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5G新時(shí)代 2019年10月31日，工信部與中國(guó)的三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信）共同宣布啟動(dòng)5G商用，這標(biāo)志著5G正式進(jìn)入了全國(guó)普及階段。今年（2021年），工信部計(jì)劃新建5G基站60萬(wàn)個(gè)。在實(shí)現(xiàn)地級(jí)以上城市深度覆蓋的基礎(chǔ)上，加速向有條件的縣鎮(zhèn)延伸。 無(wú)論是商業(yè)原因還是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的原因，5G幾乎從4G普及之后就已經(jīng)成為確定的發(fā)展方向。而只有當(dāng)大量基站建設(shè)鋪開(kāi)、5G信號(hào)被較大數(shù)量的人口接收到的時(shí)候，5G的實(shí)際價(jià)值才能慢慢展現(xiàn)。作為第五代移動(dòng)通訊技術(shù)，5G的出現(xiàn)將解決之前通訊技術(shù)中遇到的傳輸速度和信道容量問(wèn)題。對(duì)比之前的移動(dòng)通訊技術(shù)，4G的設(shè)計(jì)最快速度可以達(dá)到150Mb/s，而5G的最快速度則可以達(dá)到20Gbps [1]。從容量上說(shuō)，5G會(huì)利用頻率更高的厘米波和毫米波段，通道帶寬可以達(dá)到400MHz，比4G的20MHz高出了20倍[2]。 可以說(shuō)，5G技術(shù)是通信領(lǐng)域的高速公路，有助于實(shí)現(xiàn)高速度、低延時(shí)、高帶寬的通信，也就是讓越來(lái)越多的設(shè)備更容易地連入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)5G結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能，很多新型應(yīng)用將更容易實(shí)現(xiàn)；當(dāng)5G進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)4.0才可能實(shí)現(xiàn)。 5G在實(shí)際生活中的應(yīng)用 5G與其他技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。下面簡(jiǎn)述5G在自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和智慧城市中的作用，有助于在這些領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。 自動(dòng)駕駛 5G可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的快速傳輸，輔助人工智能的應(yīng)用。這意味著大量應(yīng)用的終端可能只是數(shù)據(jù)采集端和執(zhí)行端，采集到的數(shù)據(jù)可以低延時(shí)地傳回?cái)?shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)中心的決策和預(yù)測(cè)再傳回終端。于是，自動(dòng)駕駛汽車(chē)就可以把計(jì)算分析的任務(wù)交給數(shù)據(jù)中心；甚至更直接地，汽車(chē)直接經(jīng)由5G實(shí)時(shí)共享畫(huà)面，讓司機(jī)遠(yuǎn)程開(kāi)車(chē)。 另外，5G具有的高容量可以容納海量通信設(shè)備，也就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)之間的通信。所有一定范圍內(nèi)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)就可以構(gòu)成一個(gè)集群，每臺(tái)車(chē)可以根據(jù)其他車(chē)的行進(jìn)方案實(shí)時(shí)調(diào)整自己的方案，從而更好地實(shí)現(xiàn)躲避擁堵的目的。 虛擬現(xiàn)實(shí) 5G對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)的影響也難以估量。首先，海量數(shù)據(jù)可以傳遞給虛擬現(xiàn)實(shí)終端，畫(huà)面的更新速度提升，從而改變虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)，至少用戶不會(huì)再頭暈。另外，如果把真實(shí)世界同一位置不同角度的圖像信息經(jīng)由5G傳輸給虛擬現(xiàn)實(shí)終端，人們甚至可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程進(jìn)入同一時(shí)刻的另一個(gè)真實(shí)空間。 