5G：挑战与畅想
文 / 曹祎遐 李 乐
最近，网络上一部日本总务省的短片《5G联结的世界》吸引了众多视线。短片中优质的VR实时直播、无人驾驶、无人机自动化农业、自助商店、实时翻译、远程医疗服务、3D成像“真人”远程视频聊天等各种新技术被广泛应用，其描绘的5G时代离我们似乎并不遥远。
随着万物互联、4K和8K视频实时播放、自动驾驶、远程医疗等应用需求的出现，科学家开始探索开发第五代移动通信系统，也就是现在的5G（5 Generation，第五代移动通信技术）。2014年5月13日，三星电子宣布率先开发出首个基于5G核心技术的移动传输网络。2016年8月4日，诺基亚与电信传媒公司贝尔在加拿大完成了5G信号的测试，数据传输速度达到了现有4G网络的6倍。2017年8月22日，德国电信联合华为在商用网络中成功部署基于最新3GPP标准的5G新空口联接，速率直达Gbps级，时延低至毫秒级。2018年12月7日，中国电信、中国移动、中国联通三大运营商获得5G试验频率使用许可批复，这意味着全国范围的大规模5G试验将展开。而在决定全球通信技术标准的5G方案大战中，中国华为主推的Polar Code以巨大优势击败了其他国家，成为5G短码的最终结果方案，这意味着未来的全球通信技术标准，中国企业将参与制定。
有媒体初步统计发现，从2012年至今，阿里7年来已有6位高管因“腐败”而被调查。包括阿里巴巴旗下淘宝聚划算原总经理阎利珉，阿里影业原副总裁、淘票票原总经理孔奇，阿里集团人力资源部原副总裁王凯以及上文提到的卢梵溪等。
5G通信六大特征
5G作为目前通信技术发展的最高峰，由国际标准化组织3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）定义其三大场景。其中，eMBB（enhance Mobile Broadband）指3D/超高清视频等大流量移动宽带服务，mMTC（massive Machine Type of Communication）指大规模物联网业务，URLLC（Ultra Reliable Low Latency Communication）指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。这对移动通信技术提出了更高的要求，在这三大场景中，5G具有超高速、泛在网、低功耗、低延时、万物互联和重构安全的特点。
超：超高速。5 G一个单基站的传输速率就能达到20Gbps，每个用户可能达到的速度约为1Gbps，比4G网络的传输速度快数百倍。例如，一部1G超高清画质的电影可在3秒之内下载完成。
二低：低时延。研究显示，2G的时延时间为140毫秒，3G的时延时间为100毫秒，4G的时延时间为20到80毫秒，而5G的时延时间仅为1毫秒。科学研究表明，人类在几十毫秒时延内是反应迟钝的，也就是说在时延时间为几十毫秒的时候人们几乎不会有所察觉，5G带来的是超高速反应。有人觉得，4G的几十毫秒时延已经足够日常使用，但现实情况并非如此，在5G万物互联的时代，超短的时延是非常必要的。因为云计算和5G的支持，人类社会将很快实现无人驾驶的推广、商业化。试想一旦人类社会进入无人驾驶时代，高速公路上飞驰的汽车、轨道上急速行驶的高铁、隧道里面装满乘客的地铁……这些交通工具需要保持路况实时更新，以便及时决策，如果遇到突发情况，会立刻发出停止的指令，十几毫秒的延时可能带来毁灭性灾难。
二是将红色文化融入校园氛围。文化对人的影响是潜移默化的，具有一定的隐性特点。应加强校园环境建设，将隐性的文化显性化，强化红色文化氛围构设。一方面，通过建立校史馆、名人室、伟人雕塑等，形成校园红色文化窗口；另一方面，通过开展红色校园广播、组织红色文化活动等方式，使广大师生耳濡目染红色记忆，自觉浸润红色传统。
一低：低功耗。5G要支持大规模物联网应用，就必须要有功耗的要求。人们对某地马路井盖被盗导致行人受伤甚至死亡的新闻并不陌生。试想一下，如果可以将井盖和中央控制中心联接在一起，一旦出现井盖损坏或者丢失，有关部门就能马上做出反应，防止惨剧发生。如果5G不能实现低功耗，就意味着即便所有井盖都能联网，包括偏远、人少的地区，还会面临一项巨大的难题，即如何充电？给这些井盖及时补充能源将会花费超乎想象的人力、物力、财力。但是，正因为5G同时还具有低功耗特性，使得补充能源的频率会大幅度减少。
泛：泛在网。通俗来讲，就是无论何时何地都能联接到5G网。比如，现在的地铁上、厕所里网络信号没有平时那么快，但是当人们用上5G网时，这种情况将不再发生。5G的泛在网特性与构建万物互联相辅相成。当人们需要联网的东西位于郊区甚至非常偏僻的地区时，5G的泛在网特性可以提供极大的技术支持。
