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5G技术概论及应用
中国移动(成都)产业研究院院长
2019-05-21

随着全球化4.0来临,全球产业经济进入超级碎片化时代,带来了“体验、效率、安全”的创新和变革。在这样的趋势下,ICT行业从消费经济向产业经济转型渐成主航道,从改变生活到改变社会,无线产业第三次浪潮即将来临。而5G作为科技创新的基础设施,将会随着产业数字化渗透各行各业。

一、5G的概念及重要意义

(一)世界各国高度重视5G发展

从1G到4G,移动通信发展历史表明:无线技术的代际转变会对先行者产生重大的商业、竞争和安全影响。5G领先的国家将获得上千亿美元的收益,创造大量的就业机会。领导者可以定义标准和实践,后来者只能跟随采用。

国际电信联盟指出“5G将为第四次工业革命拓宽道路”,世界经济论坛创始人兼执行主席也说过“5G+物联网就是第四次工业革命”。5G,全球第一次统一了网络通信技术标准,因此世界各国都高度重视5G发展。

美国:前所未有地重视5G发展。将5G定性为“新军备竞赛”,并宣布美国必须赢得这场竞赛。美国政府第一次为运营商网络建设提供补贴,极力打压中国5G相关企业,前期制裁中兴,联合五眼联盟等国家拒绝让华为参加5G移动网络投标,并于近期签署行政命令,针对通讯业宣布进入紧急状态,禁止华为及其70家附属公司从美国购买零件。

韩国:政府引领,抢跑5G,已全球首家宣布5G正式商用。

日本:专门成立5G特设工作组,预计2020年商用。

欧洲:专门成立5G制造联盟,吸引汽车制造、工业生产等厂家共同制定5G与行业结合的标准。

(二)我国将5G上升为国家战略

从党中央、国务院到各部委均高度重视5G,把5G作为网络强国战略的重要组成部分,加快5G商用步伐。党的十九大报告指出:要建设科技强国、网络强国、数字中国、智慧社会。2018年12月政治局会议及2019中央经济工作会议,均明确提出要加快5G商用步伐。工信部也明确表示,2019年将发放5G临时牌照,2020年基本实现5G商用。

国内26个省将5G纳入重点工作,部分省、市出台鼓励政策,助力5G建设加速。其中,北京提出“1-5-5-1”的总体规划,以突破中高频核心器件技术等关键环节为目标,发挥5G引领作用;广东成立“5G中高频器件创新中心暨5G产业技术联盟”,发布《加快5G产业发展行动计划(2019-2022)》,打造世界级5G产业集聚区和5G融合应用区;深圳制定《促进5G创新发展行动计划(2018-2020年)》,投入4亿元启动5G实验网项目建设。

(三)5G是什么?

5G,是第五代移动电话通讯标准。2015年,国际电联无线电通信部门(ITU-R)正式确定了5G的法定名称“IMT-2020”。

从1G到5G,移动通信约每十年出现一次重大技术变革。1G是语音时代,2G是文本时代,3G是图片时代,4G是视频时代。5G进入万物互联时代,全球统一的网络通信技术标准有利于全球的互联互通,为经济社会带来巨大改变。

5G标准是由全球电信运营商、设备制造商和互联网企业共同讨论建立的,包含编码、天线等多个子标准。哪个国家和企业立项多,就在5G标准中拥有主导权。在移动电话通讯标准上,中国实现了“2G跟随、3G突破、4G并跑,到5G领先”的跨越式发展,截至2019年3月,中国申请5G专利数量占全球的34%,位居各国之首。

(四)5G与4G的关系

5G不是简单的4G+1G,既继承了4G的成熟技术和设计,也引入了大量的技术创新。

5G网络建设投入巨大,其基站覆盖范围是4G基站的1/3,功耗是4G基站的3倍,造价也是4G基站的3倍。因此,现阶段5G网络只能在一些重点区域、热点区域优先覆盖,逐步实现全覆盖。5G将与4G长期并存、协同发展。

5G组网方式有两种:非独立组网(NSA)和独立组网(SA)。NSA是在4G的基础上部署,有助于快速建网,初期投资较少。SA虽然投入大,但能充分发挥5G优势,未来采用SA势在必行。

