5G發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

趙中亮

摘要：通過介紹5G的概念及其發(fā)展歷程，分析5G將來可能部署的場(chǎng)景與制定標(biāo)準(zhǔn)，概括介紹了5G的4個(gè)核心技術(shù)，最后提出5G在和不同應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合時(shí)需面臨的一些問題。

關(guān)鍵詞：5G發(fā)展趨勢(shì);智能化;信息化

中圖分類號(hào)：F293 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9138-（2019）11-0020-22 收稿日期：2019-10-31

5G的全稱是第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G有一些核心指標(biāo)：第一個(gè)是峰值速率，就是單個(gè)用戶用手機(jī)或者是筆記本電腦下載電影的速率可以達(dá)到前所未有的新高度，這是5G目前最大的一個(gè)賣點(diǎn)。第二個(gè)很重要的指標(biāo)就是時(shí)延，有一些應(yīng)用對(duì)時(shí)間延遲有非常高的要求。比如說在智能交通領(lǐng)域，智能公交系統(tǒng)的紅、黃燈切換需要在極短時(shí)間內(nèi)完成。分布在馬路邊的傳感器需要將實(shí)時(shí)路況信息采集并傳輸?shù)胶笈_(tái)處理，這些信息的采集和處理對(duì)時(shí)間有非常高要求。另外一種大家常見的低時(shí)延應(yīng)用是VR也就是虛擬現(xiàn)實(shí)或者增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)或者增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用里有一個(gè)很大的問題，就是大部分佩戴VR頭盔的應(yīng)用都需要有線連接從而滿足低時(shí)延的要求。借助于5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬特性，這個(gè)線可以被去掉，這就要求頭盔上所有的傳感器數(shù)據(jù)都要通過無線傳輸與后端的云相連。第三個(gè)核心指標(biāo)，就是5G將會(huì)支持更快的移動(dòng)速度，從4G時(shí)代中最高300km/h到5G時(shí)代的500km/h，甚至更快。

從技術(shù)層面來說，我們現(xiàn)在5G的技術(shù)開發(fā)在很多領(lǐng)域可以說是處于世界領(lǐng)先地位，特別是以華為、中興等為代表的企業(yè)的研發(fā)能力很強(qiáng)。但我國整體的5G部署相對(duì)歐美一些發(fā)達(dá)國家來說還是比較落后。5G其實(shí)對(duì)手機(jī)端應(yīng)用性能的提升可能并沒有想象中那么大，它的核心優(yōu)勢(shì)在一些新的應(yīng)用上可能體現(xiàn)得更明顯，比如說虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或在一些物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，這些新的場(chǎng)景將會(huì)是5G的核心應(yīng)用。

圖1展示出5G可能部署的場(chǎng)景，可以看到在5G時(shí)代，所有的信息都是以人為核心的。這包括越來越多的可穿戴設(shè)備，甚至手機(jī)、眼鏡、手表、戒指、鞋、手環(huán)等等都會(huì)有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集功能。然后這些設(shè)備可能和家里的智能家居或辦公室、休閑娛樂設(shè)備以及云端服務(wù)器都是相連的，所有的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)互傳。圖1中最外面的圈代表著5G將帶來的新應(yīng)用場(chǎng)景，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療、智能教育，等等。

如圖2所示，5G標(biāo)準(zhǔn)的制定首先是由全世界的電信運(yùn)營商（比如我國的中國聯(lián)通或者法國的Orange等）和設(shè)備制造商（比如我國的華為、中興或芬蘭的諾基亞等），連同相關(guān)高校和研究所聯(lián)合開展5G方面的科學(xué)研究。這個(gè)過程一般發(fā)生在最終標(biāo)準(zhǔn)提前的大概10年左右開始。研究成果提交到區(qū)域性的國際組織討論。對(duì)5G來說目前在國際上比較有權(quán)威的這么一些國際組織，包括國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE），另外一個(gè)就是國際電信聯(lián)盟（ITU），這個(gè)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于是移動(dòng)通信技術(shù)的最終協(xié)議發(fā)布者，其總部位于瑞士日內(nèi)瓦。這些國際組織對(duì)企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)提出的議案作出一個(gè)評(píng)審，或者說一個(gè)性能測(cè)試，最終把相關(guān)協(xié)議提供給ITU，ITU再組織相關(guān)專家對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)的制定做最后決定并發(fā)布。

