姚擎云 巫受靖

中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院 江蘇 南京 210019

引言

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，擁有廣袤的農(nóng)村，農(nóng)民占比過半。2005年黨的十六屆五中全會上，“三農(nóng)”問題被正式提出來，十五年來“三農(nóng)”工作始終被放在國家發(fā)展的重要位置。2018年5G拉開序幕，2019年我國三大運(yùn)營商的5G建設(shè)工作走上正軌，到2020年上半年全國的5G基站建設(shè)工作迎來了第一波小高潮。目前看來各大運(yùn)營商均采用先覆蓋城區(qū)，再建設(shè)農(nóng)村的工作策略；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025 年）》提出，積極開展 5G 技術(shù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村中的應(yīng)用研究，建立健全 5G 引領(lǐng)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。這一切都表明了我國農(nóng)村地區(qū)的5G建設(shè)必然是國家的工作重點(diǎn)。以此為契機(jī)，本文淺談農(nóng)村地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用。

1 5G性能及應(yīng)用

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

圖1 通信行業(yè)年鑒

1.1 5G性能指標(biāo)

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

1.2 5G應(yīng)用場景

5G有三大業(yè)務(wù)場景：大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（海量機(jī)器類通信）mMTC（massive Machine Type Communications)、高可靠低時(shí)延通信uRLLC（ultra-reliable low latency communications）、增強(qiáng)移動帶寬eMBB（Enhanced Mobile Broadband)。

mMTC代表了5G時(shí)代是真正的“萬物互聯(lián)”時(shí)代，目前，在這方面比較常見的發(fā)展是NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）。以往的Wi-Fi、Zig Bee、藍(lán)牙等無線傳輸技術(shù)，屬于家庭用的小范圍技術(shù)，而5G技術(shù)在大規(guī)模連接上的應(yīng)用幾乎是藍(lán)牙的超級加強(qiáng)版，每平方公里的連接數(shù)達(dá)到了百萬級別，加之其低功耗的特點(diǎn)，可充分應(yīng)用于智能家居、可穿戴設(shè)備、智能交通、智能測量、智能監(jiān)控、智能電網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)等場景。

uRLLC具有高可靠、低時(shí)延、極高的可用性等全新特性。單向空口時(shí)延1ms，可靠性99.999%，被業(yè)界廣泛認(rèn)為可以應(yīng)用于工廠自動化、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)、設(shè)備、車聯(lián)網(wǎng)通信、遠(yuǎn)程手術(shù)等場景。比如無人駕駛等業(yè)務(wù)：3G響應(yīng)為500ms，4G為50ms，5G要求0.5ms。

eMBB以現(xiàn)在的移動寬帶業(yè)務(wù)場景為基礎(chǔ)，在用戶體驗(yàn)等性能方面做出了巨大的提升，針對大流量的移動寬帶業(yè)務(wù)，5G所帶來的直觀感受就是網(wǎng)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(yīng)用場景：云端機(jī)器人、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等。

2 5G在農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

2.1 淺析農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

截至2020年，全國的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本告一段落，接下來不會再有大規(guī)模的建設(shè)，主要以補(bǔ)盲和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為主?；仡欉^去10年的4G建設(shè)，農(nóng)村地區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施投入明顯低于城市地區(qū)，無論是無線基站的數(shù)量還是有線光纜的投入，農(nóng)村地區(qū)更側(cè)重的是“有信號就行”，而不是城市地區(qū)的“信號優(yōu)質(zhì)”。當(dāng)然這些都與城市和農(nóng)村的人流、產(chǎn)業(yè)、工業(yè)、商業(yè)等方面息息相關(guān)，4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)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(yōu)質(zhì)。最終的結(jié)果就是，4G建設(shè)工作進(jìn)行到2020年，城市地區(qū)宏站、室分、微站處處開花，4G信號地下室都飄綠；農(nóng)村地區(qū)的話普遍只在發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、一般農(nóng)村鄉(xiāng)政府所在地等區(qū)域有信號。