二、5G关键能力及应用场景

(一)5G的三大技术特性

5G具有高速率、低时延、大连接三大技术特性,对应增强移动宽带(eMBB)、低时延高可靠(uRLLC)、低功耗大连接(mMTC)三大典型场景。

高速率:5G速率可达1Gbps-10Gbps,是4G的10-100倍,可广泛应用于VR、8K高清视频等。

低时延:2G网络时延是140ms,3G是100ms,4G是20ms-80ms,5G可降低到1毫秒及以下,可为无人驾驶、远程医疗等提供保障。

大连接:5G网络下,每平方公里可连接的终端数量为100万台,远超4G的10万台,让万物互联成为可能。

(二)5G的四大关键技术

网络切片、边缘计算、大规模天线技术、AI(人工智能)融合是5G的四项关键技术,为5G与各行业的深度融合发展赋能。

网络切片:可将通信网络根据不同需求划分为多个虚拟网络,实现分时、分区、分人群的无线专网,并通过数据本地隔离、分流,为用户提供更安全的保障。

边缘计算:即本地云计算,在靠近数据源的一侧,采用网络、计算、存储、应用等核心能力为一体的开放平台,就近提供服务,将更快响应网络服务,满足实时、智能、安全与隐私保护等需求。边缘计算将对现有云的网络架构带来极大变化。

大规模天线技术:5G时代连接数会呈指数级增长,在网络建设上,基站小区会越来越密集,对容量、能耗和业务的需求也越来越高。5G天线技术可进一步提高频谱效率,降低干扰。

AI深度融合:5G天然伴生着AI。5G作为一种统一的面向无线边缘的连接架构,将支持边缘终端侧实现AI感知、推理和行动等功能。终端侧和边缘AI将在挖掘5G潜力和开拓更多应用场景方面发挥重要作用。

(三)5G与行业应用的结合

5G不只是人与人的连接,更多是人与物、物与物的连接。5G与行业的融合将会促进相关产品和服务水平全面提升。

智慧教育:5G结合大数据、云计算、人脸识别、AI等,可实现场景教学、沉浸式学习、智慧课堂、远程教育等应用。今年4月,成研院全球首次运用5G+VR实现了成都市泡桐树小学与凉山昭觉解放乡小学同上一堂课,成为解决贫困地区教育资源不均衡问题的重要实践,获得央视、人民邮电报等主流媒体报道。

智慧医疗:5G网络可为远程诊断、远程手术、远程医疗监控、改善医疗急救等赋能,有效解决医疗资源分配不均衡等问题。今年3月,中国移动携手中国人民解放军总医院,成功完成了全国首例基于5G的远程人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术,对远程医疗发展意义重大。

智慧农业:5G将通过旱情自动预报、灌溉设备智能决策和调控、网联无人机植保等功能实现智慧种植,通过物联网、人工智能等实现智慧养殖,带来新的农业生产方式。

智能交通:5G网络低时延的特性能够实现无人驾驶、车路协同等,满足未来共享汽车、远程操作、自动和协作驾驶等车联网连接要求。现在热门的车联网(V2X)标准是由3GPP组织制定和发布的,这也是全球第一次应用标准不由生产厂家制定而由运营商制定。

智能制造:5G网络可在尖端智慧制造应用中实现工业自动化控制、设备互联、物流追踪等,促进制造业的转型升级。

媒体融合:5G时代“万物皆媒体,一切皆平台”。5G与边缘计算、AI的融合将会推动媒体行业提升生产效率、创新商业模式。同时,云VR/AR的应用将会提升用户体验、降低设备价格。

智慧城市:5G时代,物联网、大数据、AI等新技术将会应用到智慧安防、智慧电网、智慧家居等智慧城市的各个方面。

5G与各行业深度融合将驱动新的增长。到2030年,美国预计无线网络行业将在5G上投资2750亿美元,5G将创造300万个就业岗位,为经济贡献5000亿美元。而中国5G基建投资将达1.2万亿元,5G对GDP直接贡献和间接贡献分别为3万亿元和3.6万亿元,带动直接和间接就业机会800万个和1150万个。

