5G無線網絡在農村場景部署及應用前瞻

摘? 要：5G是最新一代蜂窩移動通信技術，被認為將為移動通信及相關垂直行業領域帶來革命性的變化。農村場景因其用戶數量少、投資回報比低等特點，在蜂窩移動網絡發展進程中長期未得到重視，但隨著鄉村振興戰略的推進，農村經濟社會得到快速發展，農村場景將成為未來無線網絡發展建設的主戰場。結合在農村踐行鄉村振興及智慧農業推廣工作，對5G網絡在農村場景下的部署及應用進行前瞻和預判，并在投資建設、業務推廣、覆蓋組網三個方面給出建議。

關鍵詞：5G;農村場景;鄉村振興戰略

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0058-03

Prospect of 5G Wireless Network in Rural Scene Deployment and Application

LI Hongwei

（College of Information and Electrical Engineering，Shenyang Agricultural University，Shenyang? 110866，China）

Abstract：5G is the latest generation of cellular mobile communication technology，which is considered to bring revolutionary changes to mobile communication and related vertical industries. Due to the characteristics of small number of users and low return on investment，rural scene has not been paid attention to for a longtime in the development process of cellular mobile network. However，with the promotion of rural revitalization strategy and rapid development of rural economy and society，rural scene will become the main battle field of future wireless network development and construction. Based on the implementation of the rural revitalization strategy and smart agriculture promotion in rural areas，this paper forecasts the deployment and application of 5G network in the rural scene，and suggestions are given in investment construction，business promotion and coverage networking.

Keywords：5G;rural scene;rural revitalization strategy

0? 引? 言

自上世紀八十年代初第一代移動通信系統開始商用以來，移動通信技術就成為了社會發展的關鍵驅動力，特別是上世紀九十年代初開始商用的第二代移動通信系統GSM，至今仍在規模商用，實現了人與人之間通訊互聯，拉近了世界的距離。2G網絡的成功促進了移動通信技術的快速發展，九十年代末期“第三代合作伙伴計劃”即全球性通信技術標準化制定組織3GPP成立，開啟了3G網絡時代。而隨著智能終端的普及以及終端處理能力的不斷增強，用戶對流量和網速的需求呈現爆發式增長[1]，在這樣的大環境下4G網絡應運而生，用戶對移動網絡的主要需求也由傳統的語音業務轉向為高速率、低延遲的數據業務[2]。

在移動通信網絡近半世紀的發展變革中，密集市區、一般市區等城市場景一直是運營商爭奪的焦點，大量的資金和新技術都投放到了城市場景，而農村場景卻少有關注。這是因為，城市場景在用戶密集度、人均消費水平，對新興業務的需求程度、基站負荷等方面都遠高于農村場景，其投資回報率也更高。

為積極踐行鄉村振興戰略，筆者長期在農村開展駐村幫扶工作及智慧農業推廣工作。隨著鄉村振興戰略的大力實施，農村經濟社會快速發展，物質文化水平快速提升，農村面貌煥然一新。同時，隨著無線網絡在農村區域實現廣覆蓋，手機終端性價比不斷提升，農村居民基本實現“人手一機”，對新技術新概念的關注度也日益提高，在城市無線網絡用戶趨于飽和的情況下，農村市場將成為通信領域收入的下一個增長點。特別是經過了2019年在城市場景的商用試點，5G網絡預計將在2020年開始大規模建設部署，因此對5G網絡在農村場景下的部署及應用進行前瞻和預判，具有重要的現實意義。

1? 5G典型應用場景

與1G到4G移動通信技術相比，5G技術標準在制定之初就不僅僅滿足于單純改變人類傳統通訊方式，而是將目標鎖定為改變整個網絡社會及相關垂直行業，即不僅面向單一應用需求，而是要覆蓋所有可能的應用需求。國際電信聯盟ITU在2015年9月提出的《IMT Vision -Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond》[3]提出了5G三個典型應用場景：一是eMBB增強移動寬帶應用場景，可提供極高傳輸速率、極廣覆蓋、低時延的通信能力。從本質上講，eMBB場景是4G網絡的延續，即進一步提高無線網絡速率，滿足高速率應用需求。這一場景的典型應用包括觀看高清視頻、遠程云辦公、VR虛擬現實等;二是uRLLC高可靠低時延連接應用場景，可提供極高可靠、低時延通信能力，這將改變現有交通、工業及醫療等領域。該場景可為相關應用提供安全可靠的網絡連接，典型應用包括車聯網、智慧城市、遠程保護、遠程醫療救助、工業自動化等;三是mMTC海量物聯應用場景，可提供萬物互聯通信能力，主要針對低速率且對時延不敏感的應用，典型場景包括智慧農業、遠程抄表、環境監測等。

