5G技術發(fā)展與應用

張惠琴 李少波 李浩 朱俊達

5G是最新一代移動通信系統(tǒng)技術，目前已基本完成標準化和關鍵技術研究。本文主要介紹了5G的技術發(fā)展歷程和各國對5G的研究現(xiàn)狀，并對其優(yōu)缺點及對各個領域的應用情況包括AR/VR、無限醫(yī)療、政府政務進行了簡要的概述。

隨著信息技術的快速發(fā)展，5G將成為未來發(fā)展的主流。它將應用于工商業(yè)與日常生活等方面。它與目前的移動通信技術相比，具有帶寬更高、延時更低和連接更多等特性。此外它將深度融合人工智能、工業(yè)互聯(lián)網以及物聯(lián)網等領域，對傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化、網絡化以及智能化進行全面升級，目前是全球范圍的競爭焦點。

歷程及現(xiàn)狀

從1980年1G的出現(xiàn)到1990年2G的使用，從2000年3G的進步和后期3.5G移動寬帶再到2012年4G的普及，移動通信主要的應用范圍從單一的音頻到現(xiàn)在短信、視頻、互聯(lián)網和智能家具等都得到廣泛應用。

在頻譜分配方面，美國目前在分配給5G的低頻段和高頻段頻譜數(shù)量方面居世界領先地位。由于分配的低頻段頻譜為716 MHz，雖然速度較慢，但距離較遠。對于毫米波高頻頻譜，美國已經分配了2 500 MHz的短距離高速頻率。但美國在分配中間波段頻譜方面處于最底層。

優(yōu)缺點

5G網絡的優(yōu)點：容量更大、連接支持更多、速度更快且延遲更低。首先，它的數(shù)據(jù)傳輸速率相比于之前的蜂窩網絡要高出很多，最高可達10 Gbit/s。其次，低于1 ms的網絡延遲，使其有更快地響應時間。它的峰值速率可以達到Gbit/s的標準，大數(shù)據(jù)量的傳輸可以滿足高清視頻、VR/AR等。網絡的低時延可以滿足遠程醫(yī)療、自動駕駛等實時應用。網絡容量足以提供千億臺設備的連接，滿足物聯(lián)網通信。頻譜效率有較高提升，此外，5G可以更好地支持大規(guī)模的物聯(lián)網領域，20 %的5G網絡可能將為人和人提供服務，而80 %將用于物和物的通信。

5G網絡面臨的挑戰(zhàn)：首先，5G的發(fā)展離不開技術的不斷創(chuàng)新，并且需要更深更廣的探索。其次，5G覆蓋面積不好，主要是因為目前建設的5G頻段都是高頻，而頻率和覆蓋面積成反比，因此需要建立更多的基站。第三，5G的頻段太雜亂，支持毫米波后，每個國家都會根據(jù)自己的情況分配頻段，因此芯片廠商需要支持全球絕大多數(shù)國家的頻段，天線和射頻是嚴峻的考驗。

各領域應用情況

無線醫(yī)療

在醫(yī)療發(fā)面，5G起到了領頭作用。5G在不同的醫(yī)療場景發(fā)揮不同的作用，主要應用在遠程會診、遠程監(jiān)測和遠程操控等方面。我國在互聯(lián)網和醫(yī)院的共同努力下，成功完成了首例基于5G的遠程帕金森病“腦起搏器”植入手術。主治醫(yī)師利用5G網絡遠程操作手術3個小時，期間沒有病人遠在3 000公里外的感覺。此外，5G的高帶寬可以應用在影像診斷結果、生命體征數(shù)據(jù)和生化血液分析結果等資料的高速傳輸上，可更好地滿足實時性的需要。

政府政務

5G時代，數(shù)據(jù)融合的趨勢越來越明顯，協(xié)同政務將出現(xiàn)新的突破。我國經濟社會發(fā)展的一個痛點是營商環(huán)境，隨著5G時代的到來，智慧政務將進一步促進服務發(fā)展方式轉型，進一步改善營商環(huán)境，充分應用人工智能，將服務方式由高增長轉向高質量。5G時代將實現(xiàn)，VR政務大廳、首席服務官、遠程辦事和移動審批等。未來的5G智慧政務大廳，將是一個“數(shù)字生物體”，大廳的智能攝像頭將會對用戶進行數(shù)據(jù)標記，并把用戶的身份信息和提交材料等信息傳遞給中心平臺，系統(tǒng)根據(jù)辦事量和人流密度智能調整并匹配相應窗口。

安全

由于5G將要面對的是更開放的網絡鏈接、更深度的計算設備，以及更復雜的應用環(huán)境。各種潛在的、對個人信息的攻擊隨時都可能出現(xiàn)，因此，5G安全問題就至關重要。

5G將面對多方面的安全挑戰(zhàn)，包括核心網技術、低時延業(yè)務、大連接業(yè)務、網絡切片技術、偽基站問題和用戶位置隱私保護等?，F(xiàn)階段，5G的安全特性主要表現(xiàn)在增強了對用戶唯一標志符的隱私保護，增強了歸屬地網絡控制力，極大降低了漫游區(qū)欺騙風險，按需提供數(shù)據(jù)加密，擴大了對用戶數(shù)據(jù)的保護面，增強了運營商之間連接的安全性，選擇性拒絕終端接入，提升物聯(lián)網抵御DDoS攻擊的能力，冗余傳輸安全的新方案能夠有效兼顧低時延業(yè)務的可靠性和安全性。

綜上所述，5G移動通信技術可以顯著提高通信效率和質量。由于對通信網絡速率的要求不斷提高，5G技術的應用必須進行規(guī)范，減少網絡的資源消耗，使網絡的安全性和穩(wěn)定性得到提升。