三、5G产业现状与发展对策

(一)5G产业发展现状

当前,5G产业正全方位提速进档。技术标准方面,去年6月5G的SA独立组网方案标准冻结,今年3月eMBB标准冻结,其余标准预计2020年6月完成。芯片、终端方面,尚未进入量产阶段,预计今年3季度可以量产提供。5G+行业还缺乏杀手锏应用,5G+行业标准亟待建立。产业链发展方面,目前国内已有24个省份成功打通5G电话,意味着5G产业链主要环节已基本达到商用标准。国内5G商用已进入“冲刺”阶段。5G发展快于预期,预计用户达到5亿只需3年时间,是4G发展时长的一半。

(二)5G发展面临诸多挑战

5G面向2020年商用,时间紧迫、技术复杂、竞争激烈。5G网络建设运维投入大。站址密度高、能耗大,仅中国移动一家就将投入8000亿元,运营成本激增。5G商业模式尚不清晰,5G在发展上不能急于求成,要统筹推进,积极培育5G产业生态。

(三)四川发展5G具有比较优势

四川作为中西部大省,发展5G产业具有良好基础。

四川具有良好的5G产业链基础。目前已初步形成上游芯片、中游基站、网络建设和下游终端场景应用较完整5G产业体系,网络安全、射频硬件产品和服务等方面名列全国前茅。全省还有人工智能企业130余家,涵盖机器人、智能家居、智慧医疗等领域。应用方面,华为成研所积极布局5G应用和技术研究。掌握5G最大话语权的中国移动,投资20亿,专门在成都成立了产业研究院,着力打造5G行业应用标准,推动相关科研成果转化特别是在垂直行业领域的商业化拓展。

四川具有领先的科研院所资源。有四川大学、中国电科10所、29所、30所,诺基亚、爱立信等研发机构。电子科技大学通信抗干扰实验室牵头或参与的近百个5G研究项目,部分成果已在中国移动、华为、中兴等企业应用。

四川具有深厚的5G行业应用基础。医疗方面,华西医院综合排名全国第二;农业方面,四川是重要的粮食产区,耕地、林地面积广,生猪出栏量、油菜籽产量均居全国第一;无人机方面,全省从事无人机产业研发制造、运营服务的企业有200余家,产业链完备,其中,611所、132厂军贸无人机研制技术已达国际领先水平,“翼龙”和“云影”系列军贸无人机已出口多个国家;工业制造方面,有长虹、九州、东方电气等大型制造厂家,也有完备的汽车产学研体系,2020年预计汽车年产能达400万辆。且5G潜在用户规模巨大,需求广泛。

(四)四川发展5G的建议

为进一步助力四川加快构建“5+1”现代产业体系之一的电子信息产业,推动打造网络强省、数字四川、智慧社会,建议打通生态全栈能力,聚焦价值区域和特色领域,打造5G产业高地。

打造产业链全栈研发、制造能力。发挥产业优势,在5G芯片、5G设备、5G终端研发、制造等5G端到端领域,发挥各地区比较优势,促进生产力布局优化,推动四川电子信息产业转型升级,形成5G产业创新驱动发展新局面。构建“5GACE”能力,将5G与AI(人工智能)、Cloud(云)、Edge(边缘能力)进行结合,联合产业生态实现5G业务的全栈能力,着力增强5G业务全栈能力的协调性。

聚焦价值区域、特色领域,构建产业新体系。围绕成都经济圈、绵阳经济圈等价值区域,打造全国5G领先网络,牵动5G产业经济发展的“牛鼻子”,带动四川全要素生产力提升。立足四川自身资源禀赋和发展实际,围绕省内教育、医疗、农业、旅游、工业等优势领域,打造智慧农业、智慧医疗、智慧教育、智能制造、智慧旅游、5G中高频器件创新中心,推动产业转型升级。

出台政策文件,构建产业生态,打造四川5G产业高地。建议省委、省政府牵头开展顶层设计,制定四川5G总体规划,将5G产业发展纳入全省重点发展方向。加快5G相关扶持政策的出台,加大资本投入和招商引资力度,吸引国内外优秀企业入驻。聚集省内外5G领域优秀企业、高校、研究机构,加强人才和科技的引入和稳固。加快成立全省性的5G产业联盟,设立全省5G产业基金,坚持市场化运作,支持并扶植5G优秀企业的孵化。

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