5G的發展與物流無人機應用

佘炳濤 劉康妮

摘要：第五代移動通信技術是現有無線通信技術的一個融合，提供人與人、人與物、物與物之間高速、安全、自由的連接。本文首先介紹了5G的概念和特點，然后闡述了當前我國5G的發展和5G的三大主要應用場景，最后重點對物流無人機在電商領域的的應用情況進行了分析和展望。

關鍵詞：5G；物聯網；5G應用；物流無人機

1、概念

5G指的是第五代移動通信技術。與前四代不同，5G并不是一個單一的無線技術，而是對現有無線接入技術（包括2G、3G、4G、WiFi）的技術演進與新增補充性無線接入技術集成后的解決方案的總稱，5G將是一個真正意義上的融合網絡。這個融合統一的標準將提供人與人、人與物、物與物之間高速、安全、自由的連接。目前，現有的4G網絡處理自發能力有限，LTE峰值速率僅達到100Mb/s，而5G將引入更加先進的技術，通過更加高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更加密集的小區等共同滿足移動業務流量增長的需求。5G的峰值速率將達到10Gb/s，比4G提升了100倍。

2、5G的特點

5G具有以下特點：a）5G的網絡架構在4G的基礎上扁平化，它將是由功能強大的基站疊加的一個大服務器集群；更加新型化；b）5G的基站將更加小型化，可以安裝于各種場景；具備更強大的功能，將去除傳統的匯聚節點；c）5G網絡應滿足超大帶寬、超高容量、超密站點、超可靠性、隨時隨地接入的要求；d）更加綠色節能的5G系統，通信能源消耗將是目前網絡的十分之一。

3、我國5G的推進進程

為了迎接新一輪的技術、標準以及市場競爭，中國開始全方位布局 5G 技術的研發工作。2013年2月，由科學技術部、工業和信息化部、國家發展和改革委員會三部委聯合組織成立了IMT-2020（5G）推進組，同時，科學技術部將投入1.6億元人民幣，正式啟動國家“863計劃”、“第五代移動通信系統研究開發一期”重大項目，以前瞻性地部署5G需求、技術、標準、頻譜、知識產權等研究。

當前我國5G研究進展情況：a）推進組已基本完成5G愿景和需求研究，并發布了白皮書，b）初步完成了5G潛在關鍵技術的研究分析工作。c）布了四個白皮書，其中包括《5G的愿景和需求》、《5G的概念》、《5G的無線技術架構》和2016年6月發布的《5G的網絡技術架構》。d）完成了2020年我國移動通信頻譜需求預測和6GHz以下候選頻段的研究工作。

目前中國5G推進組已經有55個成員，包括運營商、廠商、研究院及大專院校；其中以華為公司為首的中國廠商在2016年國際無線標準化機構3GPP的RAN1（無線物理層）87次會議上主推的PolarCode（極化碼）方案從美國LDPC和法國Turbo2.0兩大競爭對手中脫穎而出，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案。這是中國在5G移動通信技術研究和標準化上的重要進展，意味著中國公司首次進入基礎通信框架協議領域。在運營商方面，2016年5月，中國移動就已宣布在5個城市進行場外測試。中國電信則按規劃已在成都、雄安、深圳、上海、蘇州、蘭州等六大城市開通了5G試點。中國聯通在2018年1月則向國家提交了申請，要在七大城市開啟5G模式。2018年4月2日中國移動聯手中興通訊打通國內首個5G電話，這意味著一個上萬億元人民幣的產業已經逐步拉開序幕。

4、5G的應用場景展望

移動互聯網和物聯網是5G發展的主要驅動力，其在應用層面主要體現在以下三個場景：

增強移動寬帶（eMBB）

未來的5G愿景最強烈的一個方面就是用戶體驗到的網絡速率。4G現在已經很快了，但是還不夠，5G要做到的是10Gbps，5G將滿足人們在居住、工作、休閑和交通等各種區域的多樣化業務需求，即便在密集住宅區、辦公室、體育場、露天集會、地鐵、快速路、高鐵和廣域覆蓋等具有超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性特征的場景，也可以為用戶提供超高清視頻、虛擬現實、增強現實、云桌面、在線游戲等極致業務體驗。

低功耗大連接（mMTC）

由于受限于終端的功耗以及無線網絡的覆蓋，物聯網仍處于萌芽的狀態，但伴隨著5G網絡的出現，未來的物聯網必將迎來全面發展。5G是低功耗大連接的網絡，因此我們認為在5G時代，物聯網的應用需求是非常大的，而且物聯網可以利用現有NB-IoT等蜂窩物聯網發展起來，比如像智慧城市、智能家居、智慧農業、工業互聯網、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用；這類應用具有小數據包、低功耗等特點，且終端分布范圍廣、數量眾多，不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。

