5G产业发展现状及趋势浅析
文/北大科技园创新研究院
“3G提升了速度，4G改变了生活，5G则将改变社会”。作为新一代移动通信技术的主要方向，5G将开启万物互联、深度融合的发展新阶段。如果将形形色色的充满科技感的应用比作一辆辆车的话，那么5G就是承载着这些车辆正常运行的高速公路。正是5G的出现，让过去仅存在于电影中的科技产品开始变得近在咫尺。从1G到4G，我们经历了从模拟到数字、语音再到数据的演进，网络速率万倍增长。如果相信未来是一个万物感知、万物互联、万物智能的世界，那么基于这个假设，5G是一场不可错过的盛宴。对于中国通信行业而言，无论是标准技术，还是商用成熟度、市场应用量等方面，已实现“2G起步、3G追赶、4G同步”，并将实现“5G超越”。
克莱恩费尔特综合征 （Klinefelter syndrome，KS），简称克氏综合征，是于1942年由Klinefelter等[1]最早提出的一种最为常见的性染色体畸变疾病，主要分为嵌合型和非嵌合型两类，嵌合型KS一般能在精液中找到精子，而80%[2]为47，XXY非嵌合型患者极少有精子。非嵌合型KS有精子且自然生育报道极为罕见。本文就1例非嵌合体克氏综合征患者有精子且已生育进行详细介绍。
“当人将意义投注于局部空间，然后以某种方式依附其上，空间就成了地方”[14]19，例如两个研究对象中类似巷道的廊道空间，就完成了一种意义的植入；其次是地景的引入，地景指的是地面的有形地势以及视觉观念[14]19。揽清和即下山的空间朝向都将各自的特色地景引入了设计。
一、5G概述
5G，全称The 5th Generation Mobile Communication Technology，即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术。作为4G之后的新一代移动通信技术，其性能在各方面均明显优于4G，比如5G具有更高的速率和更宽的带宽，预计其传输速率会比4G快100倍，理论下行峰值速率达到10Gbps，其带宽也将大大超过现行4G标准。同时5G具有更高的可靠性和更低的时延，使其能够满足如自动驾驶、远程医疗等特定行业的应用需求。可以预见，在今后几年4G还将保持主导地位，并进一步得到普及和发展。但5G已然出现，并有望在2020年正式实现商用。一旦正式商用，通信行业必将迎来新一轮发展期，同时也将带动多个万亿级规模的新兴产业。
（一）5G的演进
纵观通信行业的演变过程，从模拟时代的1G到移动互联时代的4G，再到万物互联时代的5G，移动通信技术几乎每10年就进行一次更新换代（图1、表1）。
4G则在3G的基础上更进一步，其传输速率大幅提升，能够以100Mbps的速率下载，上传速率也能达到20Mbps。4G的主要网络制式为LTE，后续还有其升级版。LTE是基于OFDMA技术，由3GPP组织制定的全球通用标准，包括TDD（时分双工）和FDD（频分双工）两种模式，二者相似度达90%，差异较小。中国工信部于2013年12月向中国移动、中国联通和中国电信颁发了4G牌照。至此，移动互联网的网速达到了一个全新的高度。
图1 全球移动通信十年定律图
资料来源：北大科技园整理。
表1 世界移动通信技术的演变及代表产品
随着人们对移动网络的需求不断加大，第三代移动通信技术（3G）必须在新的频谱上制定出新的规则，获取更高的数据传输速率。3G的推广让影像电话和视频传输成为可能，使通信形式更加多样化。随之而来的是大量支持3G网络的电子产品的诞生，其中智能机的出现更是通信行业的巨大变革，这也催生了像苹果、三星这样的巨头移动电话商，同时也间接造成了诺基亚的迅速衰落。CDMA是第三代移动通信系统的技术基础，由此衍生的主流网络制式包括WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA以及WiMAX。中国于2009年颁发了3张3G牌照，分别是中国移动的TD-SCDMA，中国联通的WCDMA和中国电信的WCDMA2000。
