淺談農村地區5G網絡的建設和應用

姚擎云 巫受靖

中通服咨詢設計研究院 江蘇 南京 210019

引言

我國是農業生產大國，擁有廣袤的農村，農民占比過半。2005年黨的十六屆五中全會上，“三農”問題被正式提出來，十五年來“三農”工作始終被放在國家發展的重要位置。2018年5G拉開序幕，2019年我國三大運營商的5G建設工作走上正軌，到2020年上半年全國的5G基站建設工作迎來了第一波小高潮。目前看來各大運營商均采用先覆蓋城區，再建設農村的工作策略；農業農村部印發的《數字農業農村發展規劃（2019—2025 年）》提出，積極開展 5G 技術在農業農村中的應用研究，建立健全 5G 引領的智慧農業技術體系。這一切都表明了我國農村地區的5G建設必然是國家的工作重點。以此為契機，本文淺談農村地區5G網絡的建設和應用。

1 5G性能及應用

移動通信技術一般以10年為一代，從1G“大哥大”時代到現在的5G(第五代移動通信技術)萬物互聯，移動通信已走過40年，相比于前4代技術，5G有諸多優勢。

圖1 通信行業年鑒

1.1 5G性能指標

速率更快：能達到0.1～1Gbps，是4G的10倍；超大的連接量：可達到每平方公里一百萬的連接量；空口時延更低：1ms，是4G空口時延的1/5；移動性更快：能達到500+km/h，是4G的4倍；峰值速率更高，能達到10～20Gbps，是4G的20倍；流量密度更大：能達到每平方公里10～100Tbps。

1.2 5G應用場景

5G有三大業務場景：大規模物聯網（海量機器類通信）mMTC（massive Machine Type Communications)、高可靠低時延通信uRLLC（ultra-reliable low latency communications）、增強移動帶寬eMBB（Enhanced Mobile Broadband)。

mMTC代表了5G時代是真正的“萬物互聯”時代，目前，在這方面比較常見的發展是NB-IoT（窄帶物聯網）。以往的Wi-Fi、Zig Bee、藍牙等無線傳輸技術，屬于家庭用的小范圍技術，而5G技術在大規模連接上的應用幾乎是藍牙的超級加強版，每平方公里的連接數達到了百萬級別，加之其低功耗的特點，可充分應用于智能家居、可穿戴設備、智能交通、智能測量、智能監控、智能電網、智能農業等場景。

uRLLC具有高可靠、低時延、極高的可用性等全新特性。單向空口時延1ms，可靠性99.999%，被業界廣泛認為可以應用于工廠自動化、工業控制、智能電網、設備、車聯網通信、遠程手術等場景。比如無人駕駛等業務：3G響應為500ms，4G為50ms，5G要求0.5ms。

eMBB以現在的移動寬帶業務場景為基礎，在用戶體驗等性能方面做出了巨大的提升，針對大流量的移動寬帶業務，5G所帶來的直觀感受就是網速的大幅度提升：0.1～1Gbps的平均速率、20Gbps的峰值速度、移動性500Km/h、流量密度10Tbps/Km2，這些性能帶來了全新的應用場景：云端機器人、虛擬/增強現實等。

2 5G在農村地區的網絡建設

2.1 淺析農村4G網絡建設

截至2020年，全國的4G網絡建設基本告一段落，接下來不會再有大規模的建設，主要以補盲和網絡優化為主。回顧過去10年的4G建設，農村地區網絡設施投入明顯低于城市地區，無論是無線基站的數量還是有線光纜的投入，農村地區更側重的是“有信號就行”，而不是城市地區的“信號優質”。當然這些都與城市和農村的人流、產業、工業、商業等方面息息相關，4G時代，網絡的覆蓋對象主要是人，有人的地方就有信號，人多的地方則要求信號優質。最終的結果就是，4G建設工作進行到2020年，城市地區宏站、室分、微站處處開花，4G信號地下室都飄綠；農村地區的話普遍只在發達鄉鎮、一般農村鄉政府所在地等區域有信號。

2.2 農村5G建設問題分析

相比于4G網絡，5G網絡的建設有本質上的不同，于是帶來了許多擺在眼前繞不開的問題。5G的覆蓋對象不僅僅只是人。“萬物互聯”需要對所有工作的“物”提供網絡服務，比如一棵樹，比如一臺挖掘機等。那么和4G不同的是，5G的規劃思路需要改變，覆蓋目標應該結合農村的規劃，將5G的產業應用需求納入網絡的規劃中來。

2.2.1 5G的覆蓋距離更短。相比于4G在農村地區五六百米甚至千米的覆蓋距離，5G由于其更高的頻率，導致了覆蓋距離上的縮短，農村地區在無明顯遮擋的情況下，覆蓋距離在400米左右，那么基本上4G時代比較常見的一個站覆蓋多個村落的情況，在5G時代的農村網絡建設中會不常見。因此，運營商不應該只依靠現有基站資源來實現5G的覆蓋，根據需求，該補點的需要補點；同時，做2個扇區就能解決的地方不要做3個扇區。

2.2.2 5G的投資更大。主要體現在基站設備、傳輸資源、配套資源、耗能等方面。目前看來，相比于4G設備，5G基站設備的成本在4G的基礎上翻了一倍；光纜資源的需求比4G更高，并且根據各家運營商現狀來看，農村地區4G建設時，光纜基本上是按需敷設，冗余度不足，那么剩余的光纜資源基本不足以支撐5G大面積利舊，光纜需要新建。

