5G與經(jīng)濟(jì)深度融合及其關(guān)鍵技術(shù)研究

于開(kāi)欣 曹潔

摘? 要：5G時(shí)代的到來(lái)絕不只是幾秒鐘就能下載一部高清電影這么簡(jiǎn)單，它還將支撐起由物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)、無(wú)人飛機(jī)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)所構(gòu)成的未來(lái)世界。不僅如此，5G也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要推力。本文主要對(duì)5G實(shí)現(xiàn)商用的發(fā)展背景和主要方向進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)闡述了實(shí)現(xiàn)5G商用需要突破的三大關(guān)鍵技術(shù)，以及5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的潛在研究問(wèn)題。最后概述了5G商用的發(fā)展趨勢(shì)及存在的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：5G商用;關(guān)鍵技術(shù);5G經(jīng)濟(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）01-0065-02

Research on Deep Integration of 5G and Economy and Its Key Technologies

YU Kaixin1，CAO Jie2

（1.Bengbu Campus of Armored Forces Academy of PLA，Bengbu? 233050，China;

2.Information Department of Armored Forces Academy of PLA，Beijing? 100072，China）

Abstract：The advent of 5G era is not just a few seconds to download a high-definition movie，it will also support the future world of the internet of things，smart cars，UAVs，telemedicine，virtual reality. Moreover，5G is also an important thrust to achieve high quality economic development and structural optimization. This paper mainly introduces the background and main direction of 5G commercial development，and focuses on three key technologies needed to break through to achieve 5G commercial，as well as potential research issues of 5G network applications. Finally，it summarizes the development trend and difficulties of 5G business.

Keywords：5G business;key technologies;5G economy

0? 引? 言

在全球穩(wěn)步推進(jìn)5G商用的過(guò)程中，我國(guó)也正堅(jiān)定不移地落實(shí)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和5G國(guó)家戰(zhàn)略，加快“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化”工作進(jìn)程。目前，我國(guó)已經(jīng)著手進(jìn)行5G規(guī)模試驗(yàn)，明年預(yù)商用，2020年正式商用?？梢哉f(shuō)，5G商用近在咫尺。智能化生活離我們也越來(lái)越近。

1? 5G商用概述

5G從提出伊始，就不再僅僅是為人服務(wù)，其應(yīng)用重點(diǎn)是連接物與物，各國(guó)政府把發(fā)展5G提升到了戰(zhàn)略高度。黨的十九大報(bào)告提出了加強(qiáng)信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重大部署。國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要中明確提出“積極推進(jìn)第五代移動(dòng)通信（5G）和超寬帶關(guān)鍵技術(shù)，啟動(dòng)5G商用”的要求，5G已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。除此之外，其它國(guó)家也積極躋身5G發(fā)展的浪潮之中。韓國(guó)發(fā)布的5G國(guó)家戰(zhàn)略提出擬投入約合14.3億美元，并在平昌冬奧會(huì)期間由韓國(guó)電信開(kāi)展了5G預(yù)商用試驗(yàn)。在大洋彼岸的美國(guó)，也宣布將在2018年年底前在12個(gè)城市提供5G服務(wù)，計(jì)劃在為所有行業(yè)測(cè)試5G業(yè)務(wù)的同時(shí)，推出面向消費(fèi)者的服務(wù)。日本計(jì)劃2020年啟動(dòng)5G商用服務(wù)。5G的趨勢(shì)是不可避免的，這將是一次席卷全球的大潮流，所以，無(wú)論是出于戰(zhàn)略目的，還是出于商業(yè)目的，掌握5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G商用，便擁有了未來(lái)信息化時(shí)代的“生殺權(quán)”與“煉金術(shù)”，即便中國(guó)不是第一個(gè)采用5G技術(shù)的國(guó)家，它也一定會(huì)在技術(shù)變革的第一梯隊(duì)當(dāng)中。

2? 5G商用關(guān)鍵技術(shù)研究

“世界大勢(shì)，浩浩蕩蕩，順之者昌，逆之者亡”。在這個(gè)瞬息萬(wàn)變的世界，只有了解世界大勢(shì)，進(jìn)行情景規(guī)劃，未雨綢繆，積極應(yīng)對(duì)未來(lái)的不確定性，才能夠最大程度地降低商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)難以承受的比特成本和網(wǎng)絡(luò)能耗，5G只有提供更低的單位比特成本，充分利用和創(chuàng)新現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)全新的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造盈利空間，才能驅(qū)動(dòng)5G商用的部署與發(fā)展。