遠(yuǎn)程醫(yī)療 5G的高容量可以允許傳感器直接聯(lián)網(wǎng)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體各項(xiàng)指標(biāo)的傳感器（如心率、腦電、血糖等）可以連入網(wǎng)絡(luò)，一旦有指標(biāo)發(fā)生嚴(yán)重問(wèn)題，醫(yī)生甚至可以比病人更早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施。 5G的高速度和低延時(shí)也可以更好地實(shí)現(xiàn)醫(yī)生遠(yuǎn)程看病甚至遠(yuǎn)程手術(shù)。早在2019年，中國(guó)就完成了北京專家對(duì)天津、河北、新疆的遠(yuǎn)程手術(shù)。遠(yuǎn)在北京的醫(yī)生通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取當(dāng)?shù)貓D像，并且交替對(duì)三地的手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行操作，不僅幫助本地醫(yī)生規(guī)劃手術(shù)方案，而且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控[3]。 智慧城市 5G是智慧城市不可或缺的工具，可以說(shuō)，智慧城市是建立在5G網(wǎng)絡(luò)上的城市。除了城市中的自動(dòng)駕駛汽車(chē)自然也離不開(kāi)5G，城市中的大量攝像頭可以直接聯(lián)網(wǎng)，攝像頭網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)調(diào)控交通、監(jiān)控異常。另外，城市環(huán)境也可以被傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。以西班牙巴塞羅那為例，政府在全市安裝了超過(guò)2萬(wàn)個(gè)無(wú)線傳感器，用于收集氣溫、濕度、污染、噪音、交通流量等各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息。 在家里，電器設(shè)備可以高速接入云端大腦，讓輕量級(jí)的設(shè)備也能聽(tīng)從語(yǔ)音指示，甚至家用電器可能在用戶尚不注意的時(shí)候就已經(jīng)自動(dòng)跟商家報(bào)修。另外，由于5G的低延時(shí)，在家工作、聽(tīng)課、開(kāi)會(huì)都可以實(shí)現(xiàn)等同于面對(duì)面的實(shí)時(shí)交流，這可以提升工作和學(xué)習(xí)的效率，實(shí)現(xiàn)真正的“在家辦公”。 5G在工商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 除了面向用戶的應(yīng)用，5G也將深刻改變工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 生產(chǎn)線監(jiān)控 在生產(chǎn)線上，正因?yàn)橛?G，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的物物連接，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0倡導(dǎo)的生產(chǎn)線的調(diào)控。5G帶來(lái)的數(shù)據(jù)快速傳輸可以幫助更多數(shù)據(jù)更便捷的融合，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)地遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。早在2019年，湖北移動(dòng)在中國(guó)信科集團(tuán)旗下的虹信公司利用5G和自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)生產(chǎn)線，包括自動(dòng)焊接、自動(dòng)上料、振子選波焊、視覺(jué)檢測(cè)、性能測(cè)試等工序。不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且大大提升生產(chǎn)效率。一個(gè)人監(jiān)控的生產(chǎn)線，一天就可以完成之前十個(gè)工人干十幾天的工作量[4]。 當(dāng)生產(chǎn)線上的各個(gè)設(shè)備都連入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)控可以實(shí)時(shí)、可視化，從“人管設(shè)備”過(guò)渡到“設(shè)備找人”。以5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)供應(yīng)商凌犀物聯(lián)為例，旗下的HOMEY智能安燈系統(tǒng)、C-MES智造信息系統(tǒng)和LinkInsight透明工廠分別實(shí)現(xiàn)了設(shè)備問(wèn)題實(shí)時(shí)上報(bào)、生產(chǎn)工序投入產(chǎn)出監(jiān)測(cè)和基于人工智能的設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)和生產(chǎn)性能評(píng)估[5]。 