新時代下的5G通信及其發展

劉殿鋒 劉超 張軍

（中國移動通信集團河北有限公司 河北省石家莊市 050021）

目前我國信息通信技術已發展至變革時期，表現出深度融合、智能引領趨勢，代表性通信技術為5G 通信，其在社會行業中的應用范圍更為廣泛、融合深度更高，可推動生產生活方式、產業形態的變革。可見，新時代5G 通信成為社會發展關鍵技術，對其發展進行研究，具有鮮明現實意義。

1 新時代5G通信分析

5G通信技術是4G通信技術的延伸，其建設的性能目標在于高速率、低時延、低能耗、低成本、大容量及大規模設備連接，目前5G通信技術仍處于研發與建設的關鍵時期。我國于2019年6月6日向三大運營商發放了5G 通信商用牌照，為5G 通信的商用提供支持。

1.1 5G通信的應用場景

在5G通信技術應用中，ITU 對其應用場景進行定義，為5G通信技術的研發與建設提供指導。

1.1.1 增強移動寬帶

5G通信技術可基于當前技術水平，強化移動寬帶的性能，優化移動寬帶業務體驗[1]。代表性應用場景為高清直播、VR 或AR 體驗等，在增強移動寬帶場景下，5G 通信的傳輸效率超過1Gbps。

1.1.2 海量機器類通信

基于大容量特征，5G通信技術可支持大規模機器類通信，提高人與機器、機器間的連接密度和連接有效性，為物聯網發展提供技術支持。在海量機器類通信場景下，5G 通信關鍵技術在于M2M通信技術與NB-IoT 技術。

1.1.3 超高可靠低時延通信

5G通信技術可提高通信的可靠性，降低通信的時延，實現超高可靠低延遲通信。代表性應用場景為車聯網、智慧工廠等，例如，在北京房山高端制造業基地，成功建設5G 自動駕駛車輛測試道路，在該路段，共配置10 個5G 基站、多個信息采集點及智能感知設備，實現智能交通控制，利用5G 通信推動車聯網建設。在超高可靠低時延通信場景下，5G 通信的網絡通信時延低于1ms。

1.2 5G通信的關鍵技術

1.2.1 超密集異構網絡技術

在5G 的增加移動帶寬應用場景下，5G 通信系統的節點數量更多，確保5G 通信支持更大流量的業務。為滿足該應用需求，需建設超密集異構網絡。部署現有站點數量十倍及以上的無線節點，支持1km2范圍內用戶的網絡業務。在超密集異構網絡技術支持下，甚至可實現用戶數量和無線節點數量1:1 的情況，每個用戶由一個節點提供服務，提高通信網絡容量與功率。

1.2.2 內容分發網絡技術

在5G 通信實施后，隨著網絡流量的增大，用戶網絡業務效率有所降低，影響用戶的服務體驗。基于5G 通信的超高可靠低時延通信場景要求，可引入內容分發網絡技術，在傳統網路架構中設置虛擬層次，綜合分析用戶的連接狀態及其與服務器的距離，將大量用戶的網絡內容進行分發至最近的代理服務器，可提高信息傳遞效率，避免網絡擁堵，提高通信網絡的響應速度，實現低時延的目標。

1.2.3 自組織網絡技術

在以往的通信網絡中，網絡部署等工作均通過人工完成，在5G 通信網絡建設中，網絡更為復雜，人工部署與運維難度較高，難以實現上述應用場景。針對該問題，專家在5G 通信中引入自組織網絡技術，可自動完成通信網絡的規劃與部署，實現通信網絡的故障自診斷與自愈合，具有降低網絡配置成本、符合5G 通信網絡的大容量要求的優勢。

1.2.4 D2D 通信技術

在5G 通信網絡的上述應用場景要求下，對通信網絡的容量及頻譜效率有更高要求，D2D 通信技術的應用，可使數據在近距離終端進行直接傳輸，無需利用基站轉運，顯著提升信道質量，可減少基站傳輸的時延，提高數據傳輸效率；減低通信功耗，提高頻譜效率，使通信網絡的運行更具可靠性，實現超高可靠低時延的建設目標。