1986年，第一套移动通信系统在美国芝加哥诞生，采用模拟信号传输，因而其存在语音品质低、信号不稳定以及涵盖范围也不够全面等缺陷。当时，国内移动通信系统才刚刚建立，典型的产品如摩托罗拉8000X，俗称“大哥大”。1G时代，我国的移动电话公众网由美国摩托罗拉移动通信系统和瑞典爱立信移动通信系统构成。到了1995年，新的通信技术开始成熟，国内也正式从1G进入到2G通信时代，这也意味着从模拟调制进入到数字调制阶段。相对于1G，2G具备了高度的保密性，系统的容量也在增加，同时从这一代开始，手机也可以上网了。2G时代也是移动通信标准争夺的开始，最终GSM（全球移动通信系统）脱颖而出成为应用最广泛的移动通信制式，其他的主流网络制式还包括TDMA（时多分址）和CDMA（码多分址）。诺基亚7110是第一款支持WAP的GSM手机，它的出现也标志着手机上网时代的开始，而那个时代GSM的网速仅有9.6KB/s。正是凭借2G网络的兴起，诺基亚趁势崛起，仅仅10年时间就成长为全球最大的移动电话商。后来诺基亚又迅速地衰落，这其中也与移动通信技术的更迭有着莫大的关联。
近年来，随着移动互联网的发展和物联网的兴起，出现了一系列对网络传输速率、带宽、可靠性和时延性要求极高的产品和应用。比如，VR/AR的兴起，要求网络低时延、高速率；车联网、物联网带来了庞大的终端接入和数据流量需求。这些种类繁多的应用体验提升需求推动了5G的发展。5G呈现出的低时延、高可靠、大容量以及低能耗，都是未来移动通信技术的目标所在。回头再看，无线通信技术通常每10年更新一代，2000年3G开始成熟并商用，2010年4G开始成熟并商用，现在是5G，预计2020年成熟应该是符合规律的。5G的诞生，将进一步改变我们的生活，甚至是我们的社会。
（二）5G的关键技术
随着人们对网络功能的需求不断提升，5G应运而生，相对于之前的网络，5G的发展会更加多元化、宽带化、综合化和智能化（表3）。随着智能终端数量的迅速增长，移动数据业务也呈现出飞速发展的态势。当前网络亟需解决的是由于用户数量的急剧增长带来的用户体验下降问题，由于低频段谱资源稀缺，单纯依靠提升频谱效率并不能有效地解决当前问题。超密集组网则是实现5G千倍容量增长需求的主要手段之一，通过大规模部署低功率接入点，在局部地区可以达到百倍量级提升系统容量的效果。
由之前的分析可知，在添加10%碳酸钠和8%硼砂下渣相中的Al2O3的百分含量相对于添加10%氧化硼要低很多，主要是因为液相渣中出现NaAlO2，如图6所示。添加8%硼砂，NaAlO2的含量在1 000 ℃后增加，在1 100 ℃后缓慢减少；添加10%碳酸钠，NaAlO2的含量在1 100 ℃后急剧增加。
1.大规模天线阵列
大规模天线阵列（MIMO）技术能够十倍，甚至百倍提升系统容量，其原理是基于多用户波束成形，通过在基站布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，再利用空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号，从而实现几百个天线同时收发数据。实际上，MIMO技术并不是5G独有的技术，早在在3G时代就被引入无线通信领域，同样也是4G的关键技术之一。不同于传统MIMO技术，大规模MIMO可以从两个方面进行理解（图3）：一是大规模MIMO的通道数远大于传统TDD网络的天线数，可达到64、128或256个，而传统的天线基本是2、4或8个天线；二是大规模MIMO基于波束成形原理，覆盖垂直维度的空域，信号辐射呈电磁波束，可有效减少基站发射功率损耗，而传统MIMO在发射信号时，其信号只在一个平面上传播，因此也称为二维天线阵列。
图2 5G的主要关键技术
资料来源：北大科技园整理。
图3 传统MIMO与大规模MIMO比较示意图
资料来源：中国电子网，北大科技园整理。
表2 大规模MIMO与传统MIMO的各个性能对比
与传统的MIMO技术相比，大规模天线阵列并不仅仅在于增加了天线数量，而是由量变实现了质变（表2）。大规模天线阵列相较于传统MIMO，可以深度挖掘无线空间维度资源，显著提升频谱效率和功率效率。大规模天线阵列的基站端拥有几百根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，从而提高信号接收强度。根据概率统计学原理，当基站端天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交，此时，用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源上支持更多用户传输。
