5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用

李夢姣

摘要：當(dāng)前，隨著科技和經(jīng)濟的進一步發(fā)展，通信信息運行速度加快，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革孕育興起，給人們的生活帶來了許多便利，人們開始對無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)數(shù)量要求越來越高。移動通信技術(shù)從2G、3G、4G，發(fā)展到5G，信息通信技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用正在推動社會向智慧社會演變發(fā)展，5G將成為實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)強國”戰(zhàn)略、推動經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有關(guān)鍵性作用的基礎(chǔ)設(shè)施。2019年6月6日，工業(yè)和信息化部頒發(fā)“第五代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)”經(jīng)營許可，標(biāo)志著我國正式邁入了5G商用元年，5G網(wǎng)絡(luò)開始朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、綜合化、智能化、寬帶化的方向發(fā)展。5G移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，極大地滿足了現(xiàn)代社會人們對移動通信的需求。目前，5G移動通信的應(yīng)用研發(fā)正在不斷發(fā)展完善，已成為移動通信技術(shù)的最主流發(fā)展方向，5G將是我國新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。關(guān)鍵詞：5G;無線網(wǎng);移動

中圖分類號：TN929.5文獻標(biāo)志碼：A

15G簡介：無線網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

5G也稱為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，或者第五代無線系統(tǒng)，是新一代的蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼2G、3G和4G系統(tǒng)之后的有一重大技術(shù)突破，可以提供更快的上傳和下載速度，覆蓋更廣，連接也更多更穩(wěn)定。5G較4G有較大的改善，5G可以提供10Gb/s量級的數(shù)據(jù)速率，可以支持具有高保真質(zhì)量的TV和多媒體報紙，更清楚的音/視頻和更快的接通速度，支持交互多媒體業(yè)務(wù)。由此可見，5G是大數(shù)據(jù)發(fā)展的需要。

25G移動通信技術(shù)的應(yīng)用場景

2.1在智慧城市建設(shè)方面的應(yīng)用

智慧城市建設(shè)致力于推進新一代通信技術(shù)與城市戰(zhàn)略、建設(shè)、運營、規(guī)劃和服務(wù)全方位深度融合，以推動一體化政務(wù)服務(wù)系統(tǒng)為目標(biāo)，圍繞公安、應(yīng)急救援、環(huán)保等政府機構(gòu)需求，實現(xiàn)新型智慧城市的精細化運營和管理。

2.1.1系統(tǒng)構(gòu)架

如圖1所示，5G智慧城市應(yīng)用系統(tǒng)分為四個感知層：

2.1.2方案介紹

5G技術(shù)將原有視頻監(jiān)控設(shè)備全面升級至全景、4K以上的清晰度，通過將全社會物聯(lián)網(wǎng)終端連接進來，多維度、全方位的采集信息，以5G無人機和無人駕駛為依托，實現(xiàn)立體化的視頻監(jiān)控和信息監(jiān)測方式，各種邊緣計算能力部署至感知層。然后依托5G增強移動帶寬實現(xiàn)低時延、高速率地海量網(wǎng)絡(luò)接入和承載，同時5G網(wǎng)絡(luò)，為人們建立專用、可靠的虛擬通道，保障人們視頻大數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩托省?/p>

5G移動通信技術(shù)建立平戰(zhàn)結(jié)合、快速響應(yīng)、聯(lián)動協(xié)同一體化城市綜合治理解決方案，形成了以數(shù)據(jù)為核心驅(qū)動的城市決策機制，依據(jù)實時數(shù)據(jù)，科學(xué)合理調(diào)配和調(diào)控城市資源，有效提高政府綜合治理效率，實現(xiàn)了城市的智能化管理。

2.1.3應(yīng)用場景

場景1：基于視頻大數(shù)據(jù)的城市應(yīng)急管理

公共場所、大型活動現(xiàn)場往往存在擁擠踩踏，恐怖襲擊、交通事故等隱患，直接關(guān)系到人民群眾的人身安全，是當(dāng)前公安機關(guān)面臨的一項艱巨而繁重的任務(wù)。通過在區(qū)域高點安裝4K/8K高清攝像頭、設(shè)備，利用邊緣計算對現(xiàn)場實時視頻就近處理，一旦監(jiān)測到人群混亂、人流密集超過閾值等異常情況，立即預(yù)警警告。實時監(jiān)控車輛流量，呈現(xiàn)交通擁堵狀況。所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息全部匯聚回傳至后端指揮中心，通過視頻大數(shù)據(jù)智能分析，與歷史數(shù)據(jù)對比，以三維可視化形式的方式，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)與時間變化之間的趨勢與規(guī)律，一鍵式生成城市應(yīng)急管理建議，從時間、事件維度對城市運行中的重大問題進行決策輔助。

