5G通信的應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展探討

吳俁

摘要：2013年5月13日，韓國(guó)三星電子有限公司宣布已成功開(kāi)發(fā)出第五代移動(dòng)通信技術(shù)，隨后5G進(jìn)入人們視野。中國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商于2018年獲得5G牌照。隨著5G的商用，人類(lèi)將進(jìn)入一個(gè)移動(dòng)互聯(lián)、智能感應(yīng)、大數(shù)據(jù)、智能學(xué)習(xí)等整合起來(lái)的萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代。5G的概念以及產(chǎn)生背景介紹，5G的商用產(chǎn)生的影響，5G面臨的人才稀缺，網(wǎng)絡(luò)安全，能耗劇增的實(shí)際問(wèn)題。5G之路道阻且長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：5G通訊;商業(yè)運(yùn)用;網(wǎng)絡(luò)安全;能耗高

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）02-0037-03

Abstract ：On May 13， 2013， South Korea's samsung electronics co.，ltd. announced that it had successfully developed the fifth-generation mobile communication technology， followed by 5G coming into people's vision. China's three major telecom operators were granted 5G licenses in 2018. With the commercialization of 5G， mankind will enter an era of Internet of everything integrating mobile Internet， intelligent sensing， big data and intelligent learning. Introduction to the concept and production background of 5G， the impact of 5G's commercial application， the practical problems faced by 5G， such as shortage of talents， network security and soaring energy consumption. 5G roads are slow and long.

Key words： 5G communication; commercial use; network security; high-energy consumption

1 5G含義

第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，英文名稱：5th Generation Mobile Communication System 英文縮寫(xiě)：5G。具有高速度，低延時(shí)支持海量鏈接和高速移動(dòng)的特點(diǎn)。

2 5G商用背景

5G技術(shù)近期大應(yīng)用：2013年5月13日，韓國(guó)三星電子有限公司宣布，已成功開(kāi)發(fā)第5代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的核心技術(shù)，預(yù)計(jì)于2020年開(kāi)始推向商業(yè)化。2015年5月29日，酷派首提5G新概念：終端基站化。2016年1月7日，工信部召開(kāi)“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)。2017年2月9日，國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。中國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商于2018年邁出5G商用第一步，并力爭(zhēng)在2020年實(shí)現(xiàn)5G的大規(guī)模商用。

5G技術(shù)以及其應(yīng)用已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，隨著5G技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程，需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。而這需要大量的資金投入。國(guó)家和大型國(guó)有企業(yè)將是這場(chǎng)建設(shè)的主要資金投入方。市場(chǎng)資源的需求將加大，并會(huì)產(chǎn)生一些材料的供應(yīng)商的出場(chǎng)，壯大其生產(chǎn)規(guī)模，這是一個(gè)良性循環(huán)。

3 5G技術(shù)配套環(huán)節(jié)

3.1 通信終端設(shè)備生產(chǎn)商

5G技術(shù)的應(yīng)用需要與之配套的終端使用設(shè)備。5G設(shè)備要求具有支持多種不同無(wú)線制式，并且要做到相對(duì)低成本。同是也給終端設(shè)備提出了諸如待機(jī)時(shí)間、散熱工藝和電池技術(shù)等方面相對(duì)于4G來(lái)說(shuō)更好的要求和挑戰(zhàn)。目前中國(guó)市場(chǎng)上的手機(jī)生產(chǎn)商主要是華為、小米、oppo、vivo等。電腦生產(chǎn)商有聯(lián)想等。這些企業(yè)如果能及時(shí)推出相應(yīng)功能的設(shè)備將會(huì)有助于其搶占市場(chǎng)，或者有利于產(chǎn)品市場(chǎng)份額的重新洗牌和布局。

3.2 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商

對(duì)于中國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商而言，需要加大其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，滿足大數(shù)據(jù)流量的訪問(wèn)需求。當(dāng)然這同樣需要有大量資金的投入，從而促進(jìn)相關(guān)的投資。

對(duì)于5G有兩種不同的組網(wǎng)形式，分別是SA（STANDALONE獨(dú)立組網(wǎng)）和NSA（NON-STANDALONE飛獨(dú)立組網(wǎng)）。

所謂NSA與SA的差別在于，NSA是非獨(dú)立組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用4G核心網(wǎng)發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)。而SA組網(wǎng)則是建立自己的5G核心網(wǎng)，所謂“另起爐灶建5G”。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，SA組網(wǎng)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于NSA組網(wǎng)。所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，SA組網(wǎng)一定是未來(lái)。[1]

李克強(qiáng)總理提出的“提速降費(fèi)”戰(zhàn)略和“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略正是基于5G時(shí)代的即將到來(lái)，為中國(guó)第三產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