2.超密集组网
虽然结肠癌的风险和预后在男性和女性之间都不同，但在临床上却往往忽略了性别间的差异。这是因为目前对驱动这些性别差异的分子特征知之甚少。最近《Cancer Research》发表的一项研究中，作者应用网络建模的方法，来推断结肠癌患者特异性基因调控网络(LOPES-RAMOS CM,KUIJJER ML,OGINO S，et al.Gene regulatory network analysis identifies sex-linked differences in colon cancer drug metabolism，2018，78(19):5538-5547)
每个区块头包含如图4所示的内容。将相连的数据区块的数据进行相连，通过上一区块的哈希值和当前区块的哈希值将所有的区块请求进行关联。如果修改了其中一个数据，将影响所有在当前区块链网络上的区块，因此数据不可能被篡改，所有的认证请求不可伪造，极大提高了区块链的安全性。
5G的关键技术主要包括无线技术和网络技术两个方面（图2）。在无线技术领域，主要包括大规模天线阵列（Massive MIMO）、超密集组网（UDN）、新型多址、全频谱接入等技术创新，其中基于大规模天线阵列的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级，而超密集组网将有利于实现5G容量大幅提升；在网络技术领域，技术的创新则主要在软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）等方面。
老年肺炎是呼吸系统多发而严重威胁人类健康的疾病，在我国其发病率及死亡率较高，是65岁以上老年患者住院和死亡的主要原因之一［4］。由于老年肺炎病原学检查阳性率低，费用高，对于早期诊断意义不大，易错过临床最佳治疗时期，是导致老年肺炎患者死亡率较高的重要原因［4］。如何快速准确的诊断老年肺炎，指导抗生素合理应用，在临床工作中有着重要意义。
超密集组网的典型应用场景包括办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁、公寓等，在密集组网中将不可避免地加大对基站和微基站的需求。
3.新型多址
4.全频谱接入
表3 超密集组网与传统蜂窝网络参数比较
多址技术是现代移动通信系统的关键特征，其基本原理是利用为不同用户发送信号特征上的差异（例如信号发送频率、信号出现时间或信号具有的特定波形等）来区分不同用户。5G在多址技术上采取创新型举措，除了支持传统的OFDMA技术外，还将支持SCMA、NOMA、PDMA、MUSA等多种新型多址技术。新型多址技术通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，不仅可以有效提升系统频谱效率，还能成倍增加系统的接入容量。此外，通过免调度传输，也可有效简化信令流程，并降低空口传输时延。
5G频谱同时涉及6GHz以下低频段和6-100GHz的高频段（表4），其中低频段是5G的核心频段，用于实现网络的无缝覆盖；高频段作为辅助频段，在热点区域实现高速率数据传输。全频谱接入采用低频和高频混合组网，充分挖掘了低频和高频的优势，得以同时满足无缝覆盖、高速率、大容量等需求。
通信标准决定了技术话语权和产业链主导权（表8）。2G时代，国外企业主导技术标准，在市场上占据主导地位；3G时代，中国推出了自主网络制式TD-SCDMA，但行业话语权依然很低，国内企业逐步开始与欧美企业在市场上直接竞争；4G时代，中国企业在标准的话语权上增大，TD-LTE迅猛发展，让我国通信技术走在了世界前列。5G技术标准研发是我国赶超世界先进水平的历史机遇，也是中国通信业的一个必争之地。
软件定义网络（SDN）是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。SDN能有效提高全网资源使用效率，提升了网络虚拟化能力并革命式地创新了网络架构。
6.网络功能虚拟化