2.1? 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)是無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信領(lǐng)域智能天線(xiàn)技術(shù)的重大突破，其在不增加帶寬的情況下成倍地提高了通信質(zhì)量和頻譜利用率，顯著提高了無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的信道容量、頻譜效率、能量效率等，是目前5G實(shí)現(xiàn)高速率必不可少的技術(shù)，同時(shí)也將成為實(shí)現(xiàn)5G商用的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比4G系統(tǒng)中采用8根發(fā)送天線(xiàn)，大規(guī)模MIMO將在同一個(gè)天線(xiàn)陣列上部署上百根天線(xiàn)，將天線(xiàn)陣列增益提升一個(gè)新的高度。隨著大規(guī)模MIMO系統(tǒng)天線(xiàn)數(shù)目的增加，系統(tǒng)可以服務(wù)更多的終端用戶(hù)，如何避免信號(hào)發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生用戶(hù)干擾是重要問(wèn)題。同時(shí)由于大規(guī)模MIMO高頻段信號(hào)的穿透力較差，致使相關(guān)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積較小，所需基站數(shù)量大幅高于4G通信網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)成本較高;信號(hào)檢測(cè)和預(yù)編碼都需要高維矩陣運(yùn)算，復(fù)雜度高;導(dǎo)頻數(shù)量隨用戶(hù)數(shù)量線(xiàn)性增加，開(kāi)銷(xiāo)較大等。隨著研究的深入，被予了厚望的大規(guī)模MIMO技術(shù)，必將成為5G商用成功的關(guān)鍵。

2.2? M2M技術(shù)

5G時(shí)代將造就萬(wàn)物互聯(lián)，使物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，機(jī)器與機(jī)器通信（M2M）逐漸成熟，人工智能成為可能。M2M技術(shù)與AI技術(shù)相結(jié)合，車(chē)輛能夠利用AI技術(shù)自動(dòng)識(shí)別是否需要維修，如需維修則會(huì)協(xié)助預(yù)定就近的維修店，并設(shè)計(jì)最有效的路線(xiàn)導(dǎo)航到維修店;慢性疾病患者則可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接監(jiān)視器，自動(dòng)向他們的醫(yī)療保健服務(wù)者傳輸高品質(zhì)的、具體的信息;通過(guò)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，M2M可以對(duì)感知和傳輸來(lái)的信息進(jìn)行分析和處理，并作出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。在提高用戶(hù)生活質(zhì)量的同時(shí)，也為各大運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造了更多盈利的空間，加快了5G商用的發(fā)展創(chuàng)新。目前M2M技術(shù)還不夠成熟，隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)M2M終端、M2M業(yè)務(wù)的不斷涌入，充斥著大量小信息量數(shù)據(jù)包，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸效率降低，在無(wú)法充電的條件下，難以延長(zhǎng)M2M終端的續(xù)航時(shí)間。隨著M2M技術(shù)的成熟，未來(lái)十年這種情況將會(huì)改變，5G商用也將加快發(fā)展的步伐。

2.3? 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G商用的實(shí)現(xiàn)必然要對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改善，使其既可以兼容以往的系統(tǒng)也可以提供更強(qiáng)的服務(wù)。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是提高頻譜利用率、加強(qiáng)用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是最富有前景的一種5G組網(wǎng)技術(shù)。在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的密集化使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離終端更近，提升了功率效率、頻譜效率，大幅度提高了系統(tǒng)容量，以及業(yè)務(wù)在各種接入技術(shù)和各覆蓋層次間分擔(dān)的靈活性。但是，網(wǎng)絡(luò)的超密集化部署在提升網(wǎng)絡(luò)容量、提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的同時(shí)，也極大地增加了系統(tǒng)的能耗，降低了網(wǎng)絡(luò)能效，帶來(lái)了前所未有的能量開(kāi)銷(xiāo)。在超密集網(wǎng)絡(luò)中，很大一部分基站沒(méi)有得到充分利用，在絕大多數(shù)時(shí)間這些基站都處于低負(fù)荷狀態(tài)，然而，即使處在低或者空負(fù)載狀態(tài)，基站仍會(huì)消耗超過(guò)整體90%的能耗。巨大的能量開(kāi)銷(xiāo)所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)支出已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商持續(xù)向前發(fā)展的最大障礙之一。數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)營(yíng)商正面臨著入不敷出的嚴(yán)峻局面，在2G、3G時(shí)代主要依靠增加覆蓋區(qū)域和提高數(shù)據(jù)速率等盈利的方式難以為繼，節(jié)能已成為今后盈利的主要方式。