智能工業(yè)園區(qū) 5G應(yīng)用在園區(qū)內(nèi)將改變生產(chǎn)模式以至于達(dá)到未來(lái)工業(yè)4.0的水平。比如自動(dòng)駕駛用于生產(chǎn)資料和人員的移動(dòng)、智能攝像頭用于了解和監(jiān)控各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。這樣的設(shè)想已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)，比如在2019年，京東部署了LoMir（絡(luò)謎）智能物流平臺(tái)。在這個(gè)基于5G的智能物流園區(qū)中，5G高清攝像頭可以實(shí)現(xiàn)人員的定位管理，還可以實(shí)時(shí)感知倉(cāng)內(nèi)生產(chǎn)區(qū)擁擠程度，及時(shí)進(jìn)行資源優(yōu)化調(diào)度；5G與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，可以管理園區(qū)內(nèi)的人員、資源和設(shè)備；5G還幫助園區(qū)智能識(shí)別車(chē)輛，并智能導(dǎo)引貨車(chē)前往系統(tǒng)推薦的月臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，讓園區(qū)內(nèi)的車(chē)輛更加高效有序。 專用確定性網(wǎng)絡(luò) 由于5G可容納大量的通訊設(shè)備和信道，而不同的應(yīng)用又有不同的需求，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)就可以幫助同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成彼此獨(dú)立的功能，比如工廠的傳感器需要低延時(shí)和高可靠性，城市內(nèi)的傳感器需要保證單位面積內(nèi)的連接數(shù)夠多，野外的傳感器還需要保持低功耗待機(jī)等等。 在網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的幫助下，5G的一個(gè)重要功能是公網(wǎng)專用。正如按照不同功能進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)也可以根據(jù)特定的隱私性要求進(jìn)行切片。對(duì)于智慧工廠、智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)等對(duì)隱私性有較高要求、但又沒(méi)有必要專門(mén)留出單獨(dú)頻段進(jìn)行通訊的應(yīng)用，公網(wǎng)專用則相對(duì)經(jīng)濟(jì)地保證了隱私性。在這方面，北京聯(lián)通在三一重工構(gòu)建了三一重工園區(qū)5G專網(wǎng)體系、幫助北京電力海淀500kV超高壓隧道5G專網(wǎng)建設(shè)。華為也提出了一系列行業(yè)需求，即能力可編排的差異化（Differentiated）、數(shù)據(jù)安全保障專屬性（Dedicated）、自主管理和自助服務(wù)（DIY）[6]。 5G未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn) 盡管有合理的構(gòu)想和一些成功的應(yīng)用，但當(dāng)5G已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們生活的當(dāng)下，5G未來(lái)發(fā)展的圖景反而顯得模糊。一方面，經(jīng)歷了近兩年的基站建設(shè)和發(fā)展，大部分用戶的直接體驗(yàn)并沒(méi)有很好，甚至有人認(rèn)為5G的出現(xiàn)不僅提高了資費(fèi)水平，還影響了4G的速度。另一方面，上述那些激動(dòng)人心的應(yīng)用很多似乎看上去還十分遙遠(yuǎn)。對(duì)此，筆者有以下思考。 規(guī)模性 當(dāng)基礎(chǔ)建設(shè)初步鋪設(shè)完成之時(shí)，才是5G大規(guī)模應(yīng)用將要發(fā)生之時(shí)。更進(jìn)一步，只有當(dāng)設(shè)備通過(guò)5G連入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)成為一種新型的默認(rèn)設(shè)定，5G以及其帶來(lái)的“萬(wàn)物互聯(lián)”的價(jià)值才真正能體現(xiàn)出來(lái)。但事實(shí)上，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)[7]，2021年一季度，中國(guó)已建成5G基站總數(shù)達(dá)81.9萬(wàn)個(gè)，連接到5G網(wǎng)絡(luò)的終端數(shù)達(dá)2.85億個(gè)。但相比于我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了582萬(wàn)基站的4G網(wǎng)絡(luò)，5G的覆蓋深度和廣度還沒(méi)有達(dá)到足夠規(guī)模。 數(shù)據(jù)量與算法 5G的發(fā)展和應(yīng)用離不開(kāi)數(shù)據(jù)和算法。