网络功能虚拟化（NFV）通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术来承载多种功能的软件处理，从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。NFV采用虚拟化技术，将传统的通信设备功能与硬件解耦，采用通用的计算、存储、网络设备实现通信网络功能，打破了专有硬件对网络的限制。NFV有助于提升网络建设、管理和维护的效率。
本文设计的驱动主要为音频采集模块。系统设计中,DM368通过SPI接口与ADS131A04连接,驱动程序应完成对其初始化和相关寄存器配置。系统通过spi_register_driver()函数加载 ADS131A04;设计Ads131a04_probe()函数实现对ADS131A04的初始化;ads131a04_set_para()函数实现配置功能,包括时钟分频与采样频率、参考电压值、CRC校验等;exit_ads131a04()函数卸载ADS131A04。
表4 全球主要国家5G频率分配情况
（三）5G的优异性能
5G网络主要有三大特点：极高的速率、极大的容量和极低的时延。相对4G网络，传输速率提升10～100倍，峰值传输速率达到20Gb/s，端到端时延达到ms级，连接设备密度增加10～100倍，流量密度提升100倍，频谱效率提升3～5倍，能够在500km/h的速度下保证用户体验（表5）。
二、5G产业发展现状
（一）5G标准制定稳步推进，全球主要国家均加快5G建设步伐
通信行业标准化是产业化的依据和前提，从3G和4G发展历程看，标准落地后产业将迅速推进。5G标准的制定工作主要由ITU（国际电信联盟）和3GPP（第三代合作伙伴关系）完成，其中ITU主要起领导作用，3GPP则负责技术标准和规范的具体设计和执行。总体上讲，3GPP的5G标准规划（表6）可以分为三期，每期包含三个阶段，分别是R14、R15、R16，其中R14主要开展5G系统框架和关键技术研究，R15主要制定第一个版本的5G标准以满足部分5G需求，R16完成全部标准化内容，并于2020年初向ITU提交方案。
目前，全球主要国家均加快5G试验和商用计划，力图争取5G标准与产业发展主导权（表7）。美国运营商Verizon在2018年宣称在美国4个城市推出5G Home服务，运营商AT&T在2018年底正式为第一批12个城市提供5G商用服务；欧洲设立了H2020计划，主导着5G标准节奏，德国已明确2020年正式商用；韩国电信运营商KT在2018年初平昌冬奥会开展了5G预商用试验，计划到2020年底实现5G商用；日本计划在2020年东京奥运会之前实现5G商用；我国在2013年由工信部、发改委和科技部联合成立了IMT-2020（5G）推进组，全力推动5G标准的制定，目前第三阶段测试工作基本完成，力争在2020年实现5G正式商用。
表5 5G与4G性能比较
表6 3GPP规划的5G标准时间表
表7 全球5G发展情况
（二）我国移动通信底层标准获突破，华为主推Polar码成标准之一
5.软件定义网络
表8 通信标准及调制编码技术
编码和调制是无线通信技术中最核心、最深奥的部分，被誉为通信技术的皇冠。在LTE时代，虽然我国主导的TD-LTE已成为世界的主流技术之一，但是其中的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码均采用国外技术，因此LTE的核心技术并不为我国掌握。在5G通信技术标准制定中，华为主推的Polar Code（极化码）方案成为了5G控制信道eMBB场景编码方案，这也标志着我国在5G标准制定上进入一线梯队，与欧美分庭抗礼，厂商话语权得到不断提升。这也意味着以华为为代表的中国企业将成为最直接的受益者，一方面有利于规避专利壁垒，另一方面，此前积累的大量Polar码相关专利未来将成为产品研发、专利授权和谈判的重要基础。我国在通信技术标准方面经历了2G空白、3G跟随、4G同步的发展路径，未来5G技术我国将力争主导。
（三）5G商用即将到来，美国最“激进”，中国处于第一阵营