場景2：重點人員重點區(qū)域的立體化布控

現(xiàn)有公安系統(tǒng)更多的偏向于事后響應(yīng)取證，缺乏主動防御的能力。針對特殊重點人員、重點區(qū)域警戒布控等需求，5G立體化布控系統(tǒng)可通過一、二、三類點位攝像頭、車站進出口閘機、人證核驗機器等設(shè)備，實現(xiàn)聯(lián)動抓拍。根據(jù)抓拍庫與重點人員庫進行碰撞，實現(xiàn)人員布控、頻次分析、軌跡跟蹤、綜合告警等功能，同時繪制全城的重點人員區(qū)域分布熱力圖，一旦發(fā)現(xiàn)該區(qū)域重點人員活動頻次態(tài)勢上升，立即加強治安巡防力度，從“事后取證”變成“事前防御”，有效地將犯罪遏制于實施前。

場景3：5G單警單兵的智能移動執(zhí)法

在城市的綜合治理中，如何充分發(fā)揮前端執(zhí)法人員的作用一直是重要課題之一。5G城市綜合治理解決方案，為執(zhí)法人員提供5G智能移動執(zhí)法應(yīng)用。執(zhí)法人員攜帶執(zhí)法記錄終端，成為指揮中心的一線實時數(shù)據(jù)采集點，4K高清視頻通過前端邊緣智能設(shè)備與后端大數(shù)據(jù)智能分析平臺的聯(lián)動，形成輔助決策信息。公安巡邏人員通過穿戴的智能眼鏡等設(shè)備，實時識別目標(biāo)人員，目標(biāo)車輛，協(xié)助增強監(jiān)管能力，減輕執(zhí)法的工作量。

場景4：5G多維環(huán)保監(jiān)測

傳統(tǒng)環(huán)保監(jiān)測手段，人力資源成本大，快速響應(yīng)相對困難，采樣點缺乏控制，通過打造5G多維環(huán)保監(jiān)測應(yīng)用，在排水口、河道、森林等關(guān)鍵位置安裝4K/8K高清攝像頭、各類環(huán)境檢測傳感器，結(jié)合無人機進行自動巡查，實現(xiàn)對空氣、水質(zhì)、土壤相關(guān)污染情況進行實時監(jiān)測。5G邊緣計算就近處理分析實時視頻及各類數(shù)據(jù)信息，對私自偷排，異常漂浮物等情況自動識別預(yù)警，匯總輸出可視化分析結(jié)果，協(xié)助各級環(huán)保管理部門實現(xiàn)全方位高效多維環(huán)保監(jiān)測。

2.1.4實踐案例

案例1：浙江省5G立體化防控指揮中心

國內(nèi)某移動運營商聯(lián)合浙江警察學(xué)院、華為、?？档群献骰锇椋谡憬_展立體化指揮物5G示范項目，依托5G與AI云端處理技術(shù)，通過5G傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無人機7×24h智能巡航，打造空域——地域立體化防護圈，精準(zhǔn)掌握道路、人流等信息，提升突發(fā)事件處理時效。

案例2：江西省南昌市5G大氣網(wǎng)格化監(jiān)管

針對現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測站點密度低、數(shù)據(jù)監(jiān)測不全面等問題，為提升環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)管與綜合治理水平，南昌市打造5G大氣網(wǎng)格綜合監(jiān)管平臺，并在南昌市經(jīng)濟干部管理學(xué)院進行試點，通過空氣微公監(jiān)測站的網(wǎng)格化布點與5G視頻監(jiān)控系統(tǒng)（攝像機、無人機），實現(xiàn)“鼻子”與“眼睛”的有機結(jié)合，全面監(jiān)測二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、PM10、PM2.5等氣體。5G環(huán)保衛(wèi)士的出現(xiàn)為環(huán)境管理者整體掌握環(huán)境變化趨勢、環(huán)保督查、污染源定位、重污染過程動態(tài)表征、污染控制效果評估等提供支撐。

