5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀及痛點問題分析

馬傳項

中郵建技術(shù)有限公司

0 引言

4G 改變生活，5G 改變社會。作為新一代移動通信技術(shù)，5G 是信息通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要一環(huán)。5G 憑借“超高速率、超低時延、超大連接”的技術(shù)優(yōu)勢，能夠帶來更好的上網(wǎng)體驗，賦予萬物互聯(lián)的能力，從“3G 突破”到“4G 同步”再走向“5G 引領(lǐng)”，5G 是中國通信技術(shù)第一次真正意義上站在了世界通信產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先者隊伍。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

5G 網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，提供更低的延遲和更高的帶寬，為各種應(yīng)用場景提供更好的服務(wù)。目前，5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在全球范圍內(nèi)加速推進(jìn)，5G 網(wǎng)絡(luò)的商用已在多個國家和地區(qū)展開。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)部署的快速推進(jìn)，5G 正在從規(guī)模商用期躍升到高速發(fā)展期。但在全球范圍內(nèi)，5G 發(fā)展極不均衡，國內(nèi)5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模遙遙領(lǐng)先。

隨著工業(yè)4.0 時代的到來，對于專網(wǎng)通信的要求越來越高，工業(yè)自動化和智能化也在不斷推進(jìn)。5G 的低時延、高速率、廣連接的特性，讓其在專網(wǎng)通訊行業(yè)被普遍看好。我國已有序開展5G 專網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用的推進(jìn)工作。針對不同客戶的需求，三大運(yùn)營商的5G 專網(wǎng)業(yè)務(wù)采取了不同的服務(wù)方式。根據(jù)2023 年1 月工信部發(fā)布的《2022 年通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況》報告，截至2022 年12 月底，國內(nèi)三大運(yùn)營商已經(jīng)建設(shè)5G 專網(wǎng)10541 個，覆蓋鋼鐵、采礦、電力、教育、文旅、醫(yī)療、港口等30 多個細(xì)分行業(yè)。

2 當(dāng)前5G 網(wǎng)絡(luò)痛點

5G 相較于4G 主要優(yōu)勢之一是對ToB 業(yè)務(wù)的支撐，而且5G 業(yè)績增長點也依賴于ToB 業(yè)務(wù)的拓展。但是目前5G 網(wǎng)絡(luò)還不能很好地解決ToB 業(yè)務(wù)的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，譬如：低時延、低抖動、高可靠、上行高速率等，解決方案的成本還比較高，導(dǎo)致推廣受阻。5G 技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，依然存在一些痛點問題亟需解決。

2.1 上行速率性能無明顯優(yōu)勢

5G 采用更先進(jìn)的空口技術(shù)來提高速率，包括：大帶寬、高階調(diào)制與Massive MIMO 等，下行速率有明顯提升，但是上行速率提升有限，無明顯優(yōu)勢。以中國聯(lián)通為例，表1 是統(tǒng)計的4G/5G 網(wǎng)絡(luò)不同頻段和帶寬平均上下行速率。5G 網(wǎng)絡(luò)下行速率優(yōu)勢明顯，但是上行速率基本沒有優(yōu)勢，即使在100MHz 帶寬配置方面，相比20MHz 帶寬上行速率也僅僅略高一點。

表1 4G/5G 各頻段上下行速率對比

常見上行速率要求較高的業(yè)務(wù)包括：

（1）視頻直播

視頻直播需要不斷上傳視頻數(shù)據(jù)，因此對上行速率要求較高。在高清、4K 甚至8K 視頻直播中，需要更大的帶寬和更快的上行速率，以保證傳輸?shù)馁|(zhì)量和流暢度。

（2）視頻會議

視頻會議需要不斷上傳視頻和音頻數(shù)據(jù)，因此也對上行速率有較高的要求。如果上行速率不夠，可能會導(dǎo)致視頻和音頻出現(xiàn)卡頓、延遲等問題，影響會議的效果。

