無線移動通信發展與創新研究

蔣 賢

（廣東省韶關市無線電監測站，廣東 韶關 512000）

1 全球信息化革命與無線移動通信新浪潮

1.1 歷史傳奇人物

1.1.1 古列爾莫·馬可尼

無線電的發明者，在奧斯特發現電流磁效應、法拉第提出電磁感應定律、麥克斯韋數學推算電磁波存在以及赫茲實驗證實電磁波存在的基礎上，發明了無線電并成功申請專利。

1.1.2 克勞德·香農

信息論及數字通信時代的奠基人，創造性地用信息熵概念來描述信源的不確定度，其總結的著名數據傳輸速率極限值公式為C=Blog2(1+S/N)（圖1虛線所示）。其中：C為信道容量，單位為bit/s；B為信道帶寬，單位為Hz；N為信道高斯噪聲功率，單位為W；S為信號平均功率，單位為W。

圖1 通信中信號傳輸質量示意圖

1.1.3 馬丁·庫珀

世界上第一部手機在位于紐約曼哈頓的摩托羅拉（MOTOROLA）實驗室由庫珀帶領研究團隊發明誕生，有線固定電話自此逐步被移動電話取代。

1.1.4 安德魯·維特比

安德魯·維特比提出了維特比算法，該算法可在數字通信鏈路中解卷積以消除噪音。在GSM和CDMA數字蜂窩網絡、撥號調制解調器、深空通信、衛星和無線網絡中解卷積碼中得到廣泛應用。后來移動通信研究人員又相繼提出了TurboCode、MIMO、STPC、LDPC、PolarCode，其初衷都是不斷努力追求香農定理極限傳輸狀態。

1.1.5 比爾·蓋茨和史蒂夫·喬布斯

前一位創建微軟，后一位創建蘋果，但事實上他們存在著競爭。蘋果在喬布斯的帶領下開創了一個時代，通過移動通信終端給客戶創造了非同凡響的新奇事物和前所未有的體驗。

1.1.6 拉里·佩奇和謝爾蓋·布林

兩人聯合創建了谷歌Google，締造了Google搜索引擎算法。首創認知通信，讓人們在信息海洋里查找關心的價值信息。

1.2 移動通信終端操作系統

移動通信終端操作系統從最初的Symbian、Blackberry、IOS發 展 到 IOS、Android、HarmonyOS，其演變的實質就是生態系統競爭的結果。

喬布斯曾說過領袖和跟風者的區別在于創新，熱愛自己的事業是成就一番偉業的唯一途徑。蘋果的成功很大程度上是喬布斯科技與人文完美結合理念的勝出，他創造了特有操作系統IOS及其衍生生態平臺，重新定義用戶產品。雖然喬布斯的去世對蘋果的技術創新影響巨大，但憑借著成熟的移動互聯網生態圈，蘋果在市場上仍有一定優勢。相較而言，谷歌的開源系統Android也展現了強大的生命力。

華為早在2012年就開始規劃自有操作系統，HarmonyOS自誕生之日起就注定不會搞封閉式，全場景分布式的開源操作系統為生態鏈的共享共建提供強大支撐，多種智能終端實現極速發現、極速連接、硬件互助、資源共享，也將更加開放、包容和創新，作為我國自主的操作系統更是任重道遠。

1.3 移動通信天線發展趨勢

天線是任何無線電系統必不可少的組件，它的功能是輻射或者接收無線電波，在發射系統中把被導電磁波轉變為自由空間的無線電波，或者在接收系統中做相反的變換，從而實現在任意兩點之間傳遞無線電信號。超寬帶天線是在常規窄帶天線基礎上發展起來的，主要研究探索頻帶寬度極大地擴展后給天線帶來的新理論、新技術以及新方法[1]。為了極大提高信道容量，超寬帶結合天線分集復用技術系統，發送端和接收端都使用多根天線，在收發之間構成多個信道，進而發展出寬帶化、微型化、集成化的大規模MIMO和超大規模天線集群。