低時延高可靠（uRLLC）

4G網絡的出現使移動網絡的時延達到了100ms，使對實時性要求比較高的應用如游戲，視頻，數據電話成為可能。而5G網絡，將會使時延降到極致，時延小于5ms，可實現450km/h高速環境下通信。一方面，5G讓消費者可以隨時隨地享受高清視頻傳輸、體驗VR 360度全景直播和娛樂、享受AR游戲和購物、實時觀看無人機航拍畫面等應用；另一方面，5G將帶動各垂直行業的創新應用，比如網聯無人機、自動駕駛和遠程駕駛、智能電網、工業互聯網，這類應用對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要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。

5、5G典型應用之物流無人機

當前業界將5G和無人機看作是最好的“搭檔”。在沒有遇見5G之前，無人機還只是以個人娛樂應用為主，還經常飽受安全詬病。而5G的無處不在聯網、更高的速率、更低的時延使得無人機的應用范圍不斷拓展。5G物流無人機便被認為是一種非常有前景的5G用例。

物流無人機現在被業界看好，主要由于其相對于傳統物流運輸有以下四大優勢：1）提升流轉效率：相對于傳統汽車、電動車地面運輸系統，無人機可以大幅度提升配送效率；2）降低運營成本：由汽車等交通工具和人員配送貨物改為汽車加無人機的話，那么物流費用將至少下降70%。”無人機還可以解決偏遠山區農產品運出來的問題。無人機上下游產業鏈整合日趨完善，隨著大規模應用，將節省更多時間、人力、能源及倉儲資源；3）打破道路限制：無人機航線相對是直線，距離相對最近，突破了空間、區域、環境上的限制，針對偏遠農村及交通不便地區，有效解決物流配送“最后一公里”難題，在擁堵的城市和偏遠山區運送急需物品，則可能比陸運節省80%的時間；4）助推產業轉型：以無人機為代表的“智能物流”將助力物流產業升級轉型。

2016年5月，德國DHL宣布成為全球首家無人機快遞公司，成功運送了130件包裹，歷經了130次自動裝貨與卸貨的循環飛行，解決了變化無常的天氣狀況和嚴峻的溫差波動的干擾問題。在合理設置“包裹站”和當地居民的配合下，整個快遞和交付工作完全是由無人機自主完成，無人機的飛行時速最高可達70公里，可以攜帶2.2公斤的貨物，航程最遠可達8.3km。

我國物流行業也緊跟國際趨勢，不斷嘗試新的物流形式，現在的無人機技術可以實現運用GPS和視頻等方式進行地理定位，可以實現貨物的機械化裝運，并按照條形碼推送，即便是在建筑密集的高層樓宇，無人機從窗戶進入指定地點也不是問題。至于避開天線、建筑物等高空障礙物，目前無人機領域已經有一套成熟的技術精準避開障礙物。而5G的商用，能極大的推動這種新的物流形式。

6、電商領域的物流無人機

近兩年來，國內物流行業對于無人機的熱衷來源于傳統快遞物流方式已出現瓶頸。未來汽車飽和度將進一步加大，傳統地面運輸將受到越來越多的制約，打造高效、快速的物流體系迫在眉睫。國內多家物流與電商企業紛紛入局物流無人機行業，大力推動無人機配送體系的構建。無論是京東、蘇寧、菜鳥等公司，基本都已經實現了物流無人機的首飛，有些還獲得了無人機空域批文，并不斷深化和地方政府的合作，加快促進無人機項目的落地。2018年5月中國國家民航局發布了《民航局關于促進航空物流業發展的指導意見》，從九個方面闡述了促進航空物流業發展的政策措施。意見提出，支持物流企業在空域條件良好、地面交通欠發達地區開展無人機配送示范工程。如此可見，無人機配送的發展不再局限于市場的自我追逐，而是更進一步得到了國家政策的高度支持。到目前為止，物流與電商企業在無人機領域的布局已經初現輪廓。