互联：万物互联。2018年4月，美国FDA（Food and Drug Administration，食品药品监督管理局）批准了无需专家意见的糖尿病视网膜病变病人的AI软件，识别率高达87%，可见人工智能的发展对人们健康和医疗的改善作用巨大。当你早上起床上厕所时，智能马桶检测到今天的尿液糖分含量偏高，随即手机会接到一个短信，提醒你最近胰岛素分泌可能出现了问题。如果想接受医生的专门诊断，甚至可以直接在手机上预约远程医疗服务，而不需要一大早去医院挂号、排队问诊，就可以得到专业医疗诊治。吃完早饭，你的皮带可能发现最近你的腰围有些增大，通过短信提醒你需要加强锻炼，保持体形。未来，门锁、微波炉、鞋子、水杯等日常用品都将联入网络。在5G背景下，智能化生活会得到迅速发展。
安全：重构安全。安全问题似乎并不是讨论5G的重点，但是正因为5G带来了万物互联，使得重构安全成为5G的一大特点。传统的互联网要解决信息速度、无障碍传输，在5G基础上建立的智能互联网不仅要实现信息传输，还要建立起一个社会与生活的新机制、新体系。5G需要的是安全、管理、高效和便捷。如果无人驾驶、私人信息等很容易被攻击破坏，那就意味着巨大的安全隐患存在。在5G网络建设中，需要充分考虑增加安全机制、信息加密，对于特殊服务应该建立更牢靠、稳固的保护屏障，某些特殊智能体系还需要多系统共同运行保证其顺畅工作，避免受到网络阻塞的影响。
5G发展难题
5G的确可以使人们的生活焕然一新，但其发展也面临许多问题。除了上面提到的安全系统，还存在其他技术制约。中国通信学会发布的《5G通信建设工程技术前沿报告》显示，5G的技术制约主要来源于以下三点：
现在提到5G，大家都会首先联想到华为。早在2009年，华为就一马当先宣布开始5G技术研发，并成为全球首个跟5G“牵手”的设备商。2019年1月24日，华为发布了全球首款5G基站核心芯片天罡（TIANGANG），与此同时，还发布了5G多模终端芯片Balong 5000（巴龙5000），以及基于该芯片的首款5G商用终端华为5G CPE Pro。而对广大用户来说，体验距离最近的莫过于5G手机了，那么5G手机带来的改变具体有哪些呢？
（2）根据冷冻水供应和回水之间的温差与冷冻水量的乘积计算冷却负荷，并将其作为控制冷冻机中运行单元数量的基础。
VR（虚拟现实）内容将是5G时代的优质服务，因为5G能够提供超高速、低延迟的移动网络，承载包含大量数据的VR内容。单看可以给用户带来优质VR游戏体验这一点，5G手机推出必将受到许多消费者青睐，国泰君安证券股份有限公司发布的研究表明，5G换机高峰期将出现在2020—2023年，届时手机出货量将恢复增长。终端厂商推出5G手机的速度会快于基站建设速度，预计2020年5G手机出货量、渗透率将大幅提升。
同时，5G的高频率、大宽带给基站建设带来很多困难。由于天空空间紧张，为5G腾空间而进行整合会影响2G、3G、4G网络。并且5G AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）通常体积大、重量高、迎风面大，天线抱杆承重要求明显高于4G，很多灯杆站无法满足其安装要求。由于5G AAU满负荷功率超过1kW，在3G、4G、5G网络共站的情况下，站点功耗将超过10kW，如果三家运营商多制式共站，机房供电需求甚至能达到30kW，远超现有机房供电能力，需要对现有机房进行扩容。5G空口能提供超高的峰值速率，这也意味着5G网络需要大量光纤传输资源。对于5G基站而言，中传或回传宽带要求高，对站点的光纤资源将造成很大的消耗。
畅想5G未来
工业和信息化部、国家发展改革委关于印发《扩大和升级信息消费三年行动计划（2018—2020年）》的通知里提出，要推动信息基础设施提速降费。深入落实“宽带中国”战略，组织实施新一代信息基础设施建设工程，推进光纤宽带和第四代移动通信网络深度覆盖，加快第五代移动通信标准研究、技术试验，推进5G规模组网建设及应用示范工程，确保启动5G商用。由此看出，在国家政策方面，5G的战略地位已经得到确定，未来5G在政府的支持下会得到长足发展。
首先，网络云化带来规划和运维难题。网络云化使跨层定界、定位面临巨大困难，后期升级过程也更加复杂而低效。边缘计算的引入大幅度增加了网元数目，进而导致建设和维护工作量更加繁重。未来的微服务化，用户需要更多的是私人订制服务，种类繁多而不同，对业务编排能力提出更高要求。传输方面，大宽带传输一旦出现故障，需要快速恢复的技术手段，否则将导致更大的影响和损失。