5G時(shí)代的到來(lái)將會(huì)使信息量的井噴式增長(zhǎng)，網(wǎng)站、自媒體、移動(dòng)端app等產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，然而對(duì)于報(bào)紙，電話通信等傳統(tǒng)行業(yè)可能會(huì)加速其更新迭代甚至退出歷史舞臺(tái)。

4 5G 商用應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 新時(shí)代的教育

5G時(shí)代流量費(fèi)更低，傳輸速度更快，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)更低。一些學(xué)校將一部分資源上傳到網(wǎng)絡(luò)端，課堂的使用效率得到提高，學(xué)生將利用課余時(shí)間在家中自主學(xué)習(xí)。十年前幻想的不去學(xué)校就能學(xué)到知識(shí)的想法可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。例如江蘇省無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院很好地利用了這一點(diǎn)。他們將一些教學(xué)講義和ppt文件放置于一款學(xué)習(xí)app上，課后學(xué)生需要上app瀏覽相關(guān)擴(kuò)展知識(shí)并完成相關(guān)練習(xí)。

課后有償輔導(dǎo)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)上學(xué)習(xí)輔導(dǎo)的市場(chǎng)份額。例如某學(xué)習(xí)app推出了1對(duì)1輔導(dǎo)，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，用戶可以承受更高清的視頻通話，提高了視頻課程的流暢性增強(qiáng)了師生之間的交流互動(dòng)，提高了學(xué)習(xí)的效率。

4.2 5G與人工智能

人工智能所需要的感知系統(tǒng)都要和外界進(jìn)行溝通，這都需要用到5G，5G與人工智能之間的依存關(guān)系是與生俱來(lái)的。

對(duì)于人工智能來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗邆錂C(jī)器學(xué)習(xí)能力，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、整理以及深度分析，并從中汲取知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)提升自己。對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，在數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)則有助于人工智能的發(fā)展。然而，在數(shù)據(jù)規(guī)模持續(xù)上升的同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的壓力也會(huì)越來(lái)越大，特別是在人工智能技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸和處理有著更為嚴(yán)格的要求。因此，5G技術(shù)對(duì)人工智能技術(shù)的發(fā)展十分重要。

4.3 5G萬(wàn)物互聯(lián)

隨著5G的廣泛應(yīng)用，一些應(yīng)用終端設(shè)備加入了網(wǎng)絡(luò)通訊功能。例如網(wǎng)絡(luò)+汽車(chē)形成車(chē)聯(lián)網(wǎng)以及無(wú)人駕駛技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)+交通形成智能交通體系。還有如：智能家居，家居安防、智能醫(yī)療、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等等。

5 5G未來(lái)發(fā)展

5.1 5G發(fā)展的背景因素

在過(guò)去30年間世界互聯(lián)網(wǎng)世界發(fā)生著很大改變，首先CPU（中央處理器）芯片的算力提高了100萬(wàn)倍，第二，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了100萬(wàn)倍，最后得益于光纖通訊的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通訊速度也提高了很多。這三個(gè)條件為4G以及正在試運(yùn)行的5G做出了重大貢獻(xiàn)。

5.2 5G發(fā)展面臨的人才問(wèn)題

互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)釋放出最多的就業(yè)機(jī)會(huì)，在全行業(yè)占比近三成。工程師類(lèi)職能最緊俏，網(wǎng)絡(luò)安全工程師躋身前二十。[2]

根據(jù)上圖我們知道互聯(lián)網(wǎng)就業(yè)情況的供給都排在了各行業(yè)的第一位，但是也可以看出互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的人才供給仍存在10的百分點(diǎn)的缺口。在2019年上半年10個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域中，獵聘大數(shù)據(jù)研究院研究了每個(gè)領(lǐng)域的熱招職位，發(fā)現(xiàn)核心職能的需求量總體較大，企業(yè)提供的平均薪資也相對(duì)較高。在薪資方面，各熱門(mén)領(lǐng)域都處于中等偏上水平，最高的月薪是5G領(lǐng)域的架構(gòu)師，為42830元。[2]

5.3 5G面臨的安全問(wèn)題

縱觀近幾年的通訊技術(shù)發(fā)展過(guò)程，對(duì)于安全的考慮和保障措施也越來(lái)越深入。從2G網(wǎng)絡(luò)對(duì)空口的信令和數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密保護(hù)，并且采用了網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的認(rèn)證。3G網(wǎng)絡(luò)采用的是網(wǎng)絡(luò)和用戶的雙向認(rèn)證，解決了2G網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞。3G空口不僅進(jìn)行加密而且還增加了完整性保護(hù)，核心網(wǎng)也有了安全保護(hù)。4G相對(duì)于3G而言，依舊采用了雙向認(rèn)證安全保護(hù)措施，而且還增加了獨(dú)立的秘鑰保護(hù)不同的層面（接入層和非接入層）的數(shù)據(jù)和命令，同時(shí)核心網(wǎng)也更加安全。

