5G移动通信发展及在各行各业的应用浅析

张 青

5G移动通信发展及在各行各业的应用浅析

张 青

北京爱可生信息技术股份有限公司，北京 100107

移动通信已经发展了将近四十年，它对人类的生活起到了越来越大的作用。特别是近十年，移动通信技术的更新越来越快，对国家的经济、人民的生活起到了关键性的影响。4G移动通信技术已经很成熟，5G也在紧锣密鼓的研发中。因此，主要介绍了5G移动通信的发展，分析了它的基本特征以及未来5G对各行各业的作用。

5G；移动通信；行业应用；基本特征；技术场景

移动通信诞生自20世纪80年代，到现在已经快有四十年的发展了，而且在近十年经历了爆发式的发展。它已经像水和电一样成为社会发展不可或缺的基础设施，一直助力各行各业的发展，而且国家政府一直把通信发展作为国家的战略。不过随着大数据和人工智能时代的来临，国家的经济发展对移动通信的发展提出了新的要求和期望。本文主要浅析了5G移动通信发展趋势及在各行各业的应用。

为了适应国家新经济和人民日益增长的物质和精神需求的发展需要，第五代移动通信技术（5G）的研发已渐渐拉开帷幕（见图1）：

图1 5G时间工作计划

1 5G的概念

5G是4G的升级版，是为了满足新一代信息技术的需要而存在的，是至少面向2025年人类信息社会需求的移动通信技术。

2016年11月，乌镇举办了第三届世界互联网大会[1]。在此之际，美国高通公司宣告第五代移动通信标准，即5G标准。它是4G的升级，是面向千兆带宽，主要应用于未来大数据和人工智能的移动通信技术[2]。

韩国（三星电子）、中国（华为）、欧盟、日本都在投入相当的资源研发5G网络。

2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。

2 移动通信的发展史

2.1 1G

第一代移动通信技术（1G）是最早的移动通信技术，制定于20世纪80年代。采用FDMA（频分多址），只能进行语音通话。

2.2 2G

第二代手机通信技术（2G），采用TDMA（时分多址），是以数字传输技术为关键技术，能进行语音通话和慢速的数据通信，比如能够传输短信，但是不能传输大量的数字内容。

2.3 3G

第三代移动通信技术（3G），采用CDMA（码分多址），比2G增加一个多媒体数据业务。3G在数字传输速度上有很大的提升，主要标准有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，能够进行大量图文的传输，但是不能进行更快速度的传输，比如高清视频的传输。

2.4 4G

第四代移动通信技术（4G），采用OFDMA（正交频分多址），在3G基础上提高了数据通信速度，典型的是进行视频等高速信息通信业务。它的主要有两种：TD-LTE和FDD-LTE。3G主要传输图文，4G能做像高清视频这些包括大量数据内容的业务。所以在4G时代，出现了例如视频网站、网络直播平台、在线教育平台等一些以视频内容为主的网络应用。现在用户们能够体验这些良好的服务皆因4G通信技术的发展。

2.5 5G

5G通信速度进一步提升，能够减低延迟和掉线密度，稳定快速移动时的信号等，见图2。

图2 5G概念

3 5G具有的基本特征

3.1 万物互联、开放架构、无限接入

5G的到来不仅是解决基础通信的问题，更是解决人与人、人与物、物与物直接的互联。如果说从1G、2G、3G到4G是一条直线演进路线的话，那么到了5G，就是从“直线”向“面”的横向扩张。5G的目标是提供无限的信息接入，并且能够让任何人和物随时随地共享数据，使个人、企业和社会受益。5G是万物互联的开放式、软件可定义的架构：在此架构上有不同的虚拟网络切片，适应成千上万的5G应用场景。5G除了人与人之间的通信，将提供使能Internet of Things（IoT，物联网）的平台，以用户为中心构建全方位信息生态系统，提供各种可能和跨界整合[3]。

3.2 数据流量暴增，网络负载加大

因为互联网应用的大范围应用以及网名的大量普及，特别是移动互联网和物联网的到来，各行各业的数据正在激增，互联网公司利用这些大数据做出了很多推荐系统和预测系统。但这也给移动通信技术提出了更多的挑战，流量的暴增需要更好的网络基础设施的支持。

3.3 速度增加若干倍

不管是平均速度还是峰值速度，5G的通信速度均会提高若干倍。有国外媒体报道，5G的速度会是4G的100倍。按照4G的最快速度150 MB/s来算，5G的最快速度将达到惊人的15 GB。那么现如今任何的网络应用都不会再受到限制，这样以前用户体验不好的诸多网络应用将变得非常好，这也直接助力国家的“互联网+”发展战略，为创新创业提供基础保障。