2 無線移動通信的發展起因及現有格局

與其他現代技術一樣，無線移動通信技術的發展也呈現加速趨勢，關于未來移動通信的討論從未停止過，其中最熱門仍是個人移動通信網。雖然各家對于這種系統概念和結構的解釋不一，但有一點可以肯定的是，未來移動通信系統將提供全球性優質服務，真正實現在任何時間和任何地點向任何人提供通信服務這一移動通信的最高目標[2]。

2.1 移動通信發展起因

頻譜資源是寶貴的不可再生資源，稀缺性是通信領域本質無法克服的矛盾或瓶頸，某個通信使用了一個頻率，另一個通信就不能使用了。如果用同樣的頻率，要么相互干擾，要么需找到解決干擾的辦法，這是通信領域永恒的主題和挑戰。

頻譜規劃好后，不同（或相同）的頻段對應不同的服務，同樣的移動通信在有限的頻段里也無法再為服務對象進行頻譜帶寬細分。對此，美國貝爾實驗室創造性地提出六邊形空間劃分信號覆蓋概念，使各基站構成覆蓋的網絡像一個蜂窩，蜂窩相互之間當且僅當不存在干擾，只要基站發射功率控制足夠小即可。不過蜂窩網（小區制）也不可能完全防止信號外溢產生干擾，假設在某個蜂窩使用一組頻率，其外第一層不能使用相同頻率，第二層或若干層則重復使用相同頻率能很好地解決這個問題，稱為頻分復用（Frequency Division Multiplexing，FDM）。移動通信蜂窩網絡及頻分復用示意如圖2所示。

圖2 移動通信蜂窩網絡及頻分復用示意

2.2 移動通信現有格局

頻分復用之后又出現時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）、 碼 分 復 用（Code Division Multiplexing，CDM），都是極力地為了增大有效等價帶寬。直至iPhone的橫空出世給移動通信終端帶來了一場深刻變革，手機變成一臺裝載著應用App，處理文檔、圖片以及視頻等巨大數據量的個人移動計算機，移動通信業界發現原來的通信網已不能適應新形勢。隨著信息大爆炸，大數據、云平臺等概念的提出，意味著移動通信網設計者和運營商必須直面增強移動寬帶和提升傳輸速率的更大挑戰。

歷經1G、2G、3G、4G的發展，移動通信延續著每十年一代技術的發展規律，每一次代際躍遷，每一次技術進步，都極大地促進了產業升級和經濟社會發展。1G、2G實現了模擬通信到數字通信的過渡，移動通信走進了千家萬戶；3G、4G實現了語音業務到數據業務的轉變，傳輸速率成百倍提升，促進了移動互聯網應用的普及和繁榮。可以說現代生活已離不開移動通信，它深刻改變了人們的溝通、交流乃至社會生活方式，但隨著移動互聯網快速發展，不斷涌現新服務、新業務，4G移動通信系統也難以滿足未來移動數據流量爆炸式增長的需求。5G作為當前最新型移動通信網絡，不僅要解決人與人通信，為用戶提供虛擬現實、增強現實、超高清（3D）視頻等更加身臨其境的極致業務體驗，更要解決人與物以及物與物的通信問題，滿足工業控制、環境監測、智慧醫療、智能政務、車聯網等萬物互聯應用需求。可以預見，5G將滲透到社會經濟的各個層面，成為支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的關鍵新型基礎設施。

3 無線移動通信的基本技術特點和分類

3.1 移動信道中無線電波傳輸特性

移動性是移動通信最明顯的特征，它具有頻譜受限、無線鏈路波動、用戶接入點不確定和可變等特點，在噪聲環境和干擾環境中又會受到折射現象、反射現象、多普勒效應的復雜影響，產生多徑干擾問題。因此研究移動信道電波傳輸特性顯得十分重要，其目的是弄清移動信道的傳播規律和各種物理現象的機理以及這些現象對信號傳輸所產生的不良影響，進而研究消除各種不良影響的對策[3]。通常移動信道中電波傳輸與無線電波傳輸特性、基本天線單元、無線傳播環境等因素密切相關。