1.2.5 機器通信技術

基于5G 通信網絡的海量機器類通信應用場景，專家在5G 通信建設中引入M2M 通信技術，實現人、機器與系統的有效通信，提高5G 通信系統的交互性，為5G 通信實施后的物聯網建設提供幫助。在M2M 通信技術過渡下，專家將NB-IoT 技術引入5G 通信建設中，該技術為5G 通信商用的基礎，可為5H 通信技術在智慧城市、智慧生產等場景的應用提供保障。

1.2.6 信息中心網絡技術

在5G 通信應用場景中，用戶的高清視頻與直播服務需求增多，傳統TCP/IP 網絡不能支持高清視頻及直播數據的流量分發。針對該問題，專家在5G 通信網絡中引入信息中心網絡技術，全面整合通信網絡的媒體流、網頁服務等信息，將信息為中心實現網絡通信，創新網絡協議，顯著提升通信網絡的實時性及動態性，為高清視頻及實時直播等業務服務提供技術支持，拓展5G 通信的應用場景。

1.3 5G通信的應用成效

在5G 通信的應用場景指導下，在多種關鍵技術支持下，5G通信技術在智慧交通、智慧生產及智慧生活建設中得到廣泛應用。在智慧交通方面，5G通信技術可推動車聯網建設，實現無人駕駛。其中，車聯網建設可整合運營商、汽車制造商、銷售企業、人工智能企業及物聯網企業，共同參與汽車自動駕駛、汽車運維等技術的研發，提高汽車運行安全性；在無人駕駛方面，5G通信技術可提高無人機的智能化水平，提升其問題解決能力，保障無人駕駛的安全可靠。

在智慧生產方面，5G通信技術可用于農業、工業等各個領域，實現智慧農業、智慧電網與智慧工廠建設。在智慧農業方面，5G通信技術可實現遠程農田監控，根據農田實時狀況，實現智能灌溉、施肥，提高生產效率，減輕農民負擔；在智慧電網方面，利用5G通信技術的低時延、超高可靠性特征，提高供電穩定性；在智慧工廠方面，5G通信技術可與人工智能配合使用，利用機器人替代人工操作，實現遠程作業，提高生產精度與效率。

在智慧生活方面，5G通信技術應用體現在家居、娛樂、醫療等各個方面，如家居領域的智能家居；娛樂領域的三維成像、高清直播；醫療領域的遠程手術、身體監測等，涉及衣食住行的各個方面，為人們的生活提供更多便利[2]。

2 新時代5G通信發展挑戰

目前我國5G 通信處于研發后期、建設初期，在實踐應用中仍處于起步階段，面臨諸多挑戰，需正確認識挑戰，采取針對性措施應對，方可發揮5G 通信的優勢，推動行業智能化發展，提高社會經濟發展水平，為人們生產、生活提供便利。

2.1 5G通信技術創新

在5G通信技術研發不斷深入的背景下，5G通信技術創新成為5G 發展的關鍵。目前我國5G通信技術相關專利占全球30.3%，位居世界第一，華為企業研發的5G 聲明專利占全球17%，位居世界第一。結合當前技術研究成果，5G通信技術的技術難題在于并行計算和儲存容量兩方面。

以并行計算為例，5G通信技術的創新要點在于提升并行計算能力，在互聯網普及應用范圍擴大趨勢下，APP 終端數量逐漸增多，為避免APP 終端并行帶來卡頓或通信問題，APP 終端開發人員研發“小程序”，如微信內嵌的“京東購物”、“拼多多”、“貝殼找房”等小程序。在5G 通信建設背景下，數據傳輸速度有顯著提升，結合投影技術、三維成像技術，可將手機屏幕轉變為聯網顯示屏，用戶可利用5G 通信的高速率、低時延優勢，快速獲得自己想要的信息，可減少用戶對APP 功能的需求，降低APP 發揮的流量分發作用，由運營商服務器承載所有用戶通信請求，加大運行壓力，對并行運算能力提出較高要求[3]。

