望在中国和一带一路沿线提供宽带服务。中国两家主要的国有航空航天公司——中国航天科工集团(CASIC)和中国航天科技集团(CASC)——都宣布开发和建设低轨卫星网络，并分别命名为“红云”(计划发射864颗卫星)和“红岩”(计划发射320颗卫星)。
高空平台电信系统（High-Altitude Platforms）
高空平台电信系统(HAPS)在大气平流层(20千米至50千米高)运行，可应用于宽带、监视、遥感和军事相关服务，在地面网络遭到破坏或救灾情况下显示出极高应用价值。
HAPS系统示意图
尽管HAPS已经存在了大约20年，但其商业可行性仍然是一个挑战。例如，Alphabet的Loon项目旨在使用轻型高空气球提供互联网接入。然而，对于没有宽带接入地区的许多用户来说，这个系统十分昂贵。正如该项目的首席执行官在1月份宣布终止Loon项目时所解释的那样，目前还没有找到一种方法将成本降至足够低，以建立长期、可持续的业务。
HAPS面临着一些与低轨卫星相似的挑战。例如，为了不影响飞机日常飞行，HAPS需要足够强大的自动飞行控制机制；为了实现全球部署，HAPS需要个别国家批准落地权，并遵守当地法规。目前，由来自电信、技术和航空航天领域的公司组成的HAPS联盟正在努力促进HAPS的落地，并致力于制定标准的产品规格和互操作性。
建议
阐明2030年全球互联互通的愿景
当美国制定自己的愿景时，可以从盟国的政策中汲取灵感。例如，欧盟已经提出了2030年的数字目标，其中强调了安全和可持续的数字基础设施建设。日本的超越5G倡议也对2030年进行了展望，思考如何让数字基础设施更加包容、可持续，并为社会做出贡献。
美国也可以在已有基础上继续努力。“自由和开放”这两项重要原则已经在美国对印度-太平洋地区的方针中得到强调。这些原则在美国主要盟国的声明中得到了呼应，为进一步合作提供了基础。
大规模有前景的技术
利用国内投资。目前有几个利用美国国内投资的机会，包括国内基础设施一揽子计划、在农村网络中“拆除和替换”华为设备，以及联邦通信委员会频谱拍卖等。美国政府的采购，特别是国防部对低轨卫星等未来通信网络的投资，也可能产生更广泛的积极效应。
创建一个联合的“加速器”基金。作为更广泛的技术合作的一部分，一项专门的基金可以帮助应对部署新技术所带来的挑战；还可以支持试点项目，让公司之间建立合作习惯，并在关键的发展中市场展现出价值。
与区域市场结成伙伴。美国及其盟友应以合作伙伴的身份接触大型区域市场，并让这些市场在新兴通信技术的开发和生产中获得实实在在的利益。
在“明日市场”（Tomorrow’s Markets）中竞争
扩大对第三方市场的融资。扩大全球网络接入的挑战本质上是一个金融挑战。美国及其盟友应该在世界银行(World Bank)、地区开发银行(regional development banks)和其他国际金融机构共同努力，为数字基础设施调动更多资源。
增加技术援助。技术援助对于实现网络系统的优势并最小化风险是至关重要的。援助应集中于向外国市场的决策者提供早期帮助，例如规划系统、进行成本效益评估等。美国及其盟友还应将发展中国家的利益相关者联系起来，形成一个相互支持的网络，从而分享经验和专业知识。
推广高标准的“智慧城市”模式。美国及其盟友可以提供可持续的财政支持，强调商业可行性、能源效率、社会保障和数据安全，来帮助更多美国智慧城市的方案将在海外取得成功。
从现在开始
上述行动只是一个开始。它们主要集中在本报告所审查的两个领域，即新兴通信技术和发展中经济体。其他重要领域包括，实施国家数据隐私框架，减少外国对数据流动的障碍，鼓励移民以加强创新，防止不必要的技术转让，以及制定全球标准。如果美国想在2030年在全球网络中占据优势地位，就必须从现在开始建设未来。