3.2 調制技術

調制技術是一種將信源信號轉換成適宜無線傳輸的過程，主要作用是提高系統的頻帶利用率，增強抗噪聲和抗干擾的能力，使信號適宜在衰落信道中傳輸。無線電通信常采用雙重調制，首先用數字信號或模擬信號去調制第一個載波（稱為副載波），或用調制技術實現頻分和時分多路復用，然后將已調副載波或多路復用信號再調制成一個公共載波，以便進行無線電傳輸。

調制方式可按照調制信號性質和載波形式劃分為模擬調制、數字調制、連續波調制以及脈沖調制。模擬調制一般指調制信號和載波都是連續波的調制方式，包括調頻FM、調幅AM和調相PM。數字調制一般指調制信號是離散的，而載波是連續波的調制方式，包括頻移鍵控FSK、幅移鍵控ASK、相移鍵控PSK、最小頻移鍵控MSK、相對相移鍵控DPSK和正交幅度調制QAM等。一般而言，PSK相移鍵控具有較好的頻帶利用率和抗噪聲能力。

3.3 多址方式

在無線通信中，許多用戶同時通話時以不同的無線信道分隔，防止相互干擾的技術方式稱為多址方式，主要作用是提高移動通信系統的容量。簡單來說，多址接入技術通常分為兩大類，即正交多址接入（Orthogonal Multiple Access，OMA）和非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA），而公共陸地移動網（Public Land Mobile Network，PLMN）主要使用正交多址接入。

頻 分 多 址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）將總帶寬分隔成多個正交的信道，每個用戶占用一個信道。比如，把分配給無線蜂窩通信的載波帶寬劃分為多種不同頻帶的子信道，每一個子信道實現傳輸語音和數據。時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）是為了實現共享無線電或者網絡之類的傳輸介質，允許多個用戶在不同的時隙使用相同的頻率，用戶一個接一個迅速傳輸，每個用戶使用自己的時隙。碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是利用碼序列相關性實現多址通信，以不同的地址碼來區分地址。每個配有不同的地址碼，用戶發射的載波既受基帶數字信號調制又受地址碼調制，接收時只有確知其配給地址碼的接收機才能解調出相應的基帶信號，其他接收機因地址碼不同而無法解調出信號。3種多址方式的三維示意如圖3所示。

圖3 FDMA、TDMA、CDMA多址方式的三維示意

空分多址（Spatial Division Multiple Access，SDMA）實現的基礎是天線技術，理想狀態下天線給每個用戶分配一個點波束，根據空間角度區分每個用戶的無線信號，進而分隔信道實現頻率的復用，是智能天線技術的體現。MIMO系統中的每個用戶被分配不同的空間信息（Signature）獲取分集和復用增益，雖然實際上SDMA難以達到嚴格正交，但是結合MIMO技術可以提高系統性能。SNR理想情況下，自由度對提高頻譜效率很重要，采用合適的預編碼設計，SDMA可以創建多個正交（或接近正交）的空間子信道以增加自由度，每個空間子信道可以工作在較低SNR條件下，從而顯著提高系統容量。SNR較低時，采用合理的波束賦形，SDMA可以提高接收SNR（陣列增益）并降低其方差（分集增益），從而提高小區邊緣的覆蓋。MIMO信道的自由度受基站和終端側最小天線數的限制，而對多個用戶進行配對和仔細設計空間信息后，系統性能將只受基站側最大天線數的限制，從而得到大幅提高。