其次，当前电子商务专业培养出来的学生，往往更加侧重于运营管理，匮乏懂技术又懂运营管理的复合型电子商务人才。其对于云计算、大数据、物联网、云媒体等新一代信息技术运用相对陌生或不了解，尤其现在的大数据对于经济发展具有重要的风向标作用，缺乏对大数据的收集和分析能力，导致不能紧跟互联网发展的大潮流，使得电子商务的发展出现一定的滞后性，人才因素已经成为阻碍宿迁市电子商务发展的重要因素。

3.4 低延时、高可靠、低功耗

5G网络的时延低至1 ms。在3G网络中，时延约为100 ms；4G网络的时延为20～30 ms，而5G网络的时延可缩短到1 ms，足以支撑汽车自动驾驶功能。

图3

4 未来5G要实现的技术场景

面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。

5G将要满足人们日常生活中所有的信息化需求，以及国家在经济发展、政府办公、农业生产等各行各业的需求[4]。

4.1 医疗

4.1.1 无所不在的物联网帮助人们保持健康

随着可穿戴的医疗设备和远程健康监测设备的普及，人们可以随时监测自己的身体指标，这样能及早发现身体异常，进行预防或者及时就医。

4.1.2 大宽带能让患者足不出户进行就医

有些急病让患者不便出行，比如骨科病人或者动手术之后的病人等，他们每次复诊都是一次头疼的事情，而且也可能不小心让患处加重。5G的带宽可以让患者随时随地跟医生进行复诊成为可能，如通过虚拟现实和视频直播等方式，这些方式都需要足够的宽带支持。

5G将确保患者的关键信息进行可靠性的传递，这样在患者到达医院之前医生就了解到了患者的病情，可以提前安排手术。例如，突发心脏病的患者可以通过5G医疗网络将求救信号和身体关键信息传送到附近的医院，这样医院就可以快速派救护车前往救助以及在医院安排好相关的事宜。对于突发性疾病的救助，一分一秒都很关键，5G的发展毋庸置疑能挽救更多的病人。

4.2 交通

4.2.1 无人驾驶成为可能

无人驾驶除了要实时判断路况，也要实时接收卫星定位信号来决定如何行使。卫星信号的接收必须保证可靠性，5G网络的可靠性要比4G高很多，这样无人驾驶的完全性才能得以保障。

4.2.2 车辆中的乘客将更安全

5G让物联网得以实现，那么车联网也将实现。不仅如此，车辆和人员的信息也将相连，这样万物相连的状况会让乘客更加安全。假如发生交通意外，乘客昏迷，车辆将自动地、及时地将事故地点、周边环境、乘客信息发送给附件的医院、消防单位和交警。乘客可以得到第一时间的抢救，消防人员可以第一时间赶来消防，交警可以第一时间赶来管制交通。

4.2.3 交通将减低拥堵

因为5G让物物相连变成可能，所以所有的行驶车辆的信息数据都会记录下来，接着设计一个庞大的车辆行驶算法来规划城市的交通运输，极大地降低交通堵塞，提高道路利用率，更好地设计城市交通运输。

4.3 教育

教育是国家以及一个民族的重中之重。但是目前教育资源极度不均衡；一线城市的孩子享受着最好的教育，而四五线城市以及农村地区的教育资源还非常匮乏。如何改变这种现状，让教育实现公平，让偏远地区的孩子不要输在起跑线上，国家正在平衡教育资源。5G的出现让教育公平有可能得到实现，网络在线教育让每个孩子都能得到最好的教育，不管他们身在何处，只要他们能够上网。

目前已经有若干在线教育平台，不过偏远地区还是因为网络通信不够导致他们无法享受这些优质的教育资源。5G到来之后，全国的网络覆盖率定会得到加强，从而促进实现教育公平。

总之，5G是面向未来的移动通信技术。它是下一代信息技术的基础，它将极大地满足人们未来生活的需求，促进国家经济的发展，是国家大计。

[1]高通5G产品荣列领先科技成果[EB/OL]. （2016-11-21）.http://news.163.com/16/1121/09/C6CS310M00014SEH.html.

[2]高通5G向千兆移动网络和人工智能迈进[EB/OL].（2016-11-29）[2016-12-04].http://mobile.163. com/16/1129/08/C71C3PUS00118025.html.

[3]王实.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].信息通信，2015（12）：253-254.

[4]侯玉，儒陈萌，王婷婷.5G移动通信技术应用及其发展前景探索[J].数字技术与应用，2017（6）：42.

5G Mobile Communication Development and Application Analysis in All Trades and Industry

Zhang Qing

Beijing Action Information Technology Co., Ltd., Beijing 100107

Mobile communication has been developing for almost 40 years and has played an increasingly important role in human life. Especially in the recent decade, the technology of mobile communication has been updated faster and faster, which has has a crucial impact oncountry’s economy and people’s lives. The current 4G mobile communication technology is already very mature. 5G is also in intense research and development. Therefore the paper mainly introduces the development of 5G mobile communications, analyzes its basic characteristics, as well as the role of 5G for various industries in the future.

5G; mobile communication; industry applications; basic features; technical scene

TN929.5

A

1009-6434（2017）11-0032-03