2.2 5G通信行業標準

在2019年發放5G 商用牌照后，預計在2020年正式實現5G的商用。在5G 商用時，規范的行業標準是5G 通信有效應用的關鍵，更是國際領域5G 通信應用的指導內容。韓國運營商已于2019年正式推出5G 商用服務；3GPP 全會通過了5GR15 標準；歐盟主導了5G 標準進程。可見，世界各國紛紛參與5G 通信行業標準制定，為保障我國在5G 通信商用方面的“領頭羊”地位，政府部門需做好5G 通信行業標準的制定，為我國贏得更多話語權，并加強5G 通信市場監管，保障5G 通信的規范合理應用。

2.3 5G通信應用阻礙

就目前5G 通信市場應用而言，其應用場景集中于手機、信息服務、云數據等多個領域，并未真正發揮5G 通信在行業變革方面的作用，需進一步拓展5G 通信的應用場景，利用其超高可靠、低時延優勢，加強智慧醫療、智慧交通、智慧生產建設。而上述建設項目的實施對企業市場提出較高要求，需企業具備完善的網絡部署及市場成熟度。但因我國國土面積較大，各個地區的人口分布及經濟發展水平不一，加大了5G 通信的部署難度，需花費更多時間和經費，用于5G 通信網絡建設，實現5G 通信網絡在各個地區的全覆蓋。基于該問題，可結合我國各地區的技術水平與需求狀況，選擇技術水平較高、符合5G通信網建設條件，且通信需求較高的區域，進行試點建設，再逐步推廣。

同時，我國5G 商用進程受國際形勢影響較大。目前世界貿易反全球化趨勢不斷加重，世界貿易格局表現出單元化發展特點。特別是在特朗普上臺后，中美間的貿易摩擦增多，矛盾沖突時常發生。美國BIS 將中興和華為列入“實體名單”，使多家核心供應商合作中斷。作為我國5G通信技術研發的龍頭企業，華為和中興核心供應商的合作中斷，對5G通信技術進一步研發造成影響。

3 新時代5G通信發展策略

針對5G 通信發展面臨的挑戰，需做好技術研發，規范5G 通信市場，加強基礎設施建設，為5G 通信的研發、應用提供政策、環境與技術支持，推動5G 通信進一步發展，帶動社會與經濟協同進步。

3.1 加強5G通信國際合作

在5G通信技術研究領域，目前我國專利數量位居全國首位。和以往的2G 跟隨發展歷程、3G 突破發展方向、4G 同步發展腳步不同，我國在5G通信技術領域掌握一定話語權。為保障我國5G通信技術進一步發展，實現5G 通信市場健康發展，需積極參與ITU、3GPP 等國際組織開展的5G 通信相關活動，在5G 通信標準制定中發出中國聲音，為5G 通信標準全球統一提供幫助，推動5G通信商用發展。在此基礎上，各大企業需加強與韓國、歐盟等國的交流溝通，利用國際合作，實現技術共享，優化5G通信技術，提高5G 通信發展速度。

例如，在2018年，我國5G 通信領頭企業華為獲得全球第一張5G 產品歐盟無線設備指令型式認證證書，該認證證書是歐盟對產品進口與銷售產品的基本質量要求。如果我國產品想要進入歐洲市場，必須要具備該證書，可以將其看做是歐洲市場的“通行證”。在2019年，華為和俄羅斯大型電信公司MTS 及子公司MGTS 開展合作，合作項目訂單數額高達3.837 億美元。就此，在5G 通信商用的關鍵時期，5G通信技術研發與建設的相關企業，需利用“一帶一路”戰略的良好契機，加強國際合作，全面推動5G通信技術創新，加快中國品牌建設速率，為5G 通信商用提供技術支持，保障5G 通信商用優勢有效發揮。

3.2 加強5G通信市場調節

在通信行業發展中，5G 通信為4G 通信的變革，是數字化革命的關鍵，與國家經濟發展聯系密切。在5G 通信商用化工作開展中，政府部門扮演著引導者的重要角色，需加強對5G 通信市場的調節，優化市場環境，為5G 通信商用提供條件。細化來說，政府部門可從宏觀政策與市場調控兩方面入手。

