5G发展现状及趋势

赵中亮

摘要：通过介绍5G的概念及其发展历程，分析5G将来可能部署的场景与制定标准，概括介绍了5G的4个核心技术，最后提出5G在和不同应用场景结合时需面临的一些问题。

关键词：5G发展趋势;智能化;信息化

中图分类号：F293 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-（2019）11-0020-22 收稿日期：2019-10-31

5G的全称是第五代移动通信技术。5G有一些核心指标：第一个是峰值速率，就是单个用户用手机或者是笔记本电脑下载电影的速率可以达到前所未有的新高度，这是5G目前最大的一个卖点。第二个很重要的指标就是时延，有一些应用对时间延迟有非常高的要求。比如说在智能交通领域，智能公交系统的红、黄灯切换需要在极短时间内完成。分布在马路边的传感器需要将实时路况信息采集并传输到后台处理，这些信息的采集和处理对时间有非常高要求。另外一种大家常见的低时延应用是VR也就是虚拟现实或者增强现实。现在的虚拟现实或者增强现实应用里有一个很大的问题，就是大部分佩戴VR头盔的应用都需要有线连接从而满足低时延的要求。借助于5G网络的高带宽特性，这个线可以被去掉，这就要求头盔上所有的传感器数据都要通过无线传输与后端的云相连。第三个核心指标，就是5G将会支持更快的移动速度，从4G时代中最高300km/h到5G时代的500km/h，甚至更快。

从技术层面来说，我们现在5G的技术开发在很多领域可以说是处于世界领先地位，特别是以华为、中兴等为代表的企业的研发能力很强。但我国整体的5G部署相对欧美一些发达国家来说还是比较落后。5G其实对手机端应用性能的提升可能并没有想象中那么大，它的核心优势在一些新的应用上可能体现得更明显，比如说虚拟现实、增强现实或在一些物联网、工业互联网上的应用，这些新的场景将会是5G的核心应用。

图1展示出5G可能部署的场景，可以看到在5G时代，所有的信息都是以人为核心的。这包括越来越多的可穿戴设备，甚至手机、眼镜、手表、戒指、鞋、手环等等都会有实时的数据采集功能。然后这些设备可能和家里的智能家居或办公室、休闲娱乐设备以及云端服务器都是相连的，所有的数据可以实时互传。图1中最外面的圈代表着5G将带来的新应用场景，包括工业互联网、智能农业、智能医疗、智能教育，等等。

如图2所示，5G标准的制定首先是由全世界的电信运营商（比如我国的中国联通或者法国的Orange等）和设备制造商（比如我国的华为、中兴或芬兰的诺基亚等），连同相关高校和研究所联合开展5G方面的科学研究。这个过程一般发生在最终标准提前的大概10年左右开始。研究成果提交到区域性的国际组织讨论。对5G来说目前在国际上比较有权威的这么一些国际组织，包括国际电气电子工程师协会（IEEE），另外一个就是国际电信联盟（ITU），这个机构相当于是移动通信技术的最终协议发布者，其总部位于瑞士日内瓦。这些国际组织对企业及学术机构提出的议案作出一个评审，或者说一个性能测试，最终把相关协议提供给ITU，ITU再组织相关专家对5G标准的制定做最后决定并发布。

图3展示了ITU定义的5G的三个核心的应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信及高可靠低时延通信。第一个增强型移动宽带，就是说以后宽带下载速度会大大提升。第二个就是高可靠低时延通信，比如像无人驾驶等应用对数据传输可靠性有很高的要求。第三个应用场景就是大规模机器通信，这指的是工业互联网里的传感器节点、智慧城市里的路灯等等可能都是相互连接。

下面简要介绍一下5G的几个核心技术：

一是大规模天线阵列——理论上来说就是在同一个基站可以连接256个天线，从而实现全角度覆盖。

二是毫米波高频通信——高频波段在单位时间内可以传播更多的数据量，但它的缺点是信息传输距离短，穿透障碍物的能力弱。

三是超密集组网——部署大量小型基站，这个基站往往只负责某一栋楼里面手机用户的信号。

四是网络切片——大规模的共有网络基础设施将被共享，根据应用需求动态分配资源。

图4概括了国际社会普遍认为5G应该在这10个方面落地应用，包括超高清视频、VR/AR应用、车联网、无人机网络、远程医疗、智慧电力、智能工厂、智能安防、AI个人助理、智能城市等。以下就几个应用领域展开详细介绍。

以远程医疗为例，在很多偏远地区可以通过5G技术，通过高频高清视频实时转播远程端的手术情况，医生可以远程指导甚至通过模拟器直接进行远程手术操作。另外与老百姓生活比较相关的应用就是超高清视频直播。现在在许多活动的直播中，都采用了4K高清视频。在未来的5G时代，8K高清视频将会给用户带来更加清晰、生动的视听体验。无人机网络可以应用到环境非常恶劣的场景，比如铁路沿线的电力巡检，环境往往非常恶劣，使用人工巡检高铁线路很难。这个时候如果用無人机，甚至多个无人机组网来进行协同组网，可以实时把视频传到地面，从而减少很多人工工作。

5G的到来可以用四个“新”来概括：一个是新技术，包括天线阵列、高频传输人工智能网络芯片等等;第二个是新性能，即低时延、高可靠和广覆盖等;再就是新应用以及新体验。但于此同时，5G也面临新的风险，比如隐私、能耗，等等。

除了技术方面的发展，5G在真正的部署过程中还需要做很多技术之外的修订。比如说用远程医疗技术做手术，在手术过程中由于通信瑕疵造成医生操作失误，进而导致手术失败，这个责任是医生的还是通信网络的？所以当把5G和不同的应用场景结合，特别是一些比较敏感的领域结合时，需要相关的法律规则等，做出相应的设计和安排。