3? 5G與經(jīng)濟(jì)的深度融合趨勢(shì)

隨著5G與經(jīng)濟(jì)的深度融合，全新的商業(yè)模式如雨后春筍，過(guò)時(shí)的經(jīng)營(yíng)和服務(wù)方式將被淘汰，5G經(jīng)濟(jì)將催生一個(gè)可支持全新前沿應(yīng)用、促進(jìn)商業(yè)創(chuàng)新并刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的平臺(tái)。2035年，5G商用預(yù)計(jì)創(chuàng)造12.3萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，并將持續(xù)對(duì)全球GDP的增長(zhǎng)產(chǎn)生影響。根據(jù)HIS的估計(jì)，2020年至2035年間，5G對(duì)全球GDP增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)將相當(dāng)于一個(gè)與印度同等規(guī)模的經(jīng)濟(jì)體的產(chǎn)出，而印度目前是全球第七大經(jīng)濟(jì)體。

面對(duì)未來(lái)市場(chǎng)所帶來(lái)的龐大商機(jī)和各類(lèi)新應(yīng)用，5G必須大力拓展商業(yè)化應(yīng)用和衍生行業(yè)的新市場(chǎng)，增加5G產(chǎn)業(yè)的附加值，構(gòu)建起一個(gè)全方位、多元化、深層次的新業(yè)務(wù)和新商業(yè)模式。例如，自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)人機(jī)將不僅刺激消費(fèi)市場(chǎng)上的無(wú)人駕駛汽車(chē)和無(wú)人機(jī)銷(xiāo)售，它們也將應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和采礦業(yè)，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控自然資源、礦石自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)駕駛牽引車(chē)等。它們將在交通運(yùn)輸業(yè)中被廣泛使用，支持無(wú)人駕駛運(yùn)輸和運(yùn)送商用品及消費(fèi)品。市政部門(mén)將把自動(dòng)駕駛汽車(chē)引進(jìn)他們的交通系統(tǒng)，同時(shí)利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。在制造業(yè)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)也將在生產(chǎn)線(xiàn)儲(chǔ)存與提取系統(tǒng)中得以應(yīng)用。隨著汽車(chē)事故率的下降，自動(dòng)駕駛汽車(chē)也將對(duì)保險(xiǎn)業(yè)產(chǎn)生重要影響。

當(dāng)前，5G與經(jīng)濟(jì)的深度融合在我國(guó)勃然興起，我們有理由相信，它將在更大程度上促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為全球的新工業(yè)革命和信息化革命注入動(dòng)力，但同時(shí)我們也要認(rèn)識(shí)到其“短板”和瓶頸，借助5G時(shí)代全球移動(dòng)通信及相關(guān)產(chǎn)業(yè)重新洗牌的契機(jī)，完成核心技術(shù)的突破，真正實(shí)現(xiàn)從移動(dòng)通信大國(guó)到強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周代衛(wèi)，王正也，周宇，等.5G終端業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)挑戰(zhàn) [J].電信網(wǎng)技術(shù)，2015（3）：64-68.

[2] 李路鵬，熊尚坤，王慶揚(yáng).5G技術(shù)展望 [C]// 2013全國(guó)無(wú)線(xiàn)及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì)論文集（上），2013.

[3] 王果.M2M通信隨機(jī)接入算法研究 [D].北京：清華大學(xué)，2011.

[4] Michailow N，Gaspar I，Krone S，et al.Generalized frequency division multiplexing：Analysis of an alternative multicarrier technique for next generation cellular systems [C]// Wireless Communication Systems （ISWCS），2012 International Symposium on.S.l.：s.n.，2012：171-175.

[5] Michailow N，Krone S，Lentmaier M，et al.Bit Error Rate Performance of Generalized Frequency Division Multiplexing [C]// Vehicular Technology Conference.IEEE，2012：1-5.

[6] Vaidyanathan P P.Multirate digital filters，filter banks，polyphase networks，and applications：a tutorial [J].Proc IEEE，1990，78（1）：56-93.

[7] IMT-2020（5G）推進(jìn)組.5G愿景與需求白皮書(shū)，2014.

[8] Relationship between GPP，other SDOs.3GPP SA1 SMARTER （5G）Feasibility Study on New Services and Markets Technology Enablers-Network Operation：3GPPTR22.864 [S/OL].ftp：//ftp.3gpp.org，2016-04-24.