基于5G通信技术的发展探析

【摘要】进入新世纪以来，我国的计算机技术和通信技术都有了飞速发展，并已取得了较为显著的成果。而作为在未来一段时间较为核心的无线通信技术，正依据人们越来越高的要求而被进一步开发利用。本文首先概述了各种无线通信技术工作原理，并且探讨了无线通信技术发展的趋势和未来应用的场景，最后结合上述论述提出了相应的发展方向，以期对5G通信技术的更好应用提供帮助。

【关键词】5G通信技术；无线网络；5G应用场景

随着经济各方面的发展，以4G为代表的通信技术已经被广泛地应用到普通百姓的生活中，又进一步促进了人们生活的改善。然而，随着计算机与无线通信技术之间的交流与融合，以及应用场景越来越丰富，4G通信技术发展的一些瓶颈问题也逐步显现。未来海量IOT设备的并发连接，将推动5G通信技术的快速普。同时，5G通信技术的普及也将催生新的市场需求，反过来继续推动5G通信技术的快速发展，从而快速改变广大百姓的生活。

1无线网络通信技术

1.1WPAN/WLAN/WMAN通信技术。由于WPAN通信技术具有服务区域较小的特点，所以在实际应用中常常被用来弥补电缆长度不足的问题，从而构筑无线网络，使得网络畅通。对于WLAN通信技术来说，根据其在实际工作中应用形式，可以分为自组织网络和基础结构模式。两者的根本不同来自于其的拓扑结构，自组织网络中包含的是基本服务集拓扑结构，而基础结构是扩展服务集的拓扑结构。而对于无线终端的联系上面，自组织网络则是无规律的随意联系，而构成联通的网络，与此不同的是，基础结构模式则是通过访问节点进行联通。除此之外，由于WLAN通信技术受到环境影响，通信范围扩大等等各方面的限制，不能够满足越来越丰富的客户需求，为此开发了如WiMAX，Mesh的新技术。1.2GSM/GPRS通信技术。GSM有一定的优势，如通信网络覆盖区域大，操作成本低廉以及实际应用中表现出较强的可靠性，在一定时期得到了广泛的应用。然而，其自身也存在一些不可避免的缺点，如实时的通信服务较差，尤其是有数量较大的数据需要传送的时候，需要更长的时间。由此，在GSM的基础上，GPRS利用了前者的无线调制标准、突发结构等形成一种新的无线数据传输系统。GPRS通信技术的创新在于，摒弃了原来的电路交换方式，而是采用端到端分组转移模式。1.33G通信技术。3G通信技术是2G通信技术的大跨步发展，不但提高传输能力，同时，对于不同网络间无缝漫游技术的突破，使得可以为更多的不同媒体提供更为全面的服务，也为移动端客户带来更多便利。除此之外，3G技术从网络接入方面，网络区域，客户应用区域以及可观察、可调整等方面比较全面的考虑了网络安全。1.44G通信技术。TD-LTE是基于TD-SCDMA的帧结构进行改进的新型时分双工技术（TDD）版本的LTE技术。与以往的通信技术相比，最大的突破在于物理层面的连接传输技术有很大程度的改善。同时，4G通信技术最大的特点在于，能够促进网络共融，从而提高传输效率，满足客户的多种需求。因此，对于4G通信技术来说，网络安全问题就面临更为严峻的挑战。1.55G通信技术。5G是4G、3G和2G系统后的延伸。5G的增强型移动宽带（eMBB），超可靠低时延（uRLLC），海量机器类通信（mMTC）是其技术的三个根本性特点。5G网络的主要优势在于数据传输速率高，最高可达10Gbit/s，比4GLTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟，低于1ms。由于数据传输更快，5G网络将不仅为手机提供服务，而且还将成为办公网络和家庭提供商。