無(wú)論自動(dòng)駕駛、智慧診療還是未來(lái)的智慧城市、萬(wàn)物互聯(lián)，數(shù)據(jù)的收集、處理、分析以及算法效能的提升都是基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。以萬(wàn)物互聯(lián)的角度來(lái)看，現(xiàn)在算法處理的數(shù)據(jù)規(guī)模和智能程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而站在5G的世界向后看，當(dāng)人們適應(yīng)了5G的世界甚至進(jìn)入6G的時(shí)候，所有信息都將會(huì)變成數(shù)據(jù)，這將會(huì)是海量的。比如可能會(huì)把嗅覺(jué)數(shù)字化、真實(shí)場(chǎng)景數(shù)字化、身體信息數(shù)字化，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理又會(huì)是新的命題。從這個(gè)角度上說(shuō)，數(shù)據(jù)科學(xué)與算法設(shè)計(jì)的也需要隨著5G的到來(lái)一同進(jìn)化。 世界競(jìng)合 由于5G技術(shù)相比于之前的所有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)更加深入地嵌入到大眾生活和專用網(wǎng)絡(luò)中，各國(guó)都會(huì)基于國(guó)家安全的考慮發(fā)展5G，也因此造成了中國(guó)與美國(guó)的博弈和摩擦。根據(jù)IPlytics的報(bào)告[8]，華為擁有5G必要專利占比達(dá)到了15.4%，居世界首位。與芯片相關(guān)的大量專利仍由美國(guó)高通公司擁有，而華為在5G網(wǎng)絡(luò)方面具有優(yōu)勢(shì)。這樣多強(qiáng)并立的局面直接影響了美國(guó)公司的發(fā)展路徑：美國(guó)通信行業(yè)解決方案聯(lián)盟在2020年底發(fā)起了“下一個(gè)G”聯(lián)盟（Next G Alliance），招攬了美國(guó)的蘋(píng)果、谷歌、AT&T、高通等大公司，一方面發(fā)展5G，另一方面提前布局6G；與此同時(shí)，也有消息說(shuō)美國(guó)希望延長(zhǎng)4G的服役時(shí)間，這樣可以直接饒過(guò)5G技術(shù)，從而繞過(guò)中國(guó)作為技術(shù)主導(dǎo)的這一輪通信技術(shù)革命。。由此可見(jiàn)，5G的發(fā)展融入了更多的國(guó)際政治因素，這也讓技術(shù)的發(fā)展不再純粹集中在經(jīng)濟(jì)或技術(shù)本身，從而也影響技術(shù)的發(fā)展和普及。 下一個(gè)G（6G） 正如上文提到，6G已經(jīng)開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)入大國(guó)、大公司的事業(yè)。比5G更快、、更高效。6G的設(shè)計(jì)速度可以達(dá)到1Tbps，利用更快的太赫茲頻段（0.1-10Thz），其設(shè)計(jì)速度與容量均可以達(dá)到5G的上百倍。像5G一樣，科技大國(guó)和大公司還在爭(zhēng)取6G的標(biāo)準(zhǔn)定制權(quán)，而與此同時(shí)，一些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)浮出水面。這些技術(shù)包括太赫茲發(fā)射與接收的芯片技術(shù)、高功率通訊環(huán)境下電池技術(shù)、高性能計(jì)算下的保密技術(shù)（包括量子通訊技術(shù)）、網(wǎng)絡(luò)分布于智能化技術(shù)等[9]。 在2020年，新加坡和日本的大學(xué)宣布制造了太赫茲芯片，中國(guó)也已經(jīng)發(fā)射了太赫茲通信衛(wèi)星[10]。而根據(jù)中國(guó)IMT-2030（6G）推進(jìn)組進(jìn)去發(fā)布的《6G總體遠(yuǎn)景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》[11]，6G將實(shí)現(xiàn)5G依然難以完成的全息通信、感官互聯(lián)等“科幻”場(chǎng)景。由于6G的建設(shè)是沿著5G的思路、把提升容量、降低延時(shí)做到更高的水準(zhǔn)。5G的建設(shè)依然可以為未來(lái)6G提供技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備。 因此，5G發(fā)展仍然是大勢(shì)所趨，而且將是以后通訊發(fā)展的基石�，F(xiàn)在的5G正在進(jìn)入尋常人家的前夜，只是需要稍微耐心一點(diǎn)。正如中國(guó)信通院5G應(yīng)用創(chuàng)新中心副主任杜加懂先生最近一篇文章[12]中所說(shuō)，5G的應(yīng)用和發(fā)展都是“批次遞進(jìn)式”的，或許過(guò)幾年再回過(guò)頭來(lái)看，5G正如當(dāng)初的4G一樣，已經(jīng)悄然走進(jìn)了人們的生活。 來(lái)源：貿(mào)澤電子 作者：王東昂 |