（3）在線游戲

在線游戲需要實時傳輸游戲狀態(tài)和操作指令，因此對上行速率要求較高，這可以確保游戲的流暢性和反應(yīng)時間，避免游戲中出現(xiàn)卡頓或延遲等問題。

（4）云端數(shù)據(jù)備份

云端數(shù)據(jù)備份需要將本地數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，因此對上行速率也有一定的要求。如果上行速率不夠高，備份的過程可能會顯得很緩慢，也可能導(dǎo)致備份失敗。

（5）大規(guī)模文件上傳

大規(guī)模文件上傳需要上傳大量的數(shù)據(jù)，對上行速率的要求也相應(yīng)較高。例如，上傳高像素的照片或視頻，需要更高的上行速率來保證上傳的質(zhì)量和速度。

上行速率要求較高的業(yè)務(wù)通常需要較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和較快的上行速率，才能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿承院退俣龋谝陨蠋讉€場景中5G 網(wǎng)絡(luò)并沒有太明顯的優(yōu)勢。

2.2 基站運(yùn)行能耗高

從2019 年某運(yùn)營商的實測結(jié)果來看，5G 單站耗電量是4G 單站耗電量的2.5-3.5 倍左右。目前5G 基站100%業(yè)務(wù)負(fù)荷功率為3700W 左右，4G 基站滿載功率為1000W 左右。

5G網(wǎng)絡(luò)的能源消耗主要包括四個部分：基站、傳輸、電源、機(jī)房空調(diào)。

（1）主設(shè)備：基站設(shè)備包含基帶單元（BBU）和射頻單元（5G AAU）所有設(shè)備里的耗電大戶。射頻單元包括功放、小信號處理及中頻模塊，功放是其中最關(guān)鍵的耗能器件，且負(fù)荷越高功放的耗能占比越高。

（2）信號傳輸：無線設(shè)備的功耗負(fù)荷產(chǎn)生的其中一個原因是無線基站布點不合理。無線基站布局規(guī)劃時，常常會受到環(huán)境因素及人為因素的干擾，造成選址困難，但是為了全面覆蓋，在實際生活中基站的建設(shè)數(shù)量比規(guī)劃的數(shù)量要多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量成倍增加，進(jìn)而使設(shè)備總體能耗增大。

（3）電源：5G 基站供電系統(tǒng)有兩大主流，一是UPS（uninterruptable power system，不間斷電源）供電系統(tǒng)，二是HVDC（high-voltage direct current，高壓直流）供電系統(tǒng)。

（4）基站機(jī)房空調(diào)：基站大多處于封閉狀態(tài)，設(shè)備長期不間斷工作，機(jī)房內(nèi)溫度升高，需要配置空調(diào)降溫，空調(diào)的制冷量增加能耗。

5G 基站能耗高主要由以下因素導(dǎo)致：

（1）更高的帶寬和更低的延遲：5G 網(wǎng)絡(luò)比4G 網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬和更低的延遲，這意味著5G 基站需要更多的計算和通信資源。為了滿足這些要求，5G 基站的處理器和通信芯片需要更高的功率和更強(qiáng)的電源供應(yīng)。

（2）采用的頻段更高：5G 基站使用更高頻率的信號，這些信號比較容易被障礙物阻擋，因此需要更多的信號轉(zhuǎn)發(fā)和中繼設(shè)備來保證覆蓋范圍。

（3）基站數(shù)量的增加：5G 基站數(shù)量的增加也會導(dǎo)致能耗的增加。在相同面積內(nèi)，5G 基站數(shù)量比4G 基站數(shù)量更多，因此需要更多的能源來支持其運(yùn)行。

（4）天線的增加：5G 基站需要更多的天線來支持更多的頻段，這也會導(dǎo)致能耗的增加。

（5）高負(fù)荷工作：為了保證連接速度和傳輸速率，5G 基站需要在高負(fù)荷下工作。這些基站需要持續(xù)不斷地處理和傳輸大量的數(shù)據(jù)，這使得它們的能耗非常高。

