5G移動(dòng)通信發(fā)展及在各行各業(yè)的應(yīng)用淺析

張 青

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5G移動(dòng)通信發(fā)展及在各行各業(yè)的應(yīng)用淺析

張 青

北京愛(ài)可生信息技術(shù)股份有限公司，北京 100107

移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展了將近四十年，它對(duì)人類的生活起到了越來(lái)越大的作用。特別是近十年，移動(dòng)通信技術(shù)的更新越來(lái)越快，對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、人民的生活起到了關(guān)鍵性的影響。4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)很成熟，5G也在緊鑼密鼓的研發(fā)中。因此，主要介紹了5G移動(dòng)通信的發(fā)展，分析了它的基本特征以及未來(lái)5G對(duì)各行各業(yè)的作用。

5G；移動(dòng)通信；行業(yè)應(yīng)用；基本特征；技術(shù)場(chǎng)景

移動(dòng)通信誕生自20世紀(jì)80年代，到現(xiàn)在已經(jīng)快有四十年的發(fā)展了，而且在近十年經(jīng)歷了爆發(fā)式的發(fā)展。它已經(jīng)像水和電一樣成為社會(huì)發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，一直助力各行各業(yè)的發(fā)展，而且國(guó)家政府一直把通信發(fā)展作為國(guó)家的戰(zhàn)略。不過(guò)隨著大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的來(lái)臨，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)移動(dòng)通信的發(fā)展提出了新的要求和期望。本文主要淺析了5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)及在各行各業(yè)的應(yīng)用。

為了適應(yīng)國(guó)家新經(jīng)濟(jì)和人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)和精神需求的發(fā)展需要，第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的研發(fā)已漸漸拉開帷幕（見(jiàn)圖1）：

圖1 5G時(shí)間工作計(jì)劃

1 5G的概念

5G是4G的升級(jí)版，是為了滿足新一代信息技術(shù)的需要而存在的，是至少面向2025年人類信息社會(huì)需求的移動(dòng)通信技術(shù)。

2016年11月，烏鎮(zhèn)舉辦了第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)[1]。在此之際，美國(guó)高通公司宣告第五代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，即5G標(biāo)準(zhǔn)。它是4G的升級(jí)，是面向千兆帶寬，主要應(yīng)用于未來(lái)大數(shù)據(jù)和人工智能的移動(dòng)通信技術(shù)[2]。

韓國(guó)（三星電子）、中國(guó)（華為）、歐盟、日本都在投入相當(dāng)?shù)馁Y源研發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)。

2017年12月21日，在國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP RAN第78次全體會(huì)議上，5G NR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。

2 移動(dòng)通信的發(fā)展史

2.1 1G

第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）是最早的移動(dòng)通信技術(shù)，制定于20世紀(jì)80年代。采用FDMA（頻分多址），只能進(jìn)行語(yǔ)音通話。

2.2 2G

第二代手機(jī)通信技術(shù)（2G），采用TDMA（時(shí)分多址），是以數(shù)字傳輸技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)，能進(jìn)行語(yǔ)音通話和慢速的數(shù)據(jù)通信，比如能夠傳輸短信，但是不能傳輸大量的數(shù)字內(nèi)容。

2.3 3G

第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G），采用CDMA（碼分多址），比2G增加一個(gè)多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G在數(shù)字傳輸速度上有很大的提升，主要標(biāo)準(zhǔn)有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，能夠進(jìn)行大量圖文的傳輸，但是不能進(jìn)行更快速度的傳輸，比如高清視頻的傳輸。

2.4 4G

第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G），采用OFDMA（正交頻分多址），在3G基礎(chǔ)上提高了數(shù)據(jù)通信速度，典型的是進(jìn)行視頻等高速信息通信業(yè)務(wù)。它的主要有兩種：TD-LTE和FDD-LTE。3G主要傳輸圖文，4G能做像高清視頻這些包括大量數(shù)據(jù)內(nèi)容的業(yè)務(wù)。所以在4G時(shí)代，出現(xiàn)了例如視頻網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)、在線教育平臺(tái)等一些以視頻內(nèi)容為主的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。現(xiàn)在用戶們能夠體驗(yàn)這些良好的服務(wù)皆因4G通信技術(shù)的發(fā)展。