25G部署已势在必行

从1G到4G，信息的传输率为每增加一代，速率增加一或两个数量级，通信从打电话变为互联网传递数据，实现了移动通信和互联网的结合。从1G到2G，再到3G，每次技术的变革都发生了革命性的变化。但3G再往4G改进时，传输效率已接近极限值，因此，想要突破就只能集中在增加通信的带宽，以及减少通信的路径中的节点上。目前的4G技术没有进一步升级的可能，因此5G势在必行。到了5G时代，5G和IoT相辅相成，成为一个整体，共同促进技术的进步和市场的发展。2.14G技术发展的瓶颈。我们都可能遇到过参加大型活动，现场几万人在一起，无论是WiFi还是4G都上不了网，这是因为信息的流通量突破了网络的带宽。再比如，无线上网设备数量同时增加几十到一百倍，4G带宽和并发能力就不够了。但5G技术的普及就能解决相应得情况。4G在理论上每平方公里最多能够支持10万个设备。但未来IoT的规模据最保守估计将达到500亿个，显然4G技术是无法满足的。2.2新的技术发展必然带动或创造新的市场需求。20世纪50年代，AmericanAirlines率先开展了计算机飞机订票处理，这使整个行业非常不解，为什么要花费大量的金钱引进计算机这个巨大且笨重且劳民伤财的东西。但仅一年后，所有欧美的航空公司都采用了计算机订票，因为不采用该技术，就根本无法竞争，随之新的市场需求也应运而生。3G技术发展初期就曾被认为是伪需求，大家认为普通人接打电话、收发短信就可以满足日常需求了。因此，虽然20世纪90年代高通公司就开发出了3G技术，但却找不到合适的应用；日本的KDDI公司针对音乐下载这一2G无法满足的痛点，在2003年开展了3G商用，但由于配套产业以及配套应用不成熟，因此一直没有取得商用上的突破。今天，我们都知道，后来随着低功耗处理器、大容量电池、安卓系统、3G手机普及，出现了基于移动终端的各种应用的发展，使3G的商用进入了崭新的时代。同样的，4G推广初期也被不少人认为是过度超前，没有需求。但随着4G网络的快速覆盖，共享单车、抖音、快手、支付宝及微信二维码消费等应用和新的消费方式被激发出来，给普通人的生活和消费方式带来了翻天覆地的变化。2.35G是技术和商业发展到今天的需要。5G当今所处的时间点其实和当初3G标准刚诞生时非常相似。反对5G的人认为5G是概念炒作，是空中楼阁。但是，如果回顾一下历史，我们就会发现互联网上的大量应用是在互联网普及后出现的，智能手机上的大量App也是在移动互联网普及后出现的，因此，随着5G本身的普及，这些应用会在瞬间涌现出来。从历史上看，技术成熟是可以创造出很多想不到的市场。而且，技术发展有时要比想象快很多，例如第一台商用计算机1952年诞生到基于计算机的飞机订票系统1959年应用，时间间隔为7年。而从3G服务2003年推出到移动互联网2007年，时间间隔为4、5年。那么按照这个规律推断，5G的普及以及大量应用的出现时间应该不会太长，时间有可能会是4、5年。这样可以较快地收回成本，并像滚雪球似的推动产业的快速发展。

