|
5G新時代 2019年10月31日，工信部與中國的三大移動運營商（中國移動、中國聯(lián)通、中國電信）共同宣布啟動5G商用，這標志著5G正式進入了全國普及階段。今年（2021年），工信部計劃新建5G基站60萬個。在實現(xiàn)地級以上城市深度覆蓋的基礎上，加速向有條件的縣鎮(zhèn)延伸。 無論是商業(yè)原因還是國際競爭的原因，5G幾乎從4G普及之后就已經(jīng)成為確定的發(fā)展方向。而只有當大量基站建設鋪開、5G信號被較大數(shù)量的人口接收到的時候，5G的實際價值才能慢慢展現(xiàn)。作為第五代移動通訊技術，5G的出現(xiàn)將解決之前通訊技術中遇到的傳輸速度和信道容量問題。對比之前的移動通訊技術，4G的設計最快速度可以達到150Mb/s，而5G的最快速度則可以達到20Gbps [1]。從容量上說，5G會利用頻率更高的厘米波和毫米波段，通道帶寬可以達到400MHz，比4G的20MHz高出了20倍[2]。 可以說，5G技術是通信領域的高速公路，有助于實現(xiàn)高速度、低延時、高帶寬的通信，也就是讓越來越多的設備更容易地連入網(wǎng)絡。當5G結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實和人工智能，很多新型應用將更容易實現(xiàn)；當5G進入工業(yè)領域，工業(yè)4.0才可能實現(xiàn)。 5G在實際生活中的應用 5G與其他技術結(jié)合，可以實現(xiàn)更大的價值。下面簡述5G在自動駕駛、虛擬現(xiàn)實、遠程醫(yī)療和智慧城市中的作用，有助于在這些領域中實現(xiàn)萬物互聯(lián)。 自動駕駛 5G可以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的快速傳輸，輔助人工智能的應用。這意味著大量應用的終端可能只是數(shù)據(jù)采集端和執(zhí)行端，采集到的數(shù)據(jù)可以低延時地傳回數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)中心的決策和預測再傳回終端。于是，自動駕駛汽車就可以把計算分析的任務交給數(shù)據(jù)中心；甚至更直接地，汽車直接經(jīng)由5G實時共享畫面，讓司機遠程開車。 另外，5G具有的高容量可以容納海量通信設備，也就可以實現(xiàn)自動駕駛汽車之間的通信。所有一定范圍內(nèi)的自動駕駛汽車就可以構(gòu)成一個集群，每臺車可以根據(jù)其他車的行進方案實時調(diào)整自己的方案，從而更好地實現(xiàn)躲避擁堵的目的。 虛擬現(xiàn)實 5G對于虛擬現(xiàn)實的影響也難以估量。首先，海量數(shù)據(jù)可以傳遞給虛擬現(xiàn)實終端，畫面的更新速度提升，從而改變虛擬現(xiàn)實的體驗，至少用戶不會再頭暈。另外，如果把真實世界同一位置不同角度的圖像信息經(jīng)由5G傳輸給虛擬現(xiàn)實終端，人們甚至可以實現(xiàn)遠程進入同一時刻的另一個真實空間。 遠程醫(yī)療 5G的高容量可以允許傳感器直接聯(lián)網(wǎng)。實時監(jiān)測人體各項指標的傳感器（如心率、腦電、血糖等）可以連入網(wǎng)絡，一旦有指標發(fā)生嚴重問題，醫(yī)生甚至可以比病人更早地發(fā)現(xiàn)問題并采取措施。 5G的高速度和低延時也可以更好地實現(xiàn)醫(yī)生遠程看病甚至遠程手術。早在2019年，中國就完成了北京專家對天津、河北、新疆的遠程手術。遠在北京的醫(yī)生通過5G網(wǎng)絡實時獲取當?shù)貓D像，并且交替對三地的手術機器人進行操作，不僅幫助本地醫(yī)生規(guī)劃手術方案，而且實現(xiàn)了遠程操控[3]。 智慧城市 5G是智慧城市不可或缺的工具，可以說，智慧城市是建立在5G網(wǎng)絡上的城市。除了城市中的自動駕駛汽車自然也離不開5G，城市中的大量攝像頭可以直接聯(lián)網(wǎng)，攝像頭網(wǎng)絡可以用來調(diào)控交通、監(jiān)控異常。另外，城市環(huán)境也可以被傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測。以西班牙巴塞羅那為例，政府在全市安裝了超過2萬個無線傳感器，用于收集氣溫、濕度、污染、噪音、交通流量等各領域的數(shù)據(jù)信息。 