正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）是OFDM和FDMA技術的結合演進，即把傳輸帶寬劃分成正交且互不重疊的一系列子載波集，不同的子載波集再分配給不同的用戶實現多址[4]。子載波可通過IFFT和FFT方法來實現正交調制解調，基帶信號中添加循環前綴并應用IFFT，目的是將頻率選擇性信道轉換為多徑正交平坦衰落信道，從而更適應與SCMA（MIMO）相結合，同時還能夠完全利用頻率分集，降低子載波間的保護帶，獲得更大的系統性能增益。OFDMA又可分為子信道OFDMA和跳頻OFDMA，支持應用于LTE和WiMax。

第五代移動通信多址方式。5G多址接入技術并不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現有無線接入技術（包括2G、3G、4G和WiFi）的技術演進以及一些新增的補充性無線接入技術集成后解決方案的總稱。目前的多址接入技術在RAN1#84b會議中歸納得出，大致包含（但不限于）稀疏編碼多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）、圖樣分割多址接入（Pattern Defined Multiple Access，PDMA）、非正交碼分多址接入（Non-Orthogonal Coded Multiple Access，NCMA）、 低 碼 率 擴 展（Low Code Rate Spreading，LCRS）、 頻 域 擴 展（Frequency Domain Spreading，FDS）以及非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）。

3.4 抗干擾措施

抗干擾措施的作用是提高通信系統的抗干擾能力，大致可分為擴展頻譜抗干擾技術和非擴頻類的通信抗干擾技術兩類。其中擴展頻譜抗干擾技術可提高通信系統的綜合抗干擾能力，包括跳頻技術（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS）、 直接序列擴頻技術（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）、跳時（Time Hopping，TH）以及混合擴頻技術。非擴頻類的通信抗干擾技術又包括以下幾個部分。一是自適應天線技術。采用扇區天線、多波束天線和自適應天線陣列以減小蜂窩網絡的共道干擾。二是猝發通信技術。亦稱“瞬間通信”，在極短時間內快速發送信息，信號不易被截獲和干擾。三是糾錯編碼和交織編碼。包括前向糾錯（Forward Error Correction，FEC）和自動請求重傳（Automatic Repeat reQuest，ARQ），利用信道編碼進行檢錯和糾錯降低通信傳輸誤差，保證通信可靠和質量。四是分集技術。用于克服由多徑傳播所引起的多徑衰落，包括頻率分集、時間分集、空間分集及RAKE接收技術等。五是新的調制技術。如多進制調制、多載波調制等，均為結合自適應均衡、抗碼間干擾和擴展時延能力的調制技術。

3.5 組網技術

組網技術就是網絡組建技術，作用是解決移動通信組網中的問題。第一到第四代移動通信組網除了多址技術，大致上還涉及區域覆蓋和信道配置、網絡結構、信令、越區切換和位置管理這幾個方面。

移動通信頻譜資源十分緊張，每個基站只能配置好一組信道，供給基站所覆蓋區域內所有移動臺的使用，這是多信道共用問題。要想科學合理的配置信道，需要關注電信業務流量和服務等級，研究話務量和呼損率。

區域覆蓋分為大區制（小容量）和小區制（大容量），按服務區可劃分為帶狀網和面狀網。帶狀網用于覆蓋公路、鐵路、海岸線等，采用定向天線使每個小區信號覆蓋呈扁圓形進而頻分復用；面狀網即蜂窩網，用正六邊形組網方式來覆蓋面狀服務區，并進一步形成區群。信道配置包括分區分組配置法、等頻距配置法以避免同頻及互調干擾。

網絡結構包括基本網、蜂窩移動電話網和數字移動蜂窩網。信令是與通信有關的一系列控制信號，在網絡每一個節點分別處理并導致一系列控制操作，是用戶和通信網中各個節點相互交換信息的公共語言，也是整個通信網的神經系統。信令又分為接入信令（MS至BS之間）和網絡信令，接入信令包括模擬信令和數字信令，網絡信令主要應用于交換機之間和交換機與數據庫之間，信令的工作受傳輸協議約束。

越區切換（Handover或Handoff）時，為保持通信的連續性，將移動臺與原基站之間的鏈路轉移到移動臺與新基站之間鏈路，又被稱為自動鏈路轉移（Automatic Link Transfer，ALT）。越區切換分為硬切換（中斷）和軟切換（不中斷并改善）。