2.2.3 配套方面。5G一體化天線比4G天線+RRU更重，農村有大量的桿塔都是3G+4G的網絡制式，甚至在一村一站的地方，幾家運營商共享的情況很普遍，那么就存在現有桿塔無法改造的情況，需要新建桿塔；機房內，5G整站設備的功耗是4G的4倍以上，那么對電源的要求更高，就會存在電源需要改造，電池需要替換或新增，機柜需要替換或新增的情況，甚至需要新建機房的可能性；5G的高耗能也意味著高電費，特別是前期建設中，在終端未普及的一大段時間內，運營商基本上是高投入零回收。

上面的三點得出一個結論：5G的覆蓋能力不如4G，但是5G的需求量比4G更大，同時5G給運營商帶來的成本支出遠超4G，并且在5G建設的初期無法得到經濟效益的回收。這是擺在運營商面前的難題，也是擺在我們國家5G建設道路上的一塊攔路石，因此農村的5G建設需要多方共同努力。第一，運營商的5G建設思路應該由“人”到“物”，或者說由“覆蓋”到“應用”，擺脫網絡只是為人服務的固有觀念，從規劃初期開始，就將農村的5G產業發展作為5G建設的重要依據，實現農村的點覆蓋，按需覆蓋，按業務覆蓋，而不是一味地追求廣覆蓋，天線往平打，信號滿天飛。第二，巨大的經濟壓力不能讓運營商獨自扛起來，比如鐵塔公司可以適當降租，電力部門應合理降低電費，當地政府可以協調村委會對通信企業降物業租金，若是對公業主的話甚至可以協調免除部分物業租金。為了響應國家運營商降費的號召，多方應共同努力，才能讓農村地區的5G建設工作順利開展。第三，農村地區的5G新建站，會涉及各種審批手續，當地政府可以優化相關的審批流程，并且對老百姓做好5G的相關宣傳工作，為5G建設工作的順利進行鋪平道路。

簡而言之，5G在農村地區的建設有別于4G，運營商需要轉變思路，多方需要加強協作，勇于分擔責任，共同促成5G建設工作的順利進行。

3 5G在農村地區的應用暢想

3.1 數據的采集更加方便

近年來，大數據的研究及應用引發了社會的廣泛關注。利用傳感器等技術采集農作物各個環節的信息數據，通過 5G 網絡上傳到云端服務器，運用大數據等先進技術對采集到的海量數據進行分析處理，進而提供精準的農資配方、智能的管理決策，達到農業增產、農民增收的目的[1-2]。

5G技術低延遲高速率縮短了農作物各項數據獲取的時間，降低了對農作物各個環節數據把控和分析的難度。目前不少地區的溫室大棚已經引進各種智能化管理手段，比如各種監控探頭、溫濕度傳感器、環境監控系統等。當5G網絡鋪開后，這種智能化管理水平將會上升到一個新臺階，智能化監測+智能化分析+自動操作+百萬連接的5G網絡支撐，5G時代的農場、農田將會空無一人，卻又“處處是人”。

3.2 農用機械的“無人駕駛”

利用5G超高可靠性低時延的特征，“無人駕駛”及時可以在農田里、土地里得到廣泛的應用。城市街道、高速路上的無人駕駛雖然也是一個很好的方向，但是一旦出現誤差就可能造成比較嚴重的后果；但是在農村地區，無人駕駛的拖拉機、挖土機在農場農田里跑，有點偏差，影響不比城區大。并且通過5G技術，農用機械在正常工作的同時將周圍的作物影像資料進行記錄，用于農業大數據的精準分析和管理。未來五一勞動節可能就是大家看機器勞動了。在這大膽猜測，未來“無人駕駛”的應用，農村地區不會比城市地區差。

3.3 “智慧農業”平臺的應用

依托5G技術，構建“智慧農業”一體化管理平臺，平臺下設各類功能板塊如智能化種植養殖體系、耕地質量監測系統、自然災害和病蟲害監測系統、農產品溯源體系等。

農民可通過這類平臺，掌握農場、農田的所有信息，農場主能第一時間掌握牲畜的育種、飼養、生長、營養、疫情等情況，還加強農業機器人對牲畜的喂養、擠奶和清洗等示范性的應用[3]。

另一方面，農產品進入市場后，各級買家賣家均可通過平臺的產品溯源板塊，查詢產品從種植到拿到自己手上整個過程所有的產品參數、工藝過程、行業標準、國家標準等。

這樣一來，轉變了農產品的消費市場，改變了消費者的購買方式，不僅能夠提高農產品的質量，而且還能夠給消費者帶來更加良好的購物體驗[4-5]。

4 結束語

現階段，全世界5G建設正在如火如荼地進行中，5G本身的標準和技術指標也在不斷地完善中，5G在農村的建設和應用還有一段不短的路需要走。綜合來看，與5G的結合是農業發展需要努力的方向，5G技術在今后的農業發展中有著廣闊的應用，隨著“智慧城市”“智慧小鎮”逐漸走入人們的視線，“智慧農村”“智慧農業”也必將邁入歷史舞臺。