今年4月，順豐拿到了國內首張無人機航空運營（試點）許可證。此番取得首張運營牌照，讓順豐一躍成為國內物流無人機的領先者。根據許可證的規定，順豐可在民航局批準的試點區域內使用無人機開展物流配送。對于無人機，順豐的構想是用無人機實現航空物流網絡干支對接，輔以陸運以及快遞員在配送末端的到門服務，以完成對大部分城市的空網覆蓋。換言之，順豐的無人機不僅僅針對末端最后一公里，更是針對支線無人機運輸。順豐的無人機短期內并不會直接面向客戶，而是進行順豐速運不同網點之間的配送。以此次獲取牌照的試點區域為例，順豐無人機主要用于將貨物送往人力配送較難、較慢的偏遠地區，以提高效率、減少人力成本。

去年10月菜鳥網絡的無人機群組，滿載六箱貨品，耗時9分鐘，飛越近5公里的海峽，為農村淘寶提供物流服務。這是國內首次完成無人機群組跨海快遞飛行。菜鳥無人機可荷載7公斤包裹，實現空中到家、精準投遞的運作。

京東無人機是京東空地一體三級智慧物流體系的重要組成部分，京東無人機經過兩年多的時間的不斷研發，成為京東黑科技的一張名片。目前，京東無人機已經出動了2萬余架次，飛行總里程10萬多公里，積累了大量運營經驗。除了常態化運營，一年來京東無人機還飛過河北、浙江等省，為無人機運營場景的持續開拓和更大規模應用進行探索。在無人機的優勢上面，京東的優勢在于“走得快”，同時京東自建物流，擁有非常多的應用場景，正常情況下，每天都有無人機在飛行。

2018年6月蘇寧物流無人機鄉村飛行距離超5萬公里。為適應于不同場景的配送，蘇寧物流空中智慧網建成機型多樣的無人機部隊。目前，末端小型無人機基本可以常態化運營，支線和干線無人機正在研發測試。比如在支線，蘇寧正研發一款載重200公斤和一款載重1.5噸的無人機。

上述電商的無人機已經可以按照已編程的飛行路線行事，但迄今尚無法通過移動通信高效地控制無人機，在這種情況下，5G的使用為創新的無人機應用打開了全新的空間。5G低時延、高速率、大連接的技術特征為無人機智慧物流提供了完美解決方案，包括航線規劃、智能避障、集群作業等。

當然，除了5G網絡外，未來無人機在物流領域的發展還有三個問題有待解決：一是無人機的安全性問題，如何將無人機的事故風險概率控制在合理范圍，目前的技術還無法完全消除大眾擔憂；二是穩定性問題，與民航客機或者貨機相同，無人機尤其小型無人機對天氣影響更敏感，無論是可見的風、雨、雪、霧等大范圍天氣因素，還是晴空風切變、突發氣流等難以預見的情況，都會對無人機產生較大影響；三是政策因素，在無人機應用方面，監管仍處于摸索階段，不確定性較強。

7、結束語

隨著未來移動互聯網和物聯網業務的井噴式增長，3G、4G和其他通信網絡已無法滿足社會日益增長的通信需求。5G將以其顯著特征和技術優勢及可持續發展的模式，滿足未來超千倍的移動數據增長需求，并將為用戶提供光纖般的接入速率、零時延的使用體驗、千億設備的連接能力、超高的流量密度和連接數密度、超高的移動性和多場景的服務，使各類業務和用戶感知智能優化，并為未來的網絡帶來百倍的能效提升。5G的到來必將極大地推動國家傳統產業轉型升級與供給側結構改革，在鼓勵創業創新的大背景下，極具市場價值的無人機行業將繼續保持高速增長。前瞻產業研究院發布的《2018-2023年中國無人機行業市場需求預測及投資戰略規劃分析報告》預測，我國民用無人機產品銷售和服務總體市場規模到2020年將達到465億元，2025年將達到750億元。

無人機的發展離不開5G的技術支持，5G也需要無人機來配合發展，兩者相輔相成，互相成就。隨著科技進步，相信5G技術的普及將成為必然，5G無人機成就通信新時代的目標也很快就會實現。因此，我們可以預計在不久的將來，當我們打開門窗，收到無人機遞上的包裹將成為我們生活的日常。

參考文獻：

[1]王胡成，徐暉，程志密，王可.5G網絡技術研究現狀和發展趨勢[J].電信科學，2015（09）：12-16.

[2]王志勤，羅振東，魏克軍.5G業務需求分析及技術標準進程.中興通訊技術，2014（02）：24-25

[3]黃海豐.行業領袖共議5G定義華為投入6億美元促產業發展.通信世界，2014（31）：23

作者簡介：佘炳濤（1979-），男，廣東潮州，碩士研究生，高級經濟師，研究方向：經濟管理.