新時期5G無線通信技術發(fā)展跟蹤與應用研究

李 維

（湖北郵電規(guī)劃設計有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

5G即第五代移動通信技術，其性能目標是高數(shù)據(jù)速率、低延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接。5G技術下，按ITU IMT-2020規(guī)范要求，它的信息傳輸速率高達20 Gb/s，可以實現(xiàn)寬信道帶寬和大容量多元通信。新時期，5G無線通信技術得到了更多重視，本文就其發(fā)展和應用進行分析。

1 我國5G無線通信技術發(fā)展與應用現(xiàn)狀

1.1 我國5G無線通信技術發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)狀上看，我國是全球范圍內(nèi)較早進行5G研究、研究范圍較廣泛、發(fā)展前景較理想的國家之一。2019年10月31日，我國三大運營商（移動、聯(lián)通、電信）公布5G商用套餐，并于11月1日正式上線5G商用套餐。早在2017年，我國工信部發(fā)布了5G中頻頻譜信息。到2018年2月，我國華為集團已經(jīng)完成了5G模式下的通話測試。2019年，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，標志著我國5G技術已經(jīng)邁入商用階段。2019年9月，我國華為公司結(jié)合自身研究成果，呼吁國際社會給予協(xié)同合作，為5G的全球化應用提供保證。

1.2 我國5G無線通信技術應用現(xiàn)狀

我國5G無線通信技術在應用上尚未實現(xiàn)普及，以區(qū)域集中和行業(yè)集中模式為特點。區(qū)域集中是指部分經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢較為良好、通信需求旺盛的區(qū)域，已經(jīng)率先推出5G商務服務，如北上廣深以及其他地區(qū)的核心城市、大城市等。例如，遼寧省沈陽市三大運營商（移動、聯(lián)通、電信）給出了商務套餐面向個人用戶，也面向企業(yè)、組織，在較短時間內(nèi)已經(jīng)形成了具有市場競爭力的產(chǎn)業(yè)。目前，其他地區(qū)理論上也可應用5G技術進行通信作業(yè)，但尚未形成規(guī)模化效應。行業(yè)集中是指部分通信活躍度較高的行業(yè)，優(yōu)先引入了5G無線通信技術，如遠程醫(yī)療、急救服務以及無人機信息采集等?，F(xiàn)階段，普通民眾對5G技術的接受程度較為有限，僅有不足0.8%的個人用戶應用5G技術進行通信。

2 國外5G技術動態(tài)評析

2.1 應用的點狀分布

國外對5G技術的應用和發(fā)展較為重視，且呈現(xiàn)出與我國不同的特點，其應用帶有明顯的點狀分布特色。點狀分布是指大部分國外通信活動依然以4G技術為主，僅有少數(shù)地區(qū)實現(xiàn)了5G商用化，集中于部分大城市。例如，歐盟早在2014年即啟動了5G技術研究，但由于5G商用耗資過大，即便德國、法國等發(fā)達國家也并未完全推動5G商用，僅在漢堡、巴黎、慕尼黑和柏林等少數(shù)大城市進行通信基站建設。值得注意的是，在德國部分地區(qū)，民眾對5G技術的認同感并不高，認為該技術并未從根本上改變生活、工作質(zhì)量，且可能導致傳統(tǒng)通信行業(yè)受到進一步擠壓，造成失業(yè)等社會問題，限制了5G技術的應用。

2.2 發(fā)展的面狀擴展

以韓國、日本、美國為代表，具有發(fā)達通信技術的國家在進行5G無線通信技術研究時，均呈現(xiàn)典型的面狀特點。通常不強調(diào)集中資源于某一個、幾個技術環(huán)節(jié)，而是著眼于技術的全面優(yōu)化和更新、運用。例如，韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區(qū)推出5G服務，并各自選派優(yōu)勢技術人員、抽調(diào)資金，就當前自身技術優(yōu)勢嘗試融合發(fā)展。一方面韓國自身的通信需求有限，其運營商嘗試同行合作的方式發(fā)揮優(yōu)勢，搶占國外市場；另一方面不同運營商技術優(yōu)勢不同，在融合發(fā)展的模式下有助于全面推動5G技術進步，對其民族通信技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極作用[1]。這一模式對我國也具有積極的借鑒意義。

3 新時期5G無線通信技術發(fā)展與應用的趨勢

3.1 5G無線通信技術發(fā)展趨勢

從趨勢上看，新時期5G無線通信技術發(fā)展強調(diào)3個方向，即抗干擾、高穩(wěn)定性以及高效率?？垢蓴_是指在5G技術下，通信活動可更有效地應對其他電磁信號、類似帶寬信號、諧波以及其他非計劃磁場的破壞（如金屬礦），提升信號可讀性。目前，我國在該項研究上以復用技術為核心，即采用此前通信活動中廣泛運用的信號復用模式，將多個信號集中于若干通信條件較理想的信道中，之后給予降噪提純，效果尚可，但并沒有從根本上解決干擾源破壞。美國學者的研究具有一定的前瞻價值。部分美國學者提出了高頻通信模式，采用頻率明顯高于常規(guī)頻段的信號進行信息傳輸，可避免來自相似頻段信號的干擾。但是，該模式下需要對大量的通信設備和終端進行技術改造，耗資較多，仍缺乏可行性。