案例3：雄安新區(qū)海陸空智能安防平臺

通過在雄安新區(qū)部署5G無人船、無人機、無人車，構(gòu)建了地面、水域、空域的全方位安防服務(wù)體系。設(shè)備搭載4K高清攝像頭，通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高清視頻的實時回傳，彌補夜間、復(fù)雜天氣下的安保弱點，解決重復(fù)性、機械性的人力巡檢問題。

無人機在雄安新區(qū)市民服務(wù)中心遠距離航拍整個園區(qū)。無人車監(jiān)測到人臉后實時抓拍，依托中移超腦平臺的AI人工智能算法進行人臉識別，識別危險信息。無人船在白洋淀巡邏，有效識別是否有人落水或破壞水域環(huán)境等行為，并通過無人船攜帶的多種智能終端實時監(jiān)控水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值，助力水質(zhì)治理。

2.2在智慧醫(yī)療建設(shè)方面的應(yīng)用

智慧醫(yī)療是一種依托信息化、移動化、智能化技術(shù)，實現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備間的互聯(lián)互通和信息共享的全新技術(shù)，能夠有效合理調(diào)配診療資源，提供個性化醫(yī)療服務(wù)，改善總者就醫(yī)體驗具有重要意義。

2.2.1系統(tǒng)構(gòu)架

如圖2所示，5G智慧醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)分為四個感知層。

2.2.2方案介紹

5G移動通信技術(shù)充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)高速穩(wěn)定的通信能力，開展和高清音視頻遠程會診。5G網(wǎng)絡(luò)的特性，能夠有效滿足現(xiàn)代醫(yī)療遠程操控、影像傳輸、音頻交互、設(shè)備接入等需求，對接院內(nèi)電子病歷系統(tǒng)、影像診斷系統(tǒng)、檢驗系統(tǒng)等多個信息系統(tǒng)，實現(xiàn)各類醫(yī)療數(shù)據(jù)的存儲和互聯(lián)互通。面向各級醫(yī)療機構(gòu)，提供遠程會診、遠程示教等跨院區(qū)的遠程醫(yī)療服務(wù)及移動醫(yī)護、智慧院區(qū)管理等院內(nèi)信化服務(wù)，全面提升醫(yī)療機構(gòu)的信息化水平和醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，提升醫(yī)護人員的工作效率和診療水平。

2.2.3場景應(yīng)用

5G智慧醫(yī)療應(yīng)用場景根據(jù)業(yè)務(wù)范圍可以劃分為：跨院區(qū)協(xié)同的遠程醫(yī)療應(yīng)用場景，及在本院區(qū)內(nèi)提供信息化服務(wù)的應(yīng)用場景。

場景1：遠程教育

傳統(tǒng)的遠程教育采用直播、錄播等方式，為遠端醫(yī)務(wù)工作者授課，授課者只能通過視頻課件學(xué)習(xí)、理解教學(xué)內(nèi)容。而5G遠程教育，在依托5G網(wǎng)絡(luò)出色的運算能力，遠程教育可寫MR、VR、AR等技術(shù)相結(jié)合，將患者的醫(yī)學(xué)影像在進行三維重建。

場景2：遠程超聲

與CT、核磁共振等技術(shù)相比，超聲檢查需要醫(yī)生實際動手操作完成，對醫(yī)務(wù)工作者的經(jīng)驗十分依賴。當(dāng)前，我國對醫(yī)務(wù)工作者仍存在較大的人才缺口，很多基層，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院缺乏相應(yīng)具有豐富經(jīng)驗的醫(yī)務(wù)工作者來完成復(fù)雜的超聲檢查工作。

遠程超聲是指由遠端專家，借助現(xiàn)在通信技術(shù)，操控設(shè)備對基層醫(yī)院的患者開展超聲檢查。5G通信技術(shù)具有毫秒級的延時特性，具備了支持遠端醫(yī)生操控設(shè)備實時開展遠程超聲檢查的能力。相較于傳統(tǒng)的專線、WiFi的技術(shù)手段，5G能夠有效解決基層偏遠地區(qū)專線建設(shè)難度大、成本高和數(shù)據(jù)傳輸過程不穩(wěn)定、延時高等問題。