2.5 5G

5G通信速度進(jìn)一步提升，能夠減低延遲和掉線密度，穩(wěn)定快速移動(dòng)時(shí)的信號(hào)等，見(jiàn)圖2。

圖2 5G概念

3 5G具有的基本特征

3.1 萬(wàn)物互聯(lián)、開放架構(gòu)、無(wú)限接入

5G的到來(lái)不僅是解決基礎(chǔ)通信的問(wèn)題，更是解決人與人、人與物、物與物直接的互聯(lián)。如果說(shuō)從1G、2G、3G到4G是一條直線演進(jìn)路線的話，那么到了5G，就是從“直線”向“面”的橫向擴(kuò)張。5G的目標(biāo)是提供無(wú)限的信息接入，并且能夠讓任何人和物隨時(shí)隨地共享數(shù)據(jù)，使個(gè)人、企業(yè)和社會(huì)受益。5G是萬(wàn)物互聯(lián)的開放式、軟件可定義的架構(gòu)：在此架構(gòu)上有不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)切片，適應(yīng)成千上萬(wàn)的5G應(yīng)用場(chǎng)景。5G除了人與人之間的通信，將提供使能Internet of Things（IoT，物聯(lián)網(wǎng)）的平臺(tái)，以用戶為中心構(gòu)建全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，提供各種可能和跨界整合[3]。

3.2 數(shù)據(jù)流量暴增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加大

因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的大范圍應(yīng)用以及網(wǎng)名的大量普及，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，各行各業(yè)的數(shù)據(jù)正在激增，互聯(lián)網(wǎng)公司利用這些大數(shù)據(jù)做出了很多推薦系統(tǒng)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)。但這也給移動(dòng)通信技術(shù)提出了更多的挑戰(zhàn)，流量的暴增需要更好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持。

3.3 速度增加若干倍

不管是平均速度還是峰值速度，5G的通信速度均會(huì)提高若干倍。有國(guó)外媒體報(bào)道，5G的速度會(huì)是4G的100倍。按照4G的最快速度150?MB/s來(lái)算，5G的最快速度將達(dá)到驚人的15?GB。那么現(xiàn)如今任何的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都不會(huì)再受到限制，這樣以前用戶體驗(yàn)不好的諸多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將變得非常好，這也直接助力國(guó)家的“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供基礎(chǔ)保障。

其次，當(dāng)前電子商務(wù)專業(yè)培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生，往往更加側(cè)重于運(yùn)營(yíng)管理，匱乏懂技術(shù)又懂運(yùn)營(yíng)管理的復(fù)合型電子商務(wù)人才。其對(duì)于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云媒體等新一代信息技術(shù)運(yùn)用相對(duì)陌生或不了解，尤其現(xiàn)在的大數(shù)據(jù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的風(fēng)向標(biāo)作用，缺乏對(duì)大數(shù)據(jù)的收集和分析能力，導(dǎo)致不能緊跟互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大潮流，使得電子商務(wù)的發(fā)展出現(xiàn)一定的滯后性，人才因素已經(jīng)成為阻礙宿遷市電子商務(wù)發(fā)展的重要因素。

3.4 低延時(shí)、高可靠、低功耗

5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延低至1?ms。在3G網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)延約為100?ms；4G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延為20～30?ms，而5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延可縮短到1?ms，足以支撐汽車自動(dòng)駕駛功能。

圖3

4 未來(lái)5G要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)場(chǎng)景

面向2020年及未來(lái)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將成為移動(dòng)通信發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

5G將要滿足人們?nèi)粘Ｉ钪兴械男畔⒒枨?，以及?guó)家在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政府辦公、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各行各業(yè)的需求[4]。

4.1 醫(yī)療

4.1.1 無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)幫助人們保持健康

隨著可穿戴的醫(yī)療設(shè)備和遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的普及，人們可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)自己的身體指標(biāo)，這樣能及早發(fā)現(xiàn)身體異常，進(jìn)行預(yù)防或者及時(shí)就醫(yī)。

4.1.2 大寬帶能讓患者足不出戶進(jìn)行就醫(yī)

