5G技术发展与应用

张惠琴 李少波 李浩 朱俊达

5G是最新一代移动通信系统技术，目前已基本完成标准化和关键技术研究。本文主要介紹了5G的技术发展历程和各国对5G的研究现状，并对其优缺点及对各个领域的应用情况包括AR/VR、无限医疗、政府政务进行了简要的概述。

随着信息技术的快速发展，5G将成为未来发展的主流。它将应用于工商业与日常生活等方面。它与目前的移动通信技术相比，具有带宽更高、延时更低和连接更多等特性。此外它将深度融合人工智能、工业互联网以及物联网等领域，对传统行业的数字化、网络化以及智能化进行全面升级，目前是全球范围的竞争焦点。

历程及现状

从1980年1G的出现到1990年2G的使用，从2000年3G的进步和后期3.5G移动宽带再到2012年4G的普及，移动通信主要的应用范围从单一的音频到现在短信、视频、互联网和智能家具等都得到广泛应用。

在频谱分配方面，美国目前在分配给5G的低频段和高频段频谱数量方面居世界领先地位。由于分配的低频段频谱为716 MHz，虽然速度较慢，但距离较远。对于毫米波高频频谱，美国已经分配了2 500 MHz的短距离高速频率。但美国在分配中间波段频谱方面处于最底层。

优缺点

5G网络的优点：容量更大、连接支持更多、速度更快且延迟更低。首先，它的数据传输速率相比于之前的蜂窝网络要高出很多，最高可达10 Gbit/s。其次，低于1 ms的网络延迟，使其有更快地响应时间。它的峰值速率可以达到Gbit/s的标准，大数据量的传输可以满足高清视频、VR/AR等。网络的低时延可以满足远程医疗、自动驾驶等实时应用。网络容量足以提供千亿台设备的连接，满足物联网通信。频谱效率有较高提升，此外，5G可以更好地支持大规模的物联网领域，20 %的5G网络可能将为人和人提供服务，而80 %将用于物和物的通信。

5G网络面临的挑战：首先，5G的发展离不开技术的不断创新，并且需要更深更广的探索。其次，5G覆盖面积不好，主要是因为目前建设的5G频段都是高频，而频率和覆盖面积成反比，因此需要建立更多的基站。第三，5G的频段太杂乱，支持毫米波后，每个国家都会根据自己的情况分配频段，因此芯片厂商需要支持全球绝大多数国家的频段，天线和射频是严峻的考验。

各领域应用情况

无线医疗

在医疗发面，5G起到了领头作用。5G在不同的医疗场景发挥不同的作用，主要应用在远程会诊、远程监测和远程操控等方面。我国在互联网和医院的共同努力下，成功完成了首例基于5G的远程帕金森病“脑起搏器”植入手术。主治医师利用5G网络远程操作手术3个小时，期间没有病人远在3 000公里外的感觉。此外，5G的高带宽可以应用在影像诊断结果、生命体征数据和生化血液分析结果等资料的高速传输上，可更好地满足实时性的需要。

政府政务

5G时代，数据融合的趋势越来越明显，协同政务将出现新的突破。我国经济社会发展的一个痛点是营商环境，随着5G时代的到来，智慧政务将进一步促进服务发展方式转型，进一步改善营商环境，充分应用人工智能，将服务方式由高增长转向高质量。5G时代将实现，VR政务大厅、首席服务官、远程办事和移动审批等。未来的5G智慧政务大厅，将是一个“数字生物体”，大厅的智能摄像头将会对用户进行数据标记，并把用户的身份信息和提交材料等信息传递给中心平台，系统根据办事量和人流密度智能调整并匹配相应窗口。

安全

由于5G将要面对的是更开放的网络链接、更深度的计算设备，以及更复杂的应用环境。各种潜在的、对个人信息的攻击随时都可能出现，因此，5G安全问题就至关重要。

5G将面对多方面的安全挑战，包括核心网技术、低时延业务、大连接业务、网络切片技术、伪基站问题和用户位置隐私保护等。现阶段，5G的安全特性主要表现在增强了对用户唯一标志符的隐私保护，增强了归属地网络控制力，极大降低了漫游区欺骗风险，按需提供数据加密，扩大了对用户数据的保护面，增强了运营商之间连接的安全性，选择性拒绝终端接入，提升物联网抵御DDoS攻击的能力，冗余传输安全的新方案能够有效兼顾低时延业务的可靠性和安全性。

综上所述，5G移动通信技术可以显著提高通信效率和质量。由于对通信网络速率的要求不断提高，5G技术的应用必须进行规范，减少网络的资源消耗，使网络的安全性和稳定性得到提升。