在家里，電器設備可以高速接入云端大腦，讓輕量級的設備也能聽從語音指示，甚至家用電器可能在用戶尚不注意的時候就已經(jīng)自動跟商家報修。另外，由于5G的低延時，在家工作、聽課、開會都可以實現(xiàn)等同于面對面的實時交流，這可以提升工作和學習的效率，實現(xiàn)真正的“在家辦公”。 5G在工商業(yè)領域的應用 除了面向用戶的應用，5G也將深刻改變工業(yè)和商業(yè)領域的網(wǎng)絡應用。 生產(chǎn)線監(jiān)控 在生產(chǎn)線上，正因為有5G，才能實現(xiàn)生產(chǎn)線上的物物連接，從而實現(xiàn)工業(yè)4.0倡導的生產(chǎn)線的調(diào)控。5G帶來的數(shù)據(jù)快速傳輸可以幫助更多數(shù)據(jù)更便捷的融合，實現(xiàn)低延時地遠程監(jiān)控生產(chǎn)過程。早在2019年，湖北移動在中國信科集團旗下的虹信公司利用5G和自動化技術實現(xiàn)了自動生產(chǎn)線，包括自動焊接、自動上料、振子選波焊、視覺檢測、性能測試等工序。不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)線的遠程監(jiān)控，而且大大提升生產(chǎn)效率。一個人監(jiān)控的生產(chǎn)線，一天就可以完成之前十個工人干十幾天的工作量[4]。 當生產(chǎn)線上的各個設備都連入網(wǎng)絡，對生產(chǎn)線的監(jiān)控可以實時、可視化，從“人管設備”過渡到“設備找人”。以5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術供應商凌犀物聯(lián)為例，旗下的HOMEY智能安燈系統(tǒng)、C-MES智造信息系統(tǒng)和LinkInsight透明工廠分別實現(xiàn)了設備問題實時上報、生產(chǎn)工序投入產(chǎn)出監(jiān)測和基于人工智能的設備的預測性維護和生產(chǎn)性能評估[5]。 智能工業(yè)園區(qū) 5G應用在園區(qū)內(nèi)將改變生產(chǎn)模式以至于達到未來工業(yè)4.0的水平。比如自動駕駛用于生產(chǎn)資料和人員的移動、智能攝像頭用于了解和監(jiān)控各個生產(chǎn)過程。這樣的設想已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實，比如在2019年，京東部署了LoMir（絡謎）智能物流平臺。在這個基于5G的智能物流園區(qū)中，5G高清攝像頭可以實現(xiàn)人員的定位管理，還可以實時感知倉內(nèi)生產(chǎn)區(qū)擁擠程度，及時進行資源優(yōu)化調(diào)度；5G與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，可以管理園區(qū)內(nèi)的人員、資源和設備；5G還幫助園區(qū)智能識別車輛，并智能導引貨車前往系統(tǒng)推薦的月臺進行作業(yè)，讓園區(qū)內(nèi)的車輛更加高效有序。 專用確定性網(wǎng)絡 由于5G可容納大量的通訊設備和信道，而不同的應用又有不同的需求，網(wǎng)絡切片技術就可以幫助同一個網(wǎng)絡分成彼此獨立的功能，比如工廠的傳感器需要低延時和高可靠性，城市內(nèi)的傳感器需要保證單位面積內(nèi)的連接數(shù)夠多，野外的傳感器還需要保持低功耗待機等等。 在網(wǎng)絡切片技術的幫助下，5G的一個重要功能是公網(wǎng)專用。正如按照不同功能進行的網(wǎng)絡切片，網(wǎng)絡也可以根據(jù)特定的隱私性要求進行切片。對于智慧工廠、智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)等對隱私性有較高要求、但又沒有必要專門留出單獨頻段進行通訊的應用，公網(wǎng)專用則相對經(jīng)濟地保證了隱私性。在這方面，北京聯(lián)通在三一重工構(gòu)建了三一重工園區(qū)5G專網(wǎng)體系、幫助北京電力海淀500kV超高壓隧道5G專網(wǎng)建設。華為也提出了一系列行業(yè)需求，即能力可編排的差異化（Differentiated）、數(shù)據(jù)安全保障專屬性（Dedicated）、自主管理和自助服務（DIY）[6]。 5G未來發(fā)展的挑戰(zhàn) 盡管有合理的構(gòu)想和一些成功的應用，但當5G已經(jīng)逐漸進入人們生活的當下，5G未來發(fā)展的圖景反而顯得模糊。