有些急病讓患者不便出行，比如骨科病人或者動(dòng)手術(shù)之后的病人等，他們每次復(fù)診都是一次頭疼的事情，而且也可能不小心讓患處加重。5G的帶寬可以讓患者隨時(shí)隨地跟醫(yī)生進(jìn)行復(fù)診成為可能，如通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和視頻直播等方式，這些方式都需要足夠的寬帶支持。

5G將確?；颊叩年P(guān)鍵信息進(jìn)行可靠性的傳遞，這樣在患者到達(dá)醫(yī)院之前醫(yī)生就了解到了患者的病情，可以提前安排手術(shù)。例如，突發(fā)心臟病的患者可以通過(guò)5G醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)將求救信號(hào)和身體關(guān)鍵信息傳送到附近的醫(yī)院，這樣醫(yī)院就可以快速派救護(hù)車前往救助以及在醫(yī)院安排好相關(guān)的事宜。對(duì)于突發(fā)性疾病的救助，一分一秒都很關(guān)鍵，5G的發(fā)展毋庸置疑能挽救更多的病人。

4.2 交通

4.2.1 無(wú)人駕駛成為可能

無(wú)人駕駛除了要實(shí)時(shí)判斷路況，也要實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星定位信號(hào)來(lái)決定如何行使。衛(wèi)星信號(hào)的接收必須保證可靠性，5G網(wǎng)絡(luò)的可靠性要比4G高很多，這樣無(wú)人駕駛的完全性才能得以保障。

4.2.2 車輛中的乘客將更安全

5G讓物聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)，那么車聯(lián)網(wǎng)也將實(shí)現(xiàn)。不僅如此，車輛和人員的信息也將相連，這樣萬(wàn)物相連的狀況會(huì)讓乘客更加安全。假如發(fā)生交通意外，乘客昏迷，車輛將自動(dòng)地、及時(shí)地將事故地點(diǎn)、周邊環(huán)境、乘客信息發(fā)送給附件的醫(yī)院、消防單位和交警。乘客可以得到第一時(shí)間的搶救，消防人員可以第一時(shí)間趕來(lái)消防，交警可以第一時(shí)間趕來(lái)管制交通。

4.2.3 交通將減低擁堵

因?yàn)?G讓物物相連變成可能，所以所有的行駛車輛的信息數(shù)據(jù)都會(huì)記錄下來(lái)，接著設(shè)計(jì)一個(gè)龐大的車輛行駛算法來(lái)規(guī)劃城市的交通運(yùn)輸，極大地降低交通堵塞，提高道路利用率，更好地設(shè)計(jì)城市交通運(yùn)輸。

4.3 教育

教育是國(guó)家以及一個(gè)民族的重中之重。但是目前教育資源極度不均衡；一線城市的孩子享受著最好的教育，而四五線城市以及農(nóng)村地區(qū)的教育資源還非常匱乏。如何改變這種現(xiàn)狀，讓教育實(shí)現(xiàn)公平，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的孩子不要輸在起跑線上，國(guó)家正在平衡教育資源。5G的出現(xiàn)讓教育公平有可能得到實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)在線教育讓每個(gè)孩子都能得到最好的教育，不管他們身在何處，只要他們能夠上網(wǎng)。

目前已經(jīng)有若干在線教育平臺(tái)，不過(guò)偏遠(yuǎn)地區(qū)還是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信不夠?qū)е滤麄儫o(wú)法享受這些優(yōu)質(zhì)的教育資源。5G到來(lái)之后，全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率定會(huì)得到加強(qiáng)，從而促進(jìn)實(shí)現(xiàn)教育公平。

總之，5G是面向未來(lái)的移動(dòng)通信技術(shù)。它是下一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)，它將極大地滿足人們未來(lái)生活的需求，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是國(guó)家大計(jì)。

[1]高通5G產(chǎn)品榮列領(lǐng)先科技成果[EB/OL]. （2016-11-21）.http://news.163.com/16/1121/09/C6CS310M00014SEH.html.

[2]高通5G向千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能邁進(jìn)[EB/OL].（2016-11-29）[2016-12-04].http://mobile.163. com/16/1129/08/C71C3PUS00118025.html.

[3]王實(shí).5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].信息通信，2015（12）：253-254.

[4]侯玉，儒陳萌，王婷婷.5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展前景探索[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)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