2? 農村場景特點總結

農村場景特點可從如下三個方面進行總結：一是自然環境方面。農村場景具有人口密度低、居住分散、地域廣闊、地形復雜的特點[4]。特別是中國北方農村，一個行政村包含若干自然村，這些自然村在地理位置上相隔較遠，中間隔著大片土地。另外，農村場景大多地形復雜，山脈起伏連綿，溝壑崎嶇，建筑物多以平層為主，基本上沒有高層建筑;二是經濟發展方面。隨著鄉村振興戰略的實施，我國農村經濟社會得到快速發展，農村生活水平不斷提升。但是與城市相比，農村經濟發展程度仍有較大提升空間，消費水平仍處于較低水平，且消費支出主要集中在衣食住行等生活必需品方面，在精神文化領域投入較少;三是業務需求方面。受智能終端普及程度影響，農村用戶業務需求仍以語音業務為主，數據業務為輔。同時針對數據業務，多數由微信、各類新聞客戶端等低流量應用產生，對網絡速度及時延要求不高，因此農村場景下基站普遍負荷較小，網絡無容量壓力。

3? 5G無線網絡在農村場景部署前瞻

2019年6月，中國移動、中國聯通、中國電信、中國廣電四家運營商獲得工信部頒發的5G牌照，其中中國移動、中國聯通、中國電信已獲批明確的部署頻段，并在部分中心城市的熱點區域開展5G建設項目。如果說2019年是中國5G網絡商用元年，那么2020年將是5G網絡開展大規模建設的一年，特別是在2020年3月，工信部下發工信部通信〔2020〕49號文件《工業和信息化部關于推動5G加快發展的通知》，提出要“全力推進5G網絡建設、應用推廣、技術發展和安全保障，充分發揮5G新型基礎設施的規模效應和帶動作用，支撐經濟高質量發展。”[5]這意味著在經過2019年5G網絡商用元年之后，2020年將掀起5G網絡建設的高潮。

目前，國內運營商5G網絡建設主要集中在城市場景，隨著鄉村振興戰略的實施，農村場景的重要程度日益提升，5G網絡必將由城市向農村推進。本文結合5G典型應用場景及農村場景實際特點，給出如下前瞻及建議。

3.1? 投資建設方面：縣鎮試點，按需部署

工信部通信〔2020〕49號文件旨在推動運營商加快5G網絡建設，其中提出要“加快推進主要城市的網絡建設，并向有條件的重點縣鎮逐步延伸覆蓋?！边@意味著三大運營商可參考城市場景5G網絡局部試點的經驗，在部分縣鎮先期開展5G網絡農村場景試點工作，實現5G網絡從城市場景到農村場景的平滑過渡，為今后農村場景5G網絡建設全面鋪開積累寶貴經驗。

但也應注意到，受提速降費、流量不清零等因素影響，三大運營商均呈現營收及凈利潤增長乏力的態勢，根據港交所發布的國內三大運營商2019年財報數據[6-8]，中國聯通、中國電信營收出現負增長，中國移動、中國電信凈利潤出現負增長，如表1所示。這意味著三大運營商在投資決策方面將更加謹慎。

同時，目前5G終端價格普遍較高，很大程度上限制了5G終端的普及推廣。特別在農村用戶收入水平較低的情況下，短期內5G終端用戶比例不會出現較大提升?？梢灶A測在出現5G“千元機”之前，農村5G市場基本將是空白的。因此，在投資建設方面，5G網絡在農村場景應在有條件的縣鎮先行試點，積累經驗做好準備，同時等待終端等配套產業鏈進一步發展后按需部署建設。

3.2? 業務推廣方面：應用為主，物聯先行

如前文所述，與傳統移動通信技術不同，5G技術不僅會改變人與人之間傳統的通訊方式，更將改變整個網絡社會及相關垂直行業，其三個典型應用場景表明，5G的重要意義是將各個行業領域的應用需求映射到信息系統之中，從而實現各個行業領域的高度智能化。特別是4G網絡建設以來，由于互聯網業務快速發展，運營商短信、彩鈴、語音等傳統業務受到極大沖擊，“管道化”趨勢明顯。而5G技術將為運營商“去管道化”提供可能。

結合農村場景實際特點，在目前階段5G三大典型場景中的mMTC海量物聯技術預計將率先在農村場景下得到廣泛應用?！?G+農業”的初期階段將是通過物聯網技術實現農業智能化，進而推動農業現代化進程。例如，在廣袤土地或溫室大棚內放置海量傳感器、攝像頭等信息采集裝置，通過物聯網技術，實現環境溫濕度、土壤酸堿度、肥力等農業信息采集匯總上報，通過云計算處理給出合理化建議，并提供遠程控制相關設備的能力。

目前，NB-IoT窄帶物聯網技術已作為5G候選技術上報到國際電信聯盟，最早將于2020年6月得到正式批復。中國電信也于2018年開始在部分區域通過重耕800 M頻段實現NB-IoT網絡覆蓋。因此，在業務推廣方面，農村場景應首先推動5G物聯網技術在農業領域的應用，以此帶動5G網絡在農村場景的多業務推廣。