因此，5G 基站能耗高是由多種因素共同導(dǎo)致的。未來，我們可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、提高信號傳輸效率、采用新型能源技術(shù)等措施來降低5G 基站的能耗。

針對5G 網(wǎng)絡(luò)能耗過高的問題，可以采用以下幾種方案：

（1）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)和信號中繼設(shè)備的數(shù)量，降低信令交換頻率和傳輸距離。

（2）發(fā)展新型能源技術(shù)：推廣可再生能源，研發(fā)更高效的電池，研究新型能源技術(shù)，提高能源利用效率，并為5G 網(wǎng)絡(luò)提供更可靠的能源保障。

（3）引入人工智能技術(shù)：協(xié)同網(wǎng)絡(luò)資源管理，減少不必要的功耗浪費，提高網(wǎng)絡(luò)能耗效率。

（4）設(shè)計低功耗終端設(shè)備：設(shè)計更加節(jié)能的終端設(shè)備，減少終端設(shè)備在數(shù)據(jù)處理、信令交換等方面的功耗。

（5）引入智能超表面技術(shù)：智能超表面可以改變反射波的波束方向，通過對多個單元的分布和控制可實現(xiàn)對電磁波的反射和散射的高度精確控制。具有低成本、低功耗、易部署、高可靠、可編程五大優(yōu)勢。

以華為PowerStar2.0 智慧節(jié)能方案為例，在正常業(yè)務(wù)量下實測，5G 單模站點平均每天節(jié)能比例為24.83%，4G/5G 雙模站點平均每天節(jié)能比例為12.26%（數(shù)據(jù)來源：華為官網(wǎng)，2021）。相信在未來隨著技術(shù)和器件的不斷研發(fā)，5G 基站的能耗將進(jìn)一步降低。

2.3 基站建設(shè)成本高

與4G 相比，5G 的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本更高。需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施投資，包括天線、基站、光纖傳輸?shù)取?/p>

2.4 廣覆蓋與深度覆蓋不足

5G 基站的覆蓋范圍一般只有500 米左右，約為4G 的1/4。由于無線信號頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越短，所以5G 要達(dá)到與4G 同樣的覆蓋效果，需要建設(shè)更多的基站。同時，考慮到5G 被應(yīng)用于VR/AR 等高帶寬業(yè)務(wù)，要求網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到100M 甚至更高，業(yè)務(wù)熱點區(qū)域的密集組網(wǎng)將是解決容量需求的主要手段，因此相比原4G 組網(wǎng)，整體的站點規(guī)模將提升2～4 倍。

覆蓋是保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基礎(chǔ)，目前5G 基站密度不足，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在短板，特別是深度覆蓋尤為不足，無法做到無縫覆蓋。室內(nèi)、地下室等場景，覆蓋明顯不如4G 網(wǎng)絡(luò)。深度覆蓋不足是移動通信的固有頑疾。為達(dá)到無縫覆蓋，就需增加站點數(shù)量，增加投入。

2.5 超密集組網(wǎng)加大站址選取難度

高頻段5G 基站的數(shù)量要比4G 基站的數(shù)量大得多，需要大量的新站址資源，站址的選擇也成了一大難題。目前三大運(yùn)營商2G/3G/4G 多種資源同時運(yùn)營，現(xiàn)有部分樓面站址資源也因業(yè)主協(xié)調(diào)等因素面臨無法利用的局面。考慮到共建共享，大部分桿塔的天面資源已經(jīng)用完，勢必會引入大量新站址建設(shè)以彌補(bǔ)覆蓋的空洞。4G/5G 新址站比例見表2。

表2 4G/5G 新址站建設(shè)比例

從表2 可以看出，規(guī)劃3000 站點，5G 新址站點是4G 的3 倍多，這無疑是對選址提出更高要求的巨大挑戰(zhàn)。

2.6 5G ToB 業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢

5G ToB（面向企業(yè)客戶的5G 應(yīng)用）業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢的原因主要有以下幾個方面：