一個高效的位置管理系統可以跟蹤用戶位置變化，把一個呼叫傳送到在移動通信系統覆蓋范圍內隨機移動的用戶。位置管理系統包括兩個主要任務，一是位置登記（即時位置更新）發現移動臺位置變化及何時報告當前位置，二是呼叫傳遞（尋呼）有效確定移動臺所處的基站區。

5G移動通信分為SA/NSA組網，SA獨立組網是以5G網絡為核心網重新構建新型的移動通信網絡，全部基站和基礎設施都是重新部署和建設的；NSA非獨立組網以4G網絡為核心，融合現有4G網絡進而部署5G網絡，不僅減少建設時間、節約建設成本，而且實現5G覆蓋。5G移動通信承載巨量的軟硬件資源，為保證網絡正常運行，組建時需采用多連接技術和無線回傳技術。隨著5G組網的實踐，在網絡建設過程中不斷開發出更新的技術，如層次化網絡。分層化組網包括邏輯功能和建設方式兩個方面，分層化5G網絡建設更適合應用在NSA非獨立組網模式中[5]。

4 無線移動通信的技術標準

4.1 第一代移動通信

采用模擬制式、語音信號的蜂窩電話標準，采用模擬技術和頻分多址技術，一個模擬信道間隔30 kHz/25 kHz，代表性系統是美國AMPS和英國TACS。

4.2 第二代移動通信

又稱為窄帶數字通信系統。2G技術標準分為兩種，一種是基于TDMA技術發展出來的GSM，另一種則以CDMA規格為標準。代表是歐洲GSM系統，美國DAMPS和IS-95系統。在此主要介紹GSM，這是一種開放性的數字移動通信標準，采用頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）和時分多址技術（Time Division Multiple Access，TDMA），信令和語音信道都是數字式。1996年歐洲電信標準協會開發出GSM Phase2+，采用密集的頻率復用、多路復用和多重復用結構，擴展改進了GSM Phase 1及Phase 2的性能，同時引入GPRs/EDGE、自適應多速率編解碼（Adaptive Multi-Rate Codec，AMR）以及智能天線等技術，GPRs/EDGE使GSM與Internet融合成為了現實。

4.3 第三代移動通信

1985年,國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）提出未來公眾陸地移動通信系統（Future Public Land Mobile Telecommunication System，FPLMTS），1996年更名為IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000），1999年 國 際 電 聯 ITU-R通 過《IMT-2000無線接口技術規范》。主要技術標準體制是CDMA2000、WCDMA和 TD-SCDMA。CDMA2000即IMT-2000 CDMA-MC（IMT-2000多 載 波 CDMA），由多個1.25 MHz的窄帶直接擴頻系統組成一個寬帶系 統；WCDMA即 IMT-2000 CDMA-DS（IMT-2000直接擴頻CDMA），即在5 MHz頻帶內直接對信號進行擴頻的系統；IMT-2000 CDMA TDD（IMT-2000時分雙工CDMA）包括TD-SCDMA和UTRA TDD，其中TD-SCDMA是我國自主研發提出的技術標準，結合了TDD與FDMA/TDMA/CDMA多址方式。

4.4 第四代移動通信

國際電信聯盟在2012年無線電通信全會全體會議上正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMANAdvanced（802.16m）技術規范確立為IMT-Advanced（“4G”）國際標準，中國主導制定的TD-LTEAdvanced和FDD-LTE-Advance同時并列成為4G國際標準。長期演進（Long Term Evolution，LTE）項目可視為3G空中接入技術的改進增強型，采用OFDM和MIMO作為無線網絡演進的唯一標準。由于WCDMA網絡的升級版HSPA和HSPA+均能夠演化到FDD-LTE狀態，因此這個標準獲得了最大的支持，也是4G標準的主流。LTE-Advanced的正式名稱為Further Advancements for E-UTRA，它滿足ITU-R的IMT-Advanced技術征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要來源。但LTEAdvanced不具革命性，只是一個后向兼容的技術演進，實現完全兼容LTE，相當于HSPA和WCDMA的關系。全球微波互聯接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMax）的另一個名字是IEEE 802.16，其技術起點較高，所能提供的最高接入速度是70 Mb/s，是3G寬帶速度的30倍。