3.3? 覆蓋組網方面：長期共存，低頻覆蓋

我國4G網絡自2014年正式開始商用，經過5年的大規模建設，至2018年末，已建成了世界上規模最大的4G網絡，且在農村場景也已基本實現4G網絡廣覆蓋。目前，農村4G網絡呈現站點數量少、單站覆蓋廣、容量壓力小的特點，并且這種特點也將隨著農村4G用戶數量趨于飽和而變成常態化。

因此，5G網絡在農村場景部署初期仍將與4G網絡長期共存，特別是由于5G目前僅能承載數據業務，而其承載語音業務的VoNR技術仍處在研究階段，在2G網絡退網之后，4G網絡的VoLTE將承擔起承載語音業務的重擔，因此不僅在農村場景下需要保留4G網絡，城市場景也需要4G網絡與5G網絡長期共存，滿足用戶體驗不受影響。

同時，在農村地區部署5G網絡也將受到頻段制約。目前，已得到工信部批準的可用于室外覆蓋的5G頻段包括中國移動2.6G頻段及4.9G頻段，共260 M帶寬、中國聯通3.5G頻段共100 M帶寬以及中國電信3.5G頻段共100 M帶寬，如表2所列。雖然獲批頻段在5G頻率范圍中已屬于6G以下低頻部分，但與目前4G網絡在農村場景下采用的低頻段仍有較大差異，進而造成了覆蓋距離和站址數量的差異。以中國電信為例，目前中國電信4G網絡在農村場景以800 M頻段覆蓋為主，如果采用3.5G頻段進行5G網絡覆蓋，通過鏈路損耗計算，理論上800 M頻段單站覆蓋距離是3.5G頻段的4倍以上，這意味著若想實現與4G網絡同等的覆蓋效果，5G網絡所需站點規模將是4G網絡的16倍以上，即使考慮大規模天線技術等5G關鍵技術對覆蓋提升增益，仍需新建大量的5G站點來彌補頻段劣勢造成的覆蓋能力不足。因此利用已經獲批的5G頻段在農村部署5G網絡將面臨很大的工程難度和資金壓力。

2020年4月1日，工信部下發〔2020〕50號文件《工業和信息化部關于調整700 MHz頻段頻率使用規劃的通知》，指出“將702～798 MHz頻段頻率使用規劃調整用于移動通信系統，并將703～743/758～798 MHz頻段規劃用于頻分雙工（FDD）工作方式的移動通信系統”[9]，為擁有700 M頻段使用權以及5G牌照的中國廣電開啟5G網絡建設掃清了障礙，同時也為未來在農村場景實現5G網絡低頻段覆蓋提供了可能。

4? 結? 論

目前來看，隨著鄉村振興戰略實施，農村場景必將成為通信領域未來發展的主戰場，5G網絡也終將由城市走向農村。但也應注意到，受限于投資、終端及業務推廣以及頻段資源等方面制約，在農村場景部署5G網絡仍需要有利的政策以及契機。同時，5G網絡在城市場景的規模商用也將為其今后在農村場景的部署積累經驗。因此，本文僅對5G網絡在農村場景下的部署及應用進行前瞻和預判，為未來5G網絡在農村場景的實際建設提供一定的思路。

參考文獻：

[1] 王艷玲.河南農村區域LTE 800 MHz基站建設的設計與研究 [D].鄭州：鄭州大學，2017.

[2] 燕曉穎，于江濤，陳金芬.云數據中心設計研究 [J].郵電設計技術，2017（9）：77-82.

[3] ITU-R. IMT Vision-Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond [R]. International Telecommunication Union，2015.

[4] 潘少斌，王川福.中國聯通FDD-LTE在農村場景覆蓋的策略和方案研究 [J].移動通信，2016，40（9）：56-59.

[5] 工業和信息化部.工業和信息化部關于推動5G加快發展的通知 [EB/OL].（2020-03-24）.http：//www.cac.gov.cn/2020-03/24/c_1586598820488869.htm.

[6] 中國移動有限公司.2019年年度業績 [EB/OL].（2020-03-19）.https：//www1.hkexnews.hk/listedco/listconews/sehk/2020/0319/2020031900498_c.pdf.

[7] 中國聯合網絡通信（香港）股份有限公司.2019年度業績公告及暫停辦理股份過戶登記手續 [EB/OL].（2020-04-01）.https：//www1.hkexnews.hk/listedco/listconews/sehk/2020/ 0323/2020032300365_c.pdf.

[8] 中國電信股份有限公司.截至2019年12月31日止之年度業績公布 [EB/OL].（2020-03-24）.https：//www1.hkexnews.hk/listedco/listconews/sehk/2020/0324/2020032400298_c.pdf.

[9] 工業和信息化部.工業和信息化部關于調整700 MHz頻段頻率使用規劃的通知 [EB/OL].（2020-04-01）.http：//www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757020/c7845702/content.html.

作者簡介：李宏偉（1989—），男，漢族，遼寧沈陽人，實驗教師，助理實驗師，畢業于北京郵電大學，碩士研究生，研究方向：無線網絡規劃及研究。