2.2.4實踐案例

5G賦能醫(yī)療健康行業(yè)，正在改變醫(yī)療服務(wù)的理念和模式。中國移動借助5G技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合醫(yī)院客戶需求，攜手業(yè)界合作伙伴共同探索5G院內(nèi)、院外特色業(yè)務(wù)場景，助力多家大型三甲醫(yī)院打造5G遠程會診、5G遠程超聲、5G應(yīng)急救援、5G遠程手術(shù)等行業(yè)標(biāo)桿。

5G遠程手術(shù)案例

案例1：全國首例5G腦起搏器植入手術(shù)

國內(nèi)某大型醫(yī)院，跨越近3000公里，成功實現(xiàn)了全國首例5G遠程帕金森病腦起搏器植入人體手術(shù)，開創(chuàng)了5G醫(yī)療的新篇章，被央視2、4、7、13等頻道進行專題采訪和新聞報道。

案例2：全國全國首例5G+MR遠程肺部手術(shù)

某省級醫(yī)院，通過5G+MR，成功為某基層醫(yī)院的患者完成了左上肺聯(lián)合亞段切除術(shù)。

5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠極大的補充基層醫(yī)療機構(gòu)人才不足的現(xiàn)狀。為偏遠地區(qū)的患者帶來了福音。

遠程會診案例

案例：5G遠程急重會診

國內(nèi)某醫(yī)院應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用遠程醫(yī)療協(xié)同平臺，成功與和某縣人民醫(yī)院完成了一例遠程急重癥的會診。依托5G通信技術(shù)，醫(yī)療發(fā)達地區(qū)醫(yī)生能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)遠程“面對面”實時問診，有效提升偏遠地區(qū)醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)水平，為偏遠地區(qū)急重癥患者帶去了希望。

2.3在智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)方面的應(yīng)用

2.3.1系統(tǒng)構(gòu)架

如圖3所示，5G智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)分為四個感知層。

2.3.2方案介紹

智慧農(nóng)業(yè)依托5G網(wǎng)絡(luò)，匯總整合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各種數(shù)據(jù)，通過高效智能計算，分析海量數(shù)據(jù)，促使企業(yè)獲得技術(shù)紅利。主要包括農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景中涉及的各類5G業(yè)務(wù)終端，包括農(nóng)業(yè)傳感器、電子耳標(biāo)，電子醫(yī)生、高清智能攝像頭，配合自研5G農(nóng)業(yè)智能網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)的上傳與回傳，實現(xiàn)場景內(nèi)的全面綜合感知。通過5G網(wǎng)絡(luò)，大量農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以非常便捷地部署在不同農(nóng)業(yè)場景，完成海量數(shù)據(jù)上傳、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)操作。再結(jié)合5G+AI深度融合與邊緣計算能力，滿足農(nóng)業(yè)場景中的網(wǎng)絡(luò)需求。通過基于5G的智慧農(nóng)業(yè)平臺，提供操作界面、實時監(jiān)控界面，實現(xiàn)設(shè)備管理、通信管理，進行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析和模型建模，對外提供能力調(diào)用，賦能上層應(yīng)用，助力產(chǎn)業(yè)升級。

5G移動通信技術(shù)應(yīng)用，可以貫穿農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)全流程產(chǎn)品和解決方案，幫助廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提高智能化生產(chǎn)水平，助力“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略實施。

2.3.3應(yīng)用場景

5G帶來信息化的顛覆式變革，與種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等細分領(lǐng)域不斷深度融合，實現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新層面的大幅提升，從而推動智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升。

場景1：農(nóng)作物精準(zhǔn)種植

在大田農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等農(nóng)作物生產(chǎn)場景中，物聯(lián)網(wǎng)測控、水肥一體化智能灌溉等智能系統(tǒng)得到了普遍使用。為了保證對農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的精準(zhǔn)控制，需安裝數(shù)量眾多的智能傳感器設(shè)備，管理人員需要通過管理平臺來遠程實時控制各種智能傳感設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)傳輸時延要求較高。通過5G網(wǎng)絡(luò)的低時延、海量接特性，可將各類傳感設(shè)備穩(wěn)定地連接到遠端管理平臺，定時收集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過智能平臺進行實時反向控制，保證農(nóng)作物有適宜的生長環(huán)境。在大田農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等農(nóng)作物生產(chǎn)場景中，物聯(lián)網(wǎng)測控、水肥一體化智能灌溉等智能系統(tǒng)得到了普遍使用。為了保證對農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的精準(zhǔn)控制，需安裝數(shù)量眾多的智能傳感器設(shè)備，管理人員需要通過管理平臺來遠程實時控制各種智能傳感設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)傳輸時延要求較高。通過5G網(wǎng)絡(luò)的低時延、海量連接特性，可將各類傳感設(shè)備穩(wěn)定地連接到遠端管理平臺，定時收集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過智能平臺進行實時反向控制，保證農(nóng)作物有適宜的生長環(huán)境。