4.5 第五代移動通信

2015年，國際電信聯盟無線部將5G正式命名為 IMT-2020（International Mobile Telecommunication-2020），并發布了5G愿景白皮書ITU-R M.2083。國際電信聯盟無線部第5D工作組在2017年12月發布了《IMT-2020空口技術評估指南》。在此歸納出ITU定義了8大關鍵技術指標。即4個傳統關鍵指標，峰值速率、移動性、時延、頻譜效率；4個新定義關鍵指標，用戶體驗速率、連接數密度、流量密度和能效。5G將滿足20 Gb/s的光纖般接入速率、毫秒級時延的業務體驗、千億設備的連接能力、超高流量密度和連接數密度及百倍網絡能效提升等極致指標[6-8]。

3GPP制定R15和R16標準滿足了ITU IMT-2020的全部需求，其中R15為5G基礎版本，重點支持增強移動寬帶業務和基礎的低時延高可靠業務，R16為5G增強版本，將支持更多物聯網業務。考慮到5G將與LTE較長時間共存，并且運營商擁有的頻譜不同、部署節奏不同、5G網絡業務定位不同，3GPP標準分階段支持多種5G組網架構。具體來說，R15包含3個子版本，這些子版本將為運營商提供更多組網選擇[9]。2018年6月份發布新空口（New Radio，NR）獨立組網標準，2019年底發布R16標準，R16是在R15的基礎上進一步增強網絡支持移動寬帶的能力和效率，同時擴展支持更多物聯網場景。

至于多址無線接入技術標準已在前文介紹，在此不再贅述。隨著5G深入研發，未來可能會陸續出臺適用5G業務應用場景的核心網、基站與終端、物理層、無線接入網、無線接口協議等技術新標準。移動通信技術的演進如表1所示。

表1 移動通信技術主要標準及特點

5 無線移動通信的應用

5.1 第一代移動通信

移動通信在20世紀20至40年代初開始發展，不過當時的適用范圍非常小，主要使用對象是船舶、飛機、汽車等，并運用在軍事通信中。庫珀團隊發明了俗稱“大哥大”的手機，移動通信開始應用于個人領域。

5.2 第二代移動通信

數字技術促使移動通信快速向小型化、便攜化以及個人化方向發展，主要應用在數字蜂窩系統（歐洲GSM和美國IS-95CDMA）、數字無繩電話系統（歐洲DECT和日本的PHS）和數字集群系統（歐洲TETRA、GSM-R和美國IDEN）。CDMA因為具有頻率利用率高、容量大、軟切換、發射功率低、通信質量好以及保密性強等優點，最初在軍事通信中得到應用，后轉為民用。在個人通信領域應用體現在手機的耗電量、重量、體積已大大縮小。

5.3 第三代移動通信

無線通信與互聯網等多媒體通信開始結合，并在音樂、視頻播放、圖像處理、Internet沖浪、電話會議、電子商務等綜合信息服務中得到應用。3G手機是通信技術和計算機技術相融合的產物，通常從這代開始定義這類移動通信產品為個人通信終端。

5.4 第四代移動通信

4G非常適應云計算、移動辦公及實時多媒體等移動數據通信與多媒體業務的大數據處理需求的發展，能順暢處理聲音、圖像數據、互聯網快速連接，讓無線網絡更好地為人們服務，個人可從信息的海洋中快速得到自己需要的信息。被大規模應用到移動視頻直播、移動便攜游戲（即手游）、基于云計算的運用、增強現實（Augmented Reality，AR）導航、遠程醫療以及應急處置等多個領域。