對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)更多的是通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，將人與人的通訊，擴(kuò)充到人與機(jī)器，機(jī)器于機(jī)器的通訊。由于電磁波開(kāi)放式傳播造成的無(wú)線鏈路的脆弱性，移動(dòng)通信系統(tǒng)的安全問(wèn)題依然非常突出。面臨著功能日益強(qiáng)大，數(shù)據(jù)量與日俱增的智能終端，多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合等各種安全威脅。

安全問(wèn)題解決方案。對(duì)于安全問(wèn)題可以通過(guò)兩方面去考慮。

1） 物理層安全。物理層的安全加密是從根本上解決了無(wú)線通訊安全的問(wèn)題。采用信源加密避免信息泄露，和采用序列擴(kuò)頻/跳頻、超頻等調(diào)制解調(diào)技術(shù)，提高信號(hào)傳輸?shù)碾[蔽性和信息還原的復(fù)雜性。近來(lái)，利用無(wú)線信道在時(shí)空頻域具有多樣性、時(shí)變性，設(shè)計(jì)安全傳輸方法成為新的研究熱點(diǎn)。

2） 網(wǎng)絡(luò)域安全。即在終端接入隧道保護(hù)機(jī)制，增強(qiáng)雙向認(rèn)證機(jī)制。對(duì)終端接入的隧道和用戶接入的加密協(xié)議過(guò)程都進(jìn)行保護(hù)，確保所有與用戶的身份信息相關(guān)的信息都進(jìn)行加密。為防止偽基站問(wèn)題，需要將認(rèn)證數(shù)據(jù)和無(wú)線傳輸鏈路進(jìn)行強(qiáng)行綁定，實(shí)現(xiàn)終端和核心網(wǎng)，以及終端接入網(wǎng)之間的雙向認(rèn)證機(jī)制。5G是一種多接入式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所以需要采用與無(wú)線接入無(wú)關(guān)的統(tǒng)一認(rèn)證機(jī)制。[3]

5.4 巨大的功耗和用電負(fù)荷

上圖是張4G和5G功耗對(duì)比圖。拿中興對(duì)比發(fā)現(xiàn)4G的AAU/RRU的功耗289W相同情況下，5G在滿負(fù)荷下的AAU/RRU平均功耗為1127W，平均功耗約為4G的3.9倍。其中AAU功耗的增加是5G功耗增加的主要原因。功耗的增加最直接的表現(xiàn)為用電量的增加，電費(fèi)的增長(zhǎng)毫無(wú)疑問(wèn)將增大運(yùn)營(yíng)商的壓力。最重要的一點(diǎn)就是電源設(shè)備的擴(kuò)容。對(duì)于5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口傳輸、核心網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

5.5 5G終端設(shè)備發(fā)展緩慢

對(duì)于5G功耗相較于4G而言有明顯的增加，所對(duì)應(yīng)的5G的終端設(shè)備也要更新?lián)Q代。新的終端設(shè)備需要采用更高工藝制程的芯片，更節(jié)能的期間材料，更科學(xué)的散熱方法，以及通過(guò)AI技術(shù)對(duì)設(shè)備功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

在當(dāng)前情況下，如無(wú)法解決功耗問(wèn)題，這將會(huì)直接影響到設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。在加之5G商業(yè)模式和需求仍不甚明朗，設(shè)備生產(chǎn)商很難有動(dòng)力去發(fā)展5G智能設(shè)備。反而選擇安穩(wěn)的生產(chǎn)無(wú)論是技術(shù)還是需求都相對(duì)成熟的4G設(shè)備。

5.6 增強(qiáng)發(fā)展的動(dòng)力

（1） 人才戰(zhàn)略

要扶持培養(yǎng)人才，加大建立國(guó)家人才庫(kù)。重點(diǎn)培育幾個(gè)高校及科研院所在5G領(lǐng)域的研究和探索，鼓勵(lì)人才創(chuàng)新。

（2） 國(guó)家戰(zhàn)略

國(guó)家應(yīng)該把5G技術(shù)作為一個(gè)重大國(guó)家戰(zhàn)略去發(fā)展引導(dǎo)。

（3） 立法

通過(guò)立法以及完善相關(guān)法律法規(guī)，保護(hù)5G以及相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專(zhuān)利技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] CSDN微信公眾號(hào) 文章《華為主導(dǎo)5G入網(wǎng)之爭(zhēng)》2019-7

[2] 獵聘2019上半年中高端人才就業(yè)現(xiàn)狀大數(shù)據(jù)報(bào)告[S].2019

[3] 小火車(chē)，好多魚(yú).大話5G[M].電子工業(yè)出版社，2019.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】