一方面，經(jīng)歷了近兩年的基站建設和發(fā)展，大部分用戶的直接體驗并沒有很好，甚至有人認為5G的出現(xiàn)不僅提高了資費水平，還影響了4G的速度。另一方面，上述那些激動人心的應用很多似乎看上去還十分遙遠。對此，筆者有以下思考。 規(guī)模性 當基礎建設初步鋪設完成之時，才是5G大規(guī)模應用將要發(fā)生之時。更進一步，只有當設備通過5G連入整個網(wǎng)絡成為一種新型的默認設定，5G以及其帶來的“萬物互聯(lián)”的價值才真正能體現(xiàn)出來。但事實上，基礎設施的建設還遠遠不夠。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)[7]，2021年一季度，中國已建成5G基站總數(shù)達81.9萬個，連接到5G網(wǎng)絡的終端數(shù)達2.85億個。但相比于我國已經(jīng)建設了582萬基站的4G網(wǎng)絡，5G的覆蓋深度和廣度還沒有達到足夠規(guī)模。 數(shù)據(jù)量與算法 5G的發(fā)展和應用離不開數(shù)據(jù)和算法。無論自動駕駛、智慧診療還是未來的智慧城市、萬物互聯(lián)，數(shù)據(jù)的收集、處理、分析以及算法效能的提升都是基礎設施的一部分。以萬物互聯(lián)的角度來看，現(xiàn)在算法處理的數(shù)據(jù)規(guī)模和智能程度還遠遠不夠。而站在5G的世界向后看，當人們適應了5G的世界甚至進入6G的時候，所有信息都將會變成數(shù)據(jù)，這將會是海量的。比如可能會把嗅覺數(shù)字化、真實場景數(shù)字化、身體信息數(shù)字化，數(shù)據(jù)的存儲和處理又會是新的命題。從這個角度上說，數(shù)據(jù)科學與算法設計的也需要隨著5G的到來一同進化。 世界競合 由于5G技術相比于之前的所有移動網(wǎng)絡會更加深入地嵌入到大眾生活和專用網(wǎng)絡中，各國都會基于國家安全的考慮發(fā)展5G，也因此造成了中國與美國的博弈和摩擦。根據(jù)IPlytics的報告[8]，華為擁有5G必要專利占比達到了15.4%，居世界首位。與芯片相關的大量專利仍由美國高通公司擁有，而華為在5G網(wǎng)絡方面具有優(yōu)勢。這樣多強并立的局面直接影響了美國公司的發(fā)展路徑：美國通信行業(yè)解決方案聯(lián)盟在2020年底發(fā)起了“下一個G”聯(lián)盟（Next G Alliance），招攬了美國的蘋果、谷歌、AT&T、高通等大公司，一方面發(fā)展5G，另一方面提前布局6G；與此同時，也有消息說美國希望延長4G的服役時間，這樣可以直接饒過5G技術，從而繞過中國作為技術主導的這一輪通信技術革命。。由此可見，5G的發(fā)展融入了更多的國際政治因素，這也讓技術的發(fā)展不再純粹集中在經(jīng)濟或技術本身，從而也影響技術的發(fā)展和普及。 下一個G（6G） 正如上文提到，6G已經(jīng)開始陸續(xù)進入大國、大公司的事業(yè)。比5G更快、、更高效。6G的設計速度可以達到1Tbps，利用更快的太赫茲頻段（0.1-10Thz），其設計速度與容量均可以達到5G的上百倍。像5G一樣，科技大國和大公司還在爭取6G的標準定制權，而與此同時，一些關鍵技術已經(jīng)浮出水面。這些技術包括太赫茲發(fā)射與接收的芯片技術、高功率通訊環(huán)境下電池技術、高性能計算下的保密技術（包括量子通訊技術）、網(wǎng)絡分布于智能化技術等[9]。 在2020年，新加坡和日本的大學宣布制造了太赫茲芯片，中國也已經(jīng)發(fā)射了太赫茲通信衛(wèi)星[10]。而根據(jù)中國IMT-2030（6G）推進組進去發(fā)布的《6G總體遠景與潛在關鍵技術》[11]，6G將實現(xiàn)5G依然難以完成的全息通信、感官互聯(lián)等“科幻”場景。由于6G的建設是沿著5G的思路、把提升容量、降低延時做到更高的水準。5G的建設依然可以為未來6G提供技術和經(jīng)驗儲備。 因此，5G發(fā)展仍然是大勢所趨，而且將是以后通訊發(fā)展的基石。現(xiàn)在的5G正在進入尋常人家的前夜，只是需要稍微耐心一點。正如中國信通院5G應用創(chuàng)新中心副主任杜加懂先生最近一篇文章[12]中所說，5G的應用和發(fā)展都是“批次遞進式”的，或許過幾年再回過頭來看，5G正如當初的4G一樣，已經(jīng)悄然走進了人們的生活。 來源：貿(mào)澤電子 作者：王東昂 |