2.2 農(nóng)村5G建設(shè)問題分析

相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有本質(zhì)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?！叭f物互聯(lián)”需要對所有工作的“物”提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如一棵樹，比如一臺挖掘機(jī)等。那么和4G不同的是，5G的規(guī)劃思路需要改變，覆蓋目標(biāo)應(yīng)該結(jié)合農(nóng)村的規(guī)劃，將5G的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求納入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃中來。

2.2.1 5G的覆蓋距離更短。相比于4G在農(nóng)村地區(qū)五六百米甚至千米的覆蓋距離，5G由于其更高的頻率，導(dǎo)致了覆蓋距離上的縮短，農(nóng)村地區(qū)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(shí)代比較常見的一個(gè)站覆蓋多個(gè)村落的情況，在5G時(shí)代的農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中會不常見。因此，運(yùn)營商不應(yīng)該只依靠現(xiàn)有基站資源來實(shí)現(xiàn)5G的覆蓋，根據(jù)需求，該補(bǔ)點(diǎn)的需要補(bǔ)點(diǎn)；同時(shí)，做2個(gè)扇區(qū)就能解決的地方不要做3個(gè)扇區(qū)。

2.2.2 5G的投資更大。主要體現(xiàn)在基站設(shè)備、傳輸資源、配套資源、耗能等方面。目前看來，相比于4G設(shè)備，5G基站設(shè)備的成本在4G的基礎(chǔ)上翻了一倍；光纜資源的需求比4G更高，并且根據(jù)各家運(yùn)營商現(xiàn)狀來看，農(nóng)村地區(qū)4G建設(shè)時(shí)，光纜基本上是按需敷設(shè)，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(nóng)村有大量的桿塔都是3G+4G的網(wǎng)絡(luò)制式，甚至在一村一站的地方，幾家運(yùn)營商共享的情況很普遍，那么就存在現(xiàn)有桿塔無法改造的情況，需要新建桿塔；機(jī)房內(nèi)，5G整站設(shè)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(jī)柜需要替換或新增的情況，甚至需要新建機(jī)房的可能性；5G的高耗能也意味著高電費(fèi)，特別是前期建設(shè)中，在終端未普及的一大段時(shí)間內(nèi)，運(yùn)營商基本上是高投入零回收。

上面的三點(diǎn)得出一個(gè)結(jié)論：5G的覆蓋能力不如4G，但是5G的需求量比4G更大，同時(shí)5G給運(yùn)營商帶來的成本支出遠(yuǎn)超4G，并且在5G建設(shè)的初期無法得到經(jīng)濟(jì)效益的回收。這是擺在運(yùn)營商面前的難題，也是擺在我們國家5G建設(shè)道路上的一塊攔路石，因此農(nóng)村的5G建設(shè)需要多方共同努力。第一，運(yùn)營商的5G建設(shè)思路應(yīng)該由“人”到“物”，或者說由“覆蓋”到“應(yīng)用”，擺脫網(wǎng)絡(luò)只是為人服務(wù)的固有觀念，從規(guī)劃初期開始，就將農(nóng)村的5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為5G建設(shè)的重要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村的點(diǎn)覆蓋，按需覆蓋，按業(yè)務(wù)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(jīng)濟(jì)壓力不能讓運(yùn)營商獨(dú)自扛起來，比如鐵塔公司可以適當(dāng)降租，電力部門應(yīng)合理降低電費(fèi)，當(dāng)?shù)卣梢詤f(xié)調(diào)村委會對通信企業(yè)降物業(yè)租金，若是對公業(yè)主的話甚至可以協(xié)調(diào)免除部分物業(yè)租金。為了響應(yīng)國家運(yùn)營商降費(fèi)的號召，多方應(yīng)共同努力，才能讓農(nóng)村地區(qū)的5G建設(shè)工作順利開展。第三，農(nóng)村地區(qū)的5G新建站，會涉及各種審批手續(xù)，當(dāng)?shù)卣梢詢?yōu)化相關(guān)的審批流程，并且對老百姓做好5G的相關(guān)宣傳工作，為5G建設(shè)工作的順利進(jìn)行鋪平道路。

簡而言之，5G在農(nóng)村地區(qū)的建設(shè)有別于4G，運(yùn)營商需要轉(zhuǎn)變思路，多方需要加強(qiáng)協(xié)作，勇于分擔(dān)責(zé)任，共同促成5G建設(shè)工作的順利進(jìn)行。