5.5 第五代移動通信

3GPP定義5G三大應用場景。增強型移動寬帶（Enhance Mobile Broadband，eMBB）按照計劃能夠在人口密集區為用戶提供1 Gb/s用戶體驗速率和10 Gb/s峰值速率，在流量熱點區域，可實現每平方千米數十太兆每秒的流量密度。海量連接物聯網通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）不僅能夠將醫療儀器、家用電器和手持通信終端等全部連接在一起，還能面向智慧城市、智能農業、環境監測以及森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景，并提供具備超千億網絡連接的支持能力。超高可靠性與超低時延業務通信（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC）主要面向智能無人駕駛、工業控制等需要低時延、高可靠連接的業務，能夠為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證[10]。下面結合廣東一些例子具體了解5G在各個領域的應用情況。

5.5.1 智慧政務

應用場景主要包括AR安防與接待、人臉識別閘機、全息導航以及高清庭審直播等。廣州市中級人民法院和中國聯通簽署5G戰略合作協議，成立廣州5G智慧法院聯合實驗室，進行5G在司法領域中的應用。將5G與MEC、人臉識別、AR、高清視頻傳輸等技術融合，實現司法服務效率和公眾服務便捷的提升。5G與MEC技術構建的智能法院平臺如圖4所示。

圖4 5G與MEC技術構建的智能法院平臺

5.5.2 智感安防

應用場景主要包括MEC邊緣云平臺部署、5G超清視頻監控、小區內基礎設施聯通以及圖像處理智慧警務分析等。5G時代的適時到來為社區安防帶來新的動能，基于5G網絡、MEC移動邊緣計算、AI技術與小區智感安防相結合，廣州市公安局通過5G+AI+MEC等新技術的集合實現小區安防新應用，建立小區安防新標桿。同時此項目符合社區安防一標六實、人口核查、重點人員管控、人像大數據等要求，促進社區安防的智能化和信息化提升，提高社區居民生活的安全感。5G+AI+MEC構建的社區智感安防體系如圖5所示。

圖5 5G+AI+MEC構建的社區智感安防體系

5.5.3 智慧醫院

應用場景主要包括遠程超聲診斷、遠程手術、5G+VR/AR遠程手術指導與受教以及5G救護車等。廣州市第一人民醫院通過將5G與MEC技術應用到智能醫療領域，將醫療設備信息互聯互通，實現醫療平臺一體化，賦能傳統醫院，加快向智慧醫院數字化轉型。利用5G網絡超大帶寬和超低時延特性，實現了遠程手術與遠程診療，有效縮短城鄉醫療資源差距。5G與MEC構建的高水平智慧醫院體系如圖6所示。

圖6 5G與MEC構建的高水平智慧醫院體系

5.5.4 智慧教學

應用場景主要包括5G遠程互動教學、5G VR沉浸式教學、5G全息教學以及5G人工智能感知校園等。廣東省實驗中學、龍華區教育局以及華南師范大學基于5G的智慧教育建設，為學校搭建遠程互動教學系統，通過5G高速率大帶寬的穩定網絡，實現不同校區的遠程實時互動課堂，教育資源共享。通過把MEC平臺就近部署在學校附近或者校內，將內容下沉及終端渲染能力上移至邊緣云，實現VR/AR沉浸式教學。通過5G大連接技術及物聯網統一平臺，實現校園物聯網設備統一聯網及管理，實現校園的智能化管理。5G+智慧教育項目示意如圖7所示。

圖7 5G+智慧教育項目示意

5.5.5 高清直播

應用場景主要包括5G超高清直播傳送。深圳廣電集團5G超高清視頻直播，解決了客服衛星/微波傳送存在的成本較高、設備笨重難以移動等問題，降低了應用成本，設備更加便攜，同時5G網絡可傳輸超高清視頻。在5G網絡高速率、低延時的技術支持下，廣電大廈演播大廳里的新聞主播與遠在文博會深圳會展中心主場的記者實現了長達半個小時的實時互動。4K高清晰度視頻畫面流暢、穩定，幾乎零延時，5G為新媒體行業帶來了新的發展。5G+4K超高清穩定零時延直播示意如圖8所示。