对于电信运营商来说，前期5G建网需要投资一笔巨额资金，在提速降费的背景下，如果5G资费太高，没人愿意用，就会入不敷出。换机高峰期无疑会给企业带来巨大收益，将这些收益重新投入到基础设施建设和新产品研发中，必然会促进5G进行新一轮发展。如此的良性循环，会很大程度上加速5G商用化。
TCL集团股份有限公司董事长李东生透露，目前在手机产品上可以看到，5G产品和4G产品对比已经发生了一些改变，特别是在流媒体传输方面。他认为未来5G的一大特点是可能会成为一个接收端。例如，以一个家庭为单位，通过5G网络可以支撑起“智能家庭”的运转。另外，在提升物联网应用方面，5G至关重要。除了这些已经明显看得到的应用领域，5G还有很多目前无法想象的应用领域、场景。
其次，网络演进、高密度组网、多天线、多业务等带来规划和建设难题。5G建设初期如果采用非独立组网（NSA）架构，在4G基础上与其共用硬件，虽然一定程度上解决了成本投入过大的问题，却会造成站址约束、多操作配置复杂的问题，后续如果要改进发展，需要多次大规模调整。5G的高频使得5G基站覆盖范围小，需要高密度组网以及更多站型，这给无线网规划、建设、完善、维护都带来很大工作量和难度。
以上问题，究其原因，主要在于： 第一，学科人才储备不足。受学科地位和资源配置的影响，我们这个学科体量小，人才培养未能形成相对完善的体系、类型和层级。尤其是，高端人才匮乏，学科人才流失严重，既影响人才培养的规模数量，又无法保障质量。而且环环相扣，恶性循环。
（2）地方法规方面：截至2017年三季度末，上海、河北、湖北和浙江四省市率先通过了地方综合性信用法规相关立法条例，分别为《上海市社会信用条例》《河北省社会信用信息条例》《湖北省社会信用信息管理条例》和《浙江省公共信用信息管理条例》。在内容安排上，四部法规均涉及信用信息的归集、披露、应用（激励与惩戒/约束）、主体权益保障等共性内容。其中《上海市社会信用条例》对规范促进信用服务发展和信用环境建设进行了专章的介绍。
但是，目前业界对5G的看法有许多不同。麦肯锡日前发布了一份针对全球主要电信运营商的调查，调查了46位来自全球大型电信运营商的首席技术官。该调查表明，多数业界专家认为，5G最可能改变的将是移动宽带和物联网，而不是无线上网和移动应用程序。5G落地的商业模式和经济效益尚未明确，新兴产业可能遇到许多困境。虽然业界对5G技术信心十足，但真正投入大量资金建设5G的运营商并没有想象中那么多。换言之，5G作为前沿技术，并未在很多场景落地。所以大部分企业对5G的态度相对谨慎，仍然在观望5G能够带来的经济效益。
通过该体系的聚磺防塌高密度钻井液在土库曼斯坦阿克里姆地区的应用发现，此类钻井液流变防塌性能良好，通过钻井液中各处理剂的协同增效作用，可有效解决存在已久的井壁失稳、高温稳定性较差和润滑性能不足等一系列老旧难问题，同时具有固相容量高，可加重至密度为2.3g／cm3继续使用的优点，且施工中维护方便，基本上可以满足阿克里姆地区高密度加深钻井的需要，有一定的应用前景，可以考虑在其他地区推广使用。
5G要想实现可持续发展，首先需要在自动驾驶、智能制造、虚拟现实、仿真游戏等领域有所建树，引导传统企业进行专项突破，从而引出行业新龙头。正如3G时代微信代替短信成为人们日常沟通的主要平台，4G时代网络直播实现巨额盈利，5G时代一定也会对互联网企业重新洗牌，出现其他行业巨头。
5G发展还需要政府大力支持，通过开展5G论坛、行业推广会等方式，建立集中沟通平台，推举行业前沿企业分享先进经验、理念，通过共享、高效的思维碰撞形成产业推动力。一个人可能会走得很快，但一群人才会走得更远。互联网企业需要的不仅仅是基础设施共享，还需要信息共享、技术共享。同时，政府需要推动5G相关的产业园区建设，加强龙头企业及相关人才引入，重点推动虚拟现实、自动驾驶、智能制造、智能医疗（如远程手术）、无人机、数字化娱乐、智能家庭、物联城市等垂直行业发展。
由于5G技术能满足机器类通信、大规模通信、关键性任务通信对网络速率、稳定性和时延的高要求，因此，物联网应用场景十分广泛，尤其与车联网、无人驾驶、超高清视频、智能家居等产业深度融合，将为制造业、农业、医疗、安全等各行各业带来新的增长机遇。
作为一个复杂体系，5G在商用化道路上还有很长的路要走。4G改变生活，5G改变社会。在2019年，5G将带来网速加快、商业模式及思维方式蜕变和创新。科技的进步和发展最终将使人们的生活变得越来越便捷，经济发展变得更加具有可持续性。