場景2：畜牧業(yè)無人放牧

在畜牧養(yǎng)殖場景中，利用5G信息技術(shù)，通過在牲畜身上安裝5G物聯(lián)網(wǎng)項圈和智能傳感裝備，搭建基于人工智能的畜牧綜合管理系統(tǒng)。實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控、畜禽體征監(jiān)測、精準(zhǔn)飼喂、牲畜健康管理、繁殖管理、定位管理、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測等多種功能。構(gòu)建畜牧全生命周期質(zhì)量安全管控系統(tǒng)。并可提供面向畜牧業(yè)的“出生、生長、出欄、屠宰、銷售”生命期多階段的全流程管理服務(wù)，幫助畜牧養(yǎng)殖者減輕勞動強度，提高生產(chǎn)管理水平，增加收入。

場景3：數(shù)字化水產(chǎn)養(yǎng)殖

在水產(chǎn)養(yǎng)殖場景中，可在智能漁探儀、監(jiān)測漁船上配備多種傳感器設(shè)備。將采集到的水下高清畫面、聲吶數(shù)據(jù)及水溫、氧氣濃度、pH值、魚類種類、魚類數(shù)量、地下地形、巡航路線信息等生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過5C網(wǎng)絡(luò)實時回傳至后端云平臺進行分析處理。實現(xiàn)對魚塘環(huán)境、魚群數(shù)量的實時監(jiān)測，有效地幫助養(yǎng)殖企業(yè)實現(xiàn)按需投喂飼料、精準(zhǔn)投損定保，降低成本，提升企業(yè)經(jīng)營收益。

場景4：自動/無人駕駛農(nóng)業(yè)

在農(nóng)業(yè)機械播種、收獲等各類使用場景中，通過在農(nóng)機上搭載的信息和控制設(shè)備，并借助5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，將高清視頻、農(nóng)機實時工作狀態(tài)等信息實時傳輸?shù)胶笈_管理平臺。實現(xiàn)規(guī)定區(qū)域內(nèi)自動路徑規(guī)劃及導(dǎo)航、自動轉(zhuǎn)向、整車控制、工作面積測量、遠程視頻傳輸、遠程遙控等功能。大幅提升農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)效率和智能化管理水平。

2.3.4實踐案例

案例1：安徽某茶園“水肥一體化”精準(zhǔn)種植示范基地基地中布設(shè)了大量傳感器及水肥自動控制設(shè)施，通過5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即時監(jiān)測土地、空氣信息，準(zhǔn)確地提供土壤墑情狀況，為抗旱、施肥提供重要的基礎(chǔ)信息。結(jié)合農(nóng)作物生理特點，精準(zhǔn)把握施肥時機，通過5G通信技術(shù)遠程控制，即保證了農(nóng)田農(nóng)藥、化肥施用量及灌溉量，也避免環(huán)境污染;減少無效灌溉，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水。此項目節(jié)水30～50%，水的利用率達80%左右。

案例2：四川省牦牛無人放牧管理

針對商品牛、種牛安裝物聯(lián)網(wǎng)項圈，利用5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對牦?；拘畔?、健康信息、位置信息、配種記錄等信息實時回傳，實現(xiàn)牦牛管理、免疫管理及牧區(qū)規(guī)劉管理。

3結(jié)束語

綜上所述，信息時代，5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用可以極大地提升人類對美好生活的想象，提升生活的品質(zhì)。盡管5G移動通信的技術(shù)相較于傳統(tǒng)通信技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，但還存在著許多問題，在今后的一段時期內(nèi)，只有不斷克服技術(shù)難題，完善技術(shù)應(yīng)用，才能促進5G移動通信的可持續(xù)發(fā)展。

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