圖3展示了ITU定義的5G的三個(gè)核心的應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信及高可靠低時(shí)延通信。第一個(gè)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，就是說以后寬帶下載速度會(huì)大大提升。第二個(gè)就是高可靠低時(shí)延通信，比如像無人駕駛等應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性有很高的要求。第三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景就是大規(guī)模機(jī)器通信，這指的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)里的傳感器節(jié)點(diǎn)、智慧城市里的路燈等等可能都是相互連接。

下面簡(jiǎn)要介紹一下5G的幾個(gè)核心技術(shù)：

一是大規(guī)模天線陣列——理論上來說就是在同一個(gè)基站可以連接256個(gè)天線，從而實(shí)現(xiàn)全角度覆蓋。

二是毫米波高頻通信——高頻波段在單位時(shí)間內(nèi)可以傳播更多的數(shù)據(jù)量，但它的缺點(diǎn)是信息傳輸距離短，穿透障礙物的能力弱。

三是超密集組網(wǎng)——部署大量小型基站，這個(gè)基站往往只負(fù)責(zé)某一棟樓里面手機(jī)用戶的信號(hào)。

四是網(wǎng)絡(luò)切片——大規(guī)模的共有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將被共享，根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)分配資源。

圖4概括了國際社會(huì)普遍認(rèn)為5G應(yīng)該在這10個(gè)方面落地應(yīng)用，包括超高清視頻、VR/AR應(yīng)用、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧電力、智能工廠、智能安防、AI個(gè)人助理、智能城市等。以下就幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域展開詳細(xì)介紹。

以遠(yuǎn)程醫(yī)療為例，在很多偏遠(yuǎn)地區(qū)可以通過5G技術(shù)，通過高頻高清視頻實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播遠(yuǎn)程端的手術(shù)情況，醫(yī)生可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)甚至通過模擬器直接進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)操作。另外與老百姓生活比較相關(guān)的應(yīng)用就是超高清視頻直播?，F(xiàn)在在許多活動(dòng)的直播中，都采用了4K高清視頻。在未來的5G時(shí)代，8K高清視頻將會(huì)給用戶帶來更加清晰、生動(dòng)的視聽體驗(yàn)。無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到環(huán)境非常惡劣的場(chǎng)景，比如鐵路沿線的電力巡檢，環(huán)境往往非常惡劣，使用人工巡檢高鐵線路很難。這個(gè)時(shí)候如果用無人機(jī)，甚至多個(gè)無人機(jī)組網(wǎng)來進(jìn)行協(xié)同組網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)把視頻傳到地面，從而減少很多人工工作。

5G的到來可以用四個(gè)“新”來概括：一個(gè)是新技術(shù)，包括天線陣列、高頻傳輸人工智能網(wǎng)絡(luò)芯片等等;第二個(gè)是新性能，即低時(shí)延、高可靠和廣覆蓋等;再就是新應(yīng)用以及新體驗(yàn)。但于此同時(shí)，5G也面臨新的風(fēng)險(xiǎn)，比如隱私、能耗，等等。

除了技術(shù)方面的發(fā)展，5G在真正的部署過程中還需要做很多技術(shù)之外的修訂。比如說用遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)做手術(shù)，在手術(shù)過程中由于通信瑕疵造成醫(yī)生操作失誤，進(jìn)而導(dǎo)致手術(shù)失敗，這個(gè)責(zé)任是醫(yī)生的還是通信網(wǎng)絡(luò)的？所以當(dāng)把5G和不同的應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合，特別是一些比較敏感的領(lǐng)域結(jié)合時(shí)，需要相關(guān)的法律規(guī)則等，做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)和安排。