在当前5G发展规划中，各国均制定了5G商用时间表。其中以美国的5G规划最为“激进”，美国两大电信巨头之一的AT&T于2018年底在美国推出了5G网络商用服务，而美国另一家电信巨头Verizon也于2018年10月在美国4座城市推出5G Home服务，这一时间点要远远领先于行业。一般认为，5G网络的商用要到2020年才会实现。
后来念蓉想，她之所以来到酒店，也许只为给自己一个虚假的安慰。楚墨回家的时间是凌晨三点，现在的时间是清晨七点，四个小时里，纵是一个凌乱的足球场，也会被打扫得干干净净。更何况，似乎没有哪个女人愿意在她的情人离开自己四个小时以后，仍然傻乎乎地守着一张大床。
我国5G第一阶段试验已经顺利收官，第二阶段测试也于2017年底陆续完成，目前，第三阶段测试工作基本完成，2019年将启动5G增强及毫米波技术研发试验等工作。5G标准正式公布后，我国将进入网络建设阶段，最快将在2020年实现5G网络商用。随着我国通信行业整体竞争力的不断提升，从3G到5G，国内商用时间表与国际间的差距不断缩小（表9）。国内通信行业正经历着从3G时代的明显落后、跟跑，到4G时代的缩小差距、并跑，再到5G时代的提前布局、领跑。
黄河三角洲生产性服务业的发展思路与策略………………………………………………………………巴永青，苗俊涛（1.76）
国内三大运营商为抢占先机均已展开前期布局，并制定了详细的实施方案（表10）。中国移动未来三年规划开展大规模网络测试，联合合作企业进行应用试验，力争2020年实现5G网络商用。中国联通宣布将加快5G关键技术研究，布局5G网络演进战略规划，不断深化物联网方面的积累，以满足其5G网络2020年商用目标。中国电信则提出转型3.0，计划未来十年分三步进行5G部署，并全面开展5G相关研究和测试验证，争取2025年在6GHz以下首发5G。
表9 国内与国外各代移动通信技术商用时间对比
表10 三大运营商5G部署进度及计划
三、5G产业发展趋势
（一）未来5G应用将聚焦四大场景
IMT-2020推进组归纳出未来5G应用主要集中在4个场景：高铁、地铁等连续广域覆盖场景；住宅区、办公区、露天集会等热点高容量场景；智慧城市、环境监测、智能农业等低功耗大连接场景；车联网、工业控制、虚拟现实、可穿戴设备等低时延高可靠场景。因此，国内企业在5G技术与产品开发方面，也应重点围绕这4个场景展开，及时做好前沿技术与产品开发。
（二）5G技术将加速实现产业融合
基于5G技术的支撑，跨行业的融合发展进一步加强，新型信息化和工业化将深度融合，引发产业领域的深层次变革。5G技术将渗透到消费、生产、销售、服务等各行业，推动研发、设计、营销、服务等环节进一步向数字化、智能化、协同化方向发展，实现工业领域全生命周期、全价值链的智能化管理。
（三）万物互联时代，5G产业前景无限
5G的一个重要特征就是可以实现“人与人、人与物、物与物之间的连接”，形成万物互联，并融合在工作学习、休闲娱乐、社交互动、工业生产等各方面。而逐步丰富的消费形态将促进用户体验需求的重大变革，进一步激发出新的产业、新的业态和新的模式。
根据中国信息通信研究院《5G经济社会影响白皮书》预测，2030年，5G带动的直接产出和间接产出将分别达到6.3万亿和10.6万亿元（图4）。在直接产出方面，按照2020年5G正式商用算起，预计当年将带动约4840亿元的直接产出，2025年、2030年将分别增长到3.3万亿、6.3万亿元，十年间的年均复合增长率为29%；在间接产出方面，2020年、2025年、2030年，5G将分别带动1.2万亿、6.3万亿和10.6万亿元产出，年均复合增长率为24%。
图4 2020—2030年中国5G直接和间接经济产出
数据来源：《5G经济社会影响白皮书》，北大科技园整理。
图5 2035年全球5G支持产出各领域市场规模（10亿美元）
数据来源：IHS，北大科技园整理。
5G的应用几乎将对所有产业部门产生积极的影响。据IHS Markit预测，到2035年（图5），5G在全球创造的潜在销售活动将达到12.3万亿美元，这约占2035年全球实际总产出的4.6%。其中，制造业将占据5G创造的全部经济活动中的最大份额，约为3.4万亿美元产出，占5G总产出的28%。
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