3 5G在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用暢想

3.1 數(shù)據(jù)的采集更加方便

近年來，大數(shù)據(jù)的研究及應(yīng)用引發(fā)了社會的廣泛關(guān)注。利用傳感器等技術(shù)采集農(nóng)作物各個(gè)環(huán)節(jié)的信息數(shù)據(jù)，通過 5G 網(wǎng)絡(luò)上傳到云端服務(wù)器，運(yùn)用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)對采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而提供精準(zhǔn)的農(nóng)資配方、智能的管理決策，達(dá)到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的[1-2]。

5G技術(shù)低延遲高速率縮短了農(nóng)作物各項(xiàng)數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間，降低了對農(nóng)作物各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)把控和分析的難度。目前不少地區(qū)的溫室大棚已經(jīng)引進(jìn)各種智能化管理手段，比如各種監(jiān)控探頭、溫濕度傳感器、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等。當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)鋪開后，這種智能化管理水平將會上升到一個(gè)新臺階，智能化監(jiān)測+智能化分析+自動操作+百萬連接的5G網(wǎng)絡(luò)支撐，5G時(shí)代的農(nóng)場、農(nóng)田將會空無一人，卻又“處處是人”。

3.2 農(nóng)用機(jī)械的“無人駕駛”

利用5G超高可靠性低時(shí)延的特征，“無人駕駛”及時(shí)可以在農(nóng)田里、土地里得到廣泛的應(yīng)用。城市街道、高速路上的無人駕駛雖然也是一個(gè)很好的方向，但是一旦出現(xiàn)誤差就可能造成比較嚴(yán)重的后果；但是在農(nóng)村地區(qū)，無人駕駛的拖拉機(jī)、挖土機(jī)在農(nóng)場農(nóng)田里跑，有點(diǎn)偏差，影響不比城區(qū)大。并且通過5G技術(shù)，農(nóng)用機(jī)械在正常工作的同時(shí)將周圍的作物影像資料進(jìn)行記錄，用于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析和管理。未來五一勞動節(jié)可能就是大家看機(jī)器勞動了。在這大膽猜測，未來“無人駕駛”的應(yīng)用，農(nóng)村地區(qū)不會比城市地區(qū)差。

3.3 “智慧農(nóng)業(yè)”平臺的應(yīng)用

依托5G技術(shù)，構(gòu)建“智慧農(nóng)業(yè)”一體化管理平臺，平臺下設(shè)各類功能板塊如智能化種植養(yǎng)殖體系、耕地質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、自然災(zāi)害和病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品溯源體系等。

農(nóng)民可通過這類平臺，掌握農(nóng)場、農(nóng)田的所有信息，農(nóng)場主能第一時(shí)間掌握牲畜的育種、飼養(yǎng)、生長、營養(yǎng)、疫情等情況，還加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人對牲畜的喂養(yǎng)、擠奶和清洗等示范性的應(yīng)用[3]。

另一方面，農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入市場后，各級買家賣家均可通過平臺的產(chǎn)品溯源板塊，查詢產(chǎn)品從種植到拿到自己手上整個(gè)過程所有的產(chǎn)品參數(shù)、工藝過程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)等。

這樣一來，轉(zhuǎn)變了農(nóng)產(chǎn)品的消費(fèi)市場，改變了消費(fèi)者的購買方式，不僅能夠提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還能夠給消費(fèi)者帶來更加良好的購物體驗(yàn)[4-5]。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，全世界5G建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行中，5G本身的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)也在不斷地完善中，5G在農(nóng)村的建設(shè)和應(yīng)用還有一段不短的路需要走。綜合來看，與5G的結(jié)合是農(nóng)業(yè)發(fā)展需要努力的方向，5G技術(shù)在今后的農(nóng)業(yè)發(fā)展中有著廣闊的應(yīng)用，隨著“智慧城市”“智慧小鎮(zhèn)”逐漸走入人們的視線，“智慧農(nóng)村”“智慧農(nóng)業(yè)”也必將邁入歷史舞臺。