（1）技術(shù)難度大。5G 技術(shù)在部署和應(yīng)用方面的技術(shù)難度較高，目前的5G 網(wǎng)絡(luò)還不足以支撐。需要有專業(yè)的人員進(jìn)行設(shè)計和實施，缺乏相關(guān)的技術(shù)和經(jīng)驗會影響5G 應(yīng)用的推廣和應(yīng)用。

（2）企業(yè)需求不明確。由于5G 技術(shù)本身的革新性和創(chuàng)新性，企業(yè)對于5G 應(yīng)用的需求和場景并不十分清晰，這也影響了ToB 業(yè)務(wù)的開發(fā)和推廣。

（3）實際應(yīng)用受限。目前ToB 業(yè)務(wù)的實際應(yīng)用范圍還受到限制，由于5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)尚未覆蓋所有地區(qū)，且5G 終端設(shè)備較為昂貴，使得企業(yè)無法快速地進(jìn)行5G 應(yīng)用的部署和推廣。

（4）生態(tài)環(huán)境不完善。ToB 業(yè)務(wù)需要與其他相關(guān)行業(yè)進(jìn)行深入合作，共同構(gòu)建完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，但目前相關(guān)生態(tài)環(huán)境仍處于初級階段，缺乏強(qiáng)有力的合作伙伴支持。

（5）成本較高。ToB 業(yè)務(wù)的應(yīng)用成本較高，5G 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要投入大量資金，同時5G 終端設(shè)備價格也較高。企業(yè)如果想要快速、廣泛地使用5G技術(shù)，需要承擔(dān)較高的成本壓力。

以上是目前5G ToB 業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢的主要原因，需要政府、企業(yè)和社會各方共同努力，逐步解決這些問題，推動5G ToB業(yè)務(wù)的穩(wěn)健發(fā)展。

2.7 缺少殺手級應(yīng)用

業(yè)務(wù)多元化程度不夠高。目前5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在視頻、游戲等領(lǐng)域，還沒有涉及到更多的業(yè)務(wù)場景，沒有形成多元化的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，這也影響了用戶的使用興趣。

3G 時代成就了微信、支付寶，4G 時代讓短視頻火遍大江南北，5G 目前似乎并未帶來顛覆性體驗。5G 面向消費者的業(yè)務(wù)依然是運(yùn)營商收入的壓艙石，但是不足以支撐如此龐大的建設(shè)投入。目前5G 僅商用了eMMB 場景，還未找到業(yè)務(wù)新增長點，缺少行業(yè)殺手級應(yīng)用推廣。5G 專網(wǎng)本應(yīng)成為業(yè)務(wù)增長點，但是目前垂直行業(yè)應(yīng)用并不順利，性能不理想，而且成本居高不下。

當(dāng)前，我國5G 應(yīng)用發(fā)展仍面臨不小挑戰(zhàn)，個人應(yīng)用存在用戶感知度不強(qiáng)、應(yīng)用內(nèi)容少、性價比低等問題，行業(yè)應(yīng)用存在部分行業(yè)企業(yè)應(yīng)用5G 動力不足、行業(yè)需求碎片化多樣化、跨行業(yè)跨領(lǐng)域協(xié)同聯(lián)動不足等問題。未來應(yīng)遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，以市場需求為導(dǎo)向，集合產(chǎn)業(yè)各方力量，加強(qiáng)技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用創(chuàng)新，構(gòu)建共生共長、完備穩(wěn)健的融合生態(tài)系統(tǒng)，穩(wěn)步提升技術(shù)產(chǎn)業(yè)供給與需求的匹配能力，推動我國5G 發(fā)展走向繁榮，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家添薪蓄力。