35G通信未来应用场景分析

3.15G的市场规模。5G时代将会是一个网络大融合时代，互联网行业和通信行业将会融合为新的大产业。因此，5G的市场规模将会是未来新的大市场规模减去当今的这两个市场规模的总和。2018年全世界互联网产业的收入大约为四千亿美元，电信产业的收入接近四万亿美元，将来5G和IoT普及之后，市场规模到2030年预计会在今天互联网和电信市场规模的基础上增长一倍，达到八万亿美元以上。到了5G时代，用户家里的互联网和移动互联网将有可能合二为一。通信运营商和计算机企业将整合自身的技术力量提供新的增值类服务。3.25G应用场景分析。未来，5G的应用将会涵盖高速网络应用（VR/AR）、移动大数据、IoT（物联网）、AI、（人或物的）跟踪、实时服务、商业系统升级、节能、高可靠性网络应用等多个方面。第一方面，高速网络的应用。在5G时代，一个小区里同时用5G看视频是很正常的。5G的高速度还将解决VR受网速限制的障碍，给VR普及带来了希望。未来5G业务应用中将包括面向公众用户（2C）的VR/AR游戏、VR/AR远程教育、VR/AR智慧导盲等，面向行业应用（2B）的高清视频/AR实时会诊与指导、VR/AR远程检修等。中国联通在高速网络的应用方面也迈出了坚实的脚步。2019年中国联通为中央电视台规划和建设基于5G的新媒体采集、制作、编播、传输和播放的端到端业务平台，打造标杆式的新媒体5G传输及业务示范项目。成功实现了我国首次极寒环境下的5G网络4K/8K传输测试和5G网络VR实时制作传输测试。2019年完成了江西春晚VR直播，打造了全球电视史上第一台基于5G网络的超清全景VR春晚。第二方面，移动大数据。5G时代，物联网迅速崛起，大数据所承载的业务形式更加复杂多样，数据规模呈现爆炸式增长，海量数据以及其中蕴含的商业价值是大数据产业的核心财富，利用大数据技术实现数据价值化将是大数据概念落地的重要方向。中国联通2019年打造了5G+智慧大教育产业生态圈，正在逐步衍生轻量化的终端、智能云计算平台及精彩、丰富的教育资源内容，产品将涵盖幼儿教育、K12教育、高校、职教、成人教育等细分市场。通过5G+智能教育+大数据应用，面向智能教育多个应用场景，推动教育信息化变革，打造可感知、可分析、可控制的新兴智能校园学习环境，现已在武汉携手华中师大“5G+智能教育”行业应用，并在广东实验中学全国首个5G+教育教学应用落地。第三方面，IoT（物联网）。随着物联网发展，未来有越来越多的应用需要更高的实时性。这些应用，数据传输频率可能是毫秒级别的。时延降低、移动性增强带来的数据互通面会像太平洋一样广阔，海量的连接数会带来对带宽的极高要求，而5G能在很大程度上解决这些问题。中国联通、中国电信正在打造的智能家庭，通过5G与IoT结合，逐步打造以家庭通信、安防、智能控制、智能生活、云存储等为基础的智慧生活体验环境。第四方面，AI人工智能。对人工智能而言，5G为其实现了资源突破，增加了算力提升需求，解决了传输带宽和速率困境。云端联系将更加亲密化，通过5G连接更多的设备，将周边情景信息传递到AI设备，使AI能够沉浸在情境中训练、判断。强大的数据传输速率和极低的延迟，能够帮助终端设备端到端的全面链接，短数据处理能力提高。相应的，AI处理路径得到缩短，延时无限趋近于零。第五方面，跟踪技术。例如可穿戴式设备减少了运动员受伤的机会，而其它一些辅助工具则使训练能够更有效。例如高尔夫选手老虎伍兹在时隔14年后，再次获得大师赛冠军，智能设备及跟踪技术发挥了重要的辅助作用。美国NBA使用的SportVU，能够识别球员，并跟踪每一个球员的表现，记录传球配合的准确率，过人的效率和投篮的命中率等。我们城市里的安防摄像头不仅能识别人，还能跟踪人的踪迹，将成为未来城市、景区管理及治安防控的有效工具。第六方面，实时服务。车联网是实时服务非常好的应用案例。今天虽然我们可以从手机地图服务中了解交通路况信息，但是因为有延时，而且我们不知道其他人的意图，常常是大家都在一个红色的拥堵道路上，看到旁边一条绿色的车道，都抢过去，结果是走到哪里堵。这其实是我们今天移动互联网中缺乏实时服务的结果。实时的服务需要的是让周围的汽车能相互通信，彼此知道对方的意图。中国联通已与一汽、北汽、宝马、BAT等合作伙伴积极开展合作，在柳州基本实现5G环境下的智能泊车，在厦门实现基于5G的智能BRT，联合交通部在常州建立封闭测试园区，打造基于V2X和5G网络的车路协同，致力于自动驾驶业务验证。第七方面，商业系统升级。比如今天的收银机要么需要连线或需要连WiFi，但有了5G之后，就可以完全利用移动互联网通信了。此外，无售货员商店的自动售货，带有RFID标签的商品经过扫描器，都可以用到5G技术。第八方面，节能（智能家居的）。智能家居想要达到的是信息的自动捕捉和调节。5G时代，人们更加注重智能设备的自我感知。智能家居将不再是被动地接受用户的控制，而是主动地去响应、感知环境，并做出相应的反应。例如感知室内的空气湿度、温度、质量以及光照强度、声音强度等环境参数，并对这些参数进行分析，然后自动地联动相关设备。第九方面，可靠性网络。由于未来5G的网络覆盖性会更好，不太容易出现掉线的情况，加上加密技术的改进，安全性也会提高，因此像今天通过有线联网才敢做的事情，如金融交易、远程手术等将是5G网络环境下的常态操作。中国联通正在积极探索5G在智慧医院、远程医疗、智慧养老以及消费健康等众多场景的应用。通过5G网络特性，全方位提升医患服务，助力急救、临床诊疗、医学受教、分级诊疗、医院管理等领域。现已形成基于5G的医疗整体解决方案，并着力构建基于5G的医疗“无线专网”、医疗边缘云与私有云结合的混合云平台，提供产品丰富的医疗聚合行业产品。中国联通率先在福建孟超医院完成了全球首例基于5G的远程手术、在青岛阜外医院完成首例基于5G的跨国心血管手术直播，北京清华长庚医院董家鸿院士完成首例基于5G的远程术前协同规划与术中指导，并在多家三甲医院合作开展基于5G的智慧医院建设。

4结语

随着5G技术的快速普及应用，大量的应用场景及市场需求将应运而生。同时，新的市场需求也将反向推动5G通信技术的快速演进，从而快速改变广大百姓的生活。作为新时代的互联网和通信工作者，需要携起手来共同推动5G及IoT的快速发展，为国家科技竞争力的提升贡献力量。

参考文献

[1]高飞，平立.浅谈4G无线网络安全[J].科技资讯，2010（4）：17.

[2]吴军.浪潮之巅.北京：人民邮电出版社，2016.

作者:姚伟 单位:中国联合网络通信有限公司河北省分公司市场部