張惠琴 李少波 李浩 朱俊達(dá)

5G是最新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)，目前已基本完成標(biāo)準(zhǔn)化和關(guān)鍵技術(shù)研究。本文主要介紹了5G的技術(shù)發(fā)展歷程和各國(guó)對(duì)5G的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況包括AR/VR、無(wú)限醫(yī)療、政府政務(wù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，5G將成為未來(lái)發(fā)展的主流。它將應(yīng)用于工商業(yè)與日常生活等方面。它與目前的移動(dòng)通信技術(shù)相比，具有帶寬更高、延時(shí)更低和連接更多等特性。此外它將深度融合人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化進(jìn)行全面升級(jí)，目前是全球范圍的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

歷程及現(xiàn)狀

從1980年1G的出現(xiàn)到1990年2G的使用，從2000年3G的進(jìn)步和后期3.5G移動(dòng)寬帶再到2012年4G的普及，移動(dòng)通信主要的應(yīng)用范圍從單一的音頻到現(xiàn)在短信、視頻、互聯(lián)網(wǎng)和智能家具等都得到廣泛應(yīng)用。

在頻譜分配方面，美國(guó)目前在分配給5G的低頻段和高頻段頻譜數(shù)量方面居世界領(lǐng)先地位。由于分配的低頻段頻譜為716 MHz，雖然速度較慢，但距離較遠(yuǎn)。對(duì)于毫米波高頻頻譜，美國(guó)已經(jīng)分配了2 500 MHz的短距離高速頻率。但美國(guó)在分配中間波段頻譜方面處于最底層。

優(yōu)缺點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：容量更大、連接支持更多、速度更快且延遲更低。首先，它的數(shù)據(jù)傳輸速率相比于之前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)要高出很多，最高可達(dá)10 Gbit/s。其次，低于1 ms的網(wǎng)絡(luò)延遲，使其有更快地響應(yīng)時(shí)間。它的峰值速率可以達(dá)到Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)，大數(shù)據(jù)量的傳輸可以滿足高清視頻、VR/AR等。網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延可以滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等實(shí)時(shí)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)容量足以提供千億臺(tái)設(shè)備的連接，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。頻譜效率有較高提升，此外，5G可以更好地支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，20 %的5G網(wǎng)絡(luò)可能將為人和人提供服務(wù)，而80 %將用于物和物的通信。

5G網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)：首先，5G的發(fā)展離不開(kāi)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，并且需要更深更廣的探索。其次，5G覆蓋面積不好，主要是因?yàn)槟壳敖ㄔO(shè)的5G頻段都是高頻，而頻率和覆蓋面積成反比，因此需要建立更多的基站。第三，5G的頻段太雜亂，支持毫米波后，每個(gè)國(guó)家都會(huì)根據(jù)自己的情況分配頻段，因此芯片廠商需要支持全球絕大多數(shù)國(guó)家的頻段，天線和射頻是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

各領(lǐng)域應(yīng)用情況

無(wú)線醫(yī)療

在醫(yī)療發(fā)面，5G起到了領(lǐng)頭作用。5G在不同的醫(yī)療場(chǎng)景發(fā)揮不同的作用，主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程操控等方面。我國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)和醫(yī)院的共同努力下，成功完成了首例基于5G的遠(yuǎn)程帕金森病“腦起搏器”植入手術(shù)。主治醫(yī)師利用5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作手術(shù)3個(gè)小時(shí)，期間沒(méi)有病人遠(yuǎn)在3 000公里外的感覺(jué)。此外，5G的高帶寬可以應(yīng)用在影像診斷結(jié)果、生命體征數(shù)據(jù)和生化血液分析結(jié)果等資料的高速傳輸上，可更好地滿足實(shí)時(shí)性的需要。

政府政務(wù)

5G時(shí)代，數(shù)據(jù)融合的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，協(xié)同政務(wù)將出現(xiàn)新的突破。我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)痛點(diǎn)是營(yíng)商環(huán)境，隨著5G時(shí)代的到來(lái)，智慧政務(wù)將進(jìn)一步促進(jìn)服務(wù)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步改善營(yíng)商環(huán)境，充分應(yīng)用人工智能，將服務(wù)方式由高增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量。5G時(shí)代將實(shí)現(xiàn)，VR政務(wù)大廳、首席服務(wù)官、遠(yuǎn)程辦事和移動(dòng)審批等。未來(lái)的5G智慧政務(wù)大廳，將是一個(gè)“數(shù)字生物體”，大廳的智能攝像頭將會(huì)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)記，并把用戶(hù)的身份信息和提交材料等信息傳遞給中心平臺(tái)，系統(tǒng)根據(jù)辦事量和人流密度智能調(diào)整并匹配相應(yīng)窗口。

安全

由于5G將要面對(duì)的是更開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)鏈接、更深度的計(jì)算設(shè)備，以及更復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。各種潛在的、對(duì)個(gè)人信息的攻擊隨時(shí)都可能出現(xiàn)，因此，5G安全問(wèn)題就至關(guān)重要。

5G將面對(duì)多方面的安全挑戰(zhàn)，包括核心網(wǎng)技術(shù)、低時(shí)延業(yè)務(wù)、大連接業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、偽基站問(wèn)題和用戶(hù)位置隱私保護(hù)等?，F(xiàn)階段，5G的安全特性主要表現(xiàn)在增強(qiáng)了對(duì)用戶(hù)唯一標(biāo)志符的隱私保護(hù)，增強(qiáng)了歸屬地網(wǎng)絡(luò)控制力，極大降低了漫游區(qū)欺騙風(fēng)險(xiǎn)，按需提供數(shù)據(jù)加密，擴(kuò)大了對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)的保護(hù)面，增強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)商之間連接的安全性，選擇性拒絕終端接入，提升物聯(lián)網(wǎng)抵御DDoS攻擊的能力，冗余傳輸安全的新方案能夠有效兼顧低時(shí)延業(yè)務(wù)的可靠性和安全性。

綜上所述，5G移動(dòng)通信技術(shù)可以顯著提高通信效率和質(zhì)量。由于對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)速率的要求不斷提高，5G技術(shù)的應(yīng)用必須進(jìn)行規(guī)范，減少網(wǎng)絡(luò)的資源消耗，使網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性得到提升。