2.8 廣闊前景與巨大投入平衡

5G 建設(shè)的投資金額是巨大的。除了宏站投資，5G 發(fā)展還涉及大量小微基站、光傳輸、核心網(wǎng)、多接入邊緣計算等投入。預(yù)計中國5G 投資周期十年，總投資金額1.6 萬億元，5G 運(yùn)營投資額巨大。

以中國移動為例，當(dāng)前全國4G 基站數(shù)約245 萬個，按照5G 單站投資38 萬元估算，如表3 所示，建設(shè)245 萬個基站至少需要投入9310 億元，這是一個極其龐大的數(shù)字，約相當(dāng)于中國移動集團(tuán)9 年的凈利潤總和。因此，既不能因為目前5G終端及業(yè)務(wù)應(yīng)用不成熟而停下5G 建設(shè)的步伐，也不能盲目地加大5G 建設(shè)投資，以免造成投資效率低下和資源浪費。

表3 5G 單站點投資估算

3 未來5G 發(fā)展趨勢

不同于2G 萌發(fā)數(shù)據(jù)，3G 催生數(shù)據(jù)，4G 發(fā)展數(shù)據(jù)，5G是一種跨時代的技術(shù)。5G 也將開啟物聯(lián)網(wǎng)時代，滲透到各個行業(yè)，除了體驗更極致、容量更大之外，它將與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等一起，迎來黃金10 年的信息通信時代。

雖然5G 網(wǎng)絡(luò)目前存在不少痛點問題有待解決，但并不表示5G 技術(shù)不夠優(yōu)秀。5G 的未來是物聯(lián)網(wǎng)，5G 在ToB 領(lǐng)域?qū)芯薮蟮陌l(fā)展前景。

5G 網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展趨勢主要包括以下幾個方面：

（1）5G 網(wǎng)絡(luò)將逐漸普及。5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。到2025 年，全球5G 用戶將超過16 億，使用5G 設(shè)備的數(shù)量將進(jìn)一步增長，這將有助于加速5G 網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化進(jìn)程。

（2）5G 網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)更高速度。相比4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度將提高數(shù)倍。到2025 年，5G 網(wǎng)絡(luò)的平均下載速度將達(dá)到1Gbps，這將促進(jìn)各種應(yīng)用的發(fā)展。

（3）5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍將擴(kuò)大。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，更多的行業(yè)將開始應(yīng)用5G 技術(shù)，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、虛擬現(xiàn)實等。5G網(wǎng)絡(luò)將為各個行業(yè)提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的延遲和更強(qiáng)的連接性。

（4）5G 網(wǎng)絡(luò)將結(jié)合AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。未來，5G 網(wǎng)絡(luò)將與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，形成更加智能的網(wǎng)絡(luò)。這將帶來更多的創(chuàng)新和商業(yè)機(jī)會。

（5）5G 網(wǎng)絡(luò)將更加安全。在5G 網(wǎng)絡(luò)中，安全和隱私問題將成為一個重要的議題。未來，5G 網(wǎng)絡(luò)將采用更加安全的算法和協(xié)議，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全和隱私。

5G 網(wǎng)絡(luò)所改變的不僅僅是我們的生活，它就像隱形的點一樣，悄悄埋藏在我們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ魉佑|的每一個場景中。隨著5G 技術(shù)的不斷革新，這些點會以循序漸進(jìn)的方式連接成線，當(dāng)這些線編織成網(wǎng)，慢慢覆蓋了社會的方方面面的時候，才能體現(xiàn)出5G 技術(shù)的先進(jìn)。

4 結(jié)束語

雖然5G 技術(shù)目前還不夠完美，但是我們要保持耐心，保留信心。一場5G 革命進(jìn)入大眾視野，給人們的生活帶來不一樣的體驗和驚喜，同時也給整個社會帶來了巨大的改變。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景廣闊，但需要克服一系列的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)難題。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，我們相信5G 網(wǎng)絡(luò)將會成為未來通信的主流技術(shù)，為人們帶來更快、更穩(wěn)定、更便捷的服務(wù)。