在宏觀政策制定方面，我國政府部門需做好簡政放權工作，減少宏觀政策的壁壘，發揮自身的引導作用，規范5G通信商用化工作。同時，政府部門需結合5G通信市場發展現狀，進行相關政策的制定，提高政策的前瞻性，避免滯后政策流于形式，不能為5G 通信商用提供指導。就目前政策法規而言，我國至2013年開始，出臺了多部關于5G 通信建設的整出個法規，如“IMT-2020（5G）”推進組、《國家信息化發展戰略綱要》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《超高清視頻產業發展行動計劃（2019-2022年）》等，規范5G 通用產業發展，為相關工作提供指導。但現行政策內容并未涉及5G 通信創新成果的保護，政府部門需進一步完善相關知識產權政策，切實保護企業的5G通信技術研究成果，為企業加大5G通信技術研發提供政策保障，激發企業創新熱情，推動我國5G通信技術進一步發展。

在市場調控方面，政府工作的重點在于強化資本市場活力，為5G 通信商用提供保障。在5G 通信研發與建設中，無論是前期研發工作，還是后期運行，均需大量資金。就此，在5G 通信商用化工作中，政府部門需在組織各大運營商、IT 行業及通信行業參與市場建設的同時，組織更多社會資本向5G 通信建設投入資金，如私募股權投資資金。在2017年1月到2018年8月，我國私募資金投資重點在于5G 通信，涉及大數據技術、智慧交通、智慧醫療等多個項目。在此基礎上，政府部門需發揮其市場調控作用，吸引更多行業的資本投入5G 通信商用化工作，為5G 通信商用提供資金保障，實現5G 通信系統的科學開發與有效運行。

3.3 加強5G通信基站建設

針對我國5G 通信商用方面存在的全覆蓋難度高問題，政府部門需加強5G 通信基站建設，確保5G 通信在我國各地區的全覆蓋，為5G 商用奠定基礎。在5G 通信基站建設中，國際電信聯盟對基站有明確的分類，為各個國家和地區建設5G 移動通信基站提供指導。基于相關規范標準，5G 通信基站包括宏站、微站、皮基站及飛基站四類。其中，宏站是指宏基站、微站是指微基站、皮基站是指企業級小基站；飛基站是指家庭級小基站，可根據區域范圍和通信需求，選擇合適類型的基站。同時，在5G 通信基站建設中，技術人員需考慮5G 技術的高頻段特征，即通信的頻段越高，覆蓋的面積越小。就此，在5G 通信基站建設時，技術人員需選擇“宏站+小站”覆蓋方式。在該建設方式下，要想實現5G 通信網絡在區域的連續覆蓋，需建設多個小站，其數量大于宏站，說明5G 通信基站建設工作量較大。

基于5G 通信基站建設的工作量大特點，政府部門需做好基站建設的宏觀統籌和細致規劃工作，優化5G 通信網絡部署，具體可從以下三方面入手：

（1）試驗性建設，對于5G 通信基站建設而言，應用大量創新技術，這些技術未在市場實踐，可利用試驗性建設方法，進行技術檢驗，確保其在5G 通信基站建設方面具備可行性；

（2）優化基站設計方案，對于5G 通信基站建設投入成本高的問題，政府部門可將原本4G 通信基站為基礎，進行升級改造，降低建設成本；

（3）基于我國東南部和西北部的經濟發展差異，政府部門可優先選擇經濟發達、人口分布密集、人口基數大的區域進行5G 通信基站建設，完成小規模部署，再拓展至重點城市及農村，逐步實現5G 通信網絡的全覆蓋[4]。

4 結論

綜上所述，5G 通信可實現智慧交通、智慧生產及智慧生活，擴大就業空間，推動社會經濟發展。目前我國5G 通信發展面臨技術創新、行業標準及應用風險等挑戰，需加強5G 通信的國際合作、基站建設及市場調節工作，為5G 通信建設與應用創設良好技術、環境與政策條件，保障5G 通信優勢發揮。