穩(wěn)定性方面。從技術現(xiàn)狀上看，5G模式理論傳輸效率可達到20 Gb/s，但在非實驗室環(huán)境下始終無法達到該水平，甚至無法達到200 Mb/s。進一步分析表明，多個因素影響信息傳輸穩(wěn)定性，包括里程、信號強度和設備能力等。有學者據(jù)此提出了多陣元理念，即在無線通信的終端進行技術改造，增加其對5G信號的捕捉和收集效果，使所有信息得到有效收集，進而提升通信穩(wěn)定性。目前，包括我國在內(nèi)的多個國家的通信服務商啟動了對應研究，也取得了一定進展，但尚未完全投入商用階段。

通信效率方面，各國研究進展均較為有限，商用階段的5G技術無法達到實驗室通信水平，且影響因素多樣，意味著嘗試完全發(fā)揮5G技術的優(yōu)勢，需要通過大范圍、系統(tǒng)化的改造通信架構，包括設備、云端處理模式等，所需資金需求巨大。在市場尚未完全形成的情況下，各國均未進行全面商業(yè)改造[2]。

3.2 5G無線通信技術應用趨勢

應用趨勢上看，5G無線通信技術價值得到逐步認可，可逐步實現(xiàn)目標群體總數(shù)的擴大，但群體類別可保持穩(wěn)定。從群體類別上看，個人用戶、企業(yè)組織和機關單位為5G無線通信技術的主要目標群體。其中，個人用戶較為分散，但通信業(yè)務總量巨大，且分布在我國各個地區(qū)，是未來商用模式下5G無線通信技術的主要市場。企業(yè)組織對5G無線通信技術的需求較為恒定，大企業(yè)往往在技術商用階段優(yōu)先進行技術改造，中小企業(yè)缺乏大量信息的交互需求，其技術改造和運用需求不高。機關單位對5G技術的應用帶有差異化特點，部分數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生量、處理量較多，對交互要求高的組織會嘗試進行技術優(yōu)化，如醫(yī)院等。

用戶總數(shù)增加是5G無線通信技術應用的基本趨勢。例如，我國當前實現(xiàn)5G商用的城市較多，已經(jīng)覆蓋了90%以上的用戶群體。但是，應用5G技術的個人用戶僅為無線用戶總數(shù)的0.8%左右。進一步分析發(fā)現(xiàn)，5G終端更換、套餐價格等一定程度上限制了其應用范圍。市場上價格較低的5G終端（智能手機）也在4 000元左右，目前尚無3 500元以下的5G手機，均價為6 952.4元。價格最低的5G商務套餐為128元/月，均高于傳統(tǒng)4G手機和服務模式。個人用戶對通信效率的要求相對不高，5G技術在傳輸效率上的飛躍并不足以改變用戶的消費習慣。隨著5G智能手機的價格下降、套餐內(nèi)容優(yōu)化，其對個人用戶的吸引力有望持續(xù)增加，正如4G技術取代3G技術一樣，5G技術也將最終成為市場主流。

在此前美國麻省理工學院學者的研究中，美國2020年年底的5G用戶總數(shù)有望突出1.2億，較2019年增加50倍，我國學者的研究亦獲取了類似成果。在此前工信部公布的數(shù)據(jù)中，2018年我國凈增移動電話用戶達到1.49億戶，總數(shù)達到15.7億戶，移動電話用戶普及率達到112.2部/百人，比2017年末提高10.2部/百人。目前，全國已有24個省市的移動電話普及率超過100部/百人，我國移動寬帶用戶總數(shù)達到10億戶以上的規(guī)模。2019年作為5G技術應用元年，用戶總數(shù)已經(jīng)達到800萬人以上的規(guī)模，到2020年底，我國5G個人用戶總量有望達到5 000萬以上[3]。值得注意的是，我國對5G技術的研究仍在繼續(xù)，且部分地區(qū)的基站建設、通信設施完善活動正在加速，這為我國5G技術的應用推廣提供了支持。

4 結(jié) 論

新時期，5G無線通信技術發(fā)展與應用態(tài)勢良好，其發(fā)展和應用以當前模式為基礎，具有廣闊的未來空間。目前，我國部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了5G技術的初步應用，發(fā)展現(xiàn)狀良好。國外5G技術的應用帶有點狀特點，發(fā)展則呈現(xiàn)多技術、多重點的同步化。趨勢上看，5G無線通信技術發(fā)展將更重視抗干擾、高穩(wěn)定性及高效率，技術應用趨勢上帶有目標群體類別相對固定、總數(shù)擴大的特征。