圖8 5G+4K超高清穩定零時延直播示意

5.5.6 智能制造

應用場景主要包括無紙化首檢、崗位工藝行為識別以及AGV車等。珠海格力電器股份有限公司建成智能制造領域首張5G“MEC+網絡切片“工業專網。依托5G專網支持，格力目前已完成產線無紙化首檢、崗位工藝行為識別、AGV車等業務場景。通過5G無紙化首檢項目，實現快速首檢，提升了首檢效率，實現了質量追溯的信息化管理，而且電子首檢代替紙質首檢節約紙質成本。通過5G大帶寬網絡，運用視頻監控方式對生產線各種操作進行規范化監控，進一步提升管理水平。通過格力5G專網，調度系統實現了對AGV牽引車進行智能化的路徑規劃和交通管理，實現智能化搬運，提高了貨物的搬運效率。格力電器“MEC+網絡切片”工業專網示意如圖9所示。

圖9 格力電器“MEC+網絡切片”工業專網示意

5.5.7 無人駕駛

應用場景包括遠程駕駛管理、遠程故障管理平臺、車路協同系統以及區塊鏈道路信息共享平臺等。文遠知行科技有限公司在5G與MEC的網絡基礎上，圍繞5G車聯網公共信息服務平臺核心理念，以L4級別自動駕駛車輛為實際載體的5G車聯網產品體系。現階段已完成開發遠程駕駛管理系統、遠程故障管理平臺、車路協同系統、道路信息共享平臺4大產品。5G移動邊緣計算智能網聯無人駕駛示意如圖10所示。

圖10 5G移動邊緣計算智能網聯無人駕駛示意

5.5.8 智能井下礦

應用場景包括井下礦通信、智能控制以及精準定位等。韶關市仁化凡口礦根據5G大帶寬、低時延的技術特性，結合遠程無人駕駛系統、高精度定位系統、井下視頻監控系統等系統，成功構建“5G+井下礦電機車無人駕駛模型”。融合5G通信、電機車高精度定位與智能控制、自動放礦等多種技術手段實現了礦山有軌運輸環節的全過程可視化管理，用于解決井下礦通信困難場景，實現最優運力調度、機車遠程駕駛、機車安全預警及生產數據精細化管理等功能，顯著提升采裝與運輸效率，優化生產運輸調度，合理利用資源，降低生產成本，保障生產作業安全。智能井下礦示意如圖11所示。

圖11 智能井下礦示意

6 結 論

人類從發明無線電至今不過130年，而從第一代移動通信發展到第五代移動通信歷經約40年時間。隨著5G深入研發及推廣應用，無線移動通信技術也終于從服務于人走向服務于行業，可以認為移動通信技術和電子計算機的緊密結合，將極大地賦能經濟社會數字化轉型，數字化信息時代已經到來。縱觀1G到5G的移動通信發展史，每次移動通信技術變革都伴隨著技術標準之爭，移動通信標準已超越了其原有內涵，不再僅是技術活動中需要統一協調的事項準則，而成為決定技術演進趨勢、影響前沿產業生態，乃至國家核心競爭力和創新能力的關鍵性因素，每一次標準迭代升級，都會帶來市場規模的指數級擴張，帶來更強的技術溢出效應，推動移動通信產業進一步與各行各業融合，深刻改變著人們的生活方式乃至整個人類社會的發展模式。到2030年左右，6G商用也將開啟，全球將邁入6G時代，下一代6G移動通信技術將是一種空、天、地、海泛在的移動通信網絡，而衛星通信在其中扮演著重要角色，因此更要加快衛星互聯網的布局與發展，及早謀劃太空戰略資源部署，讓我國在移動通信技術標準之爭中立于不敗之地。