5G通信的应用以及未来发展探讨

吴俣

摘要：2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布已成功开发出第五代移动通信技术，随后5G进入人们视野。中国三大通信运营商于2018年获得5G牌照。随着5G的商用，人类将进入一个移动互联、智能感应、大数据、智能学习等整合起来的万物互联时代。5G的概念以及产生背景介绍，5G的商用产生的影响，5G面临的人才稀缺，网络安全，能耗剧增的实际问题。5G之路道阻且长。

关键词：5G通讯;商业运用;网络安全;能耗高

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：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

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，英文名称：5th Generation Mobile Communication System 英文缩写：5G。具有高速度，低延时支持海量链接和高速移动的特点。

2 5G商用背景

5G技术近期大应用：2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信技术（5G）的核心技术，预计于2020年开始推向商业化。2015年5月29日，酷派首提5G新概念：终端基站化。2016年1月7日，工信部召开“5G技术研发试验”启动会。2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。中国三大通信运营商于2018年迈出5G商用第一步，并力争在2020年实现5G的大规模商用。

5G技术以及其应用已经上升为国家战略，随着5G技术的商业化进程，需要更多的基础设施建设。而这需要大量的资金投入。国家和大型国有企业将是这场建设的主要资金投入方。市场资源的需求将加大，并会产生一些材料的供应商的出场，壮大其生产规模，这是一个良性循环。

3 5G技术配套环节

3.1 通信终端设备生产商

5G技术的应用需要与之配套的终端使用设备。5G设备要求具有支持多种不同无线制式，并且要做到相对低成本。同是也给终端设备提出了诸如待机时间、散热工艺和电池技术等方面相对于4G来说更好的要求和挑战。目前中国市场上的手机生产商主要是华为、小米、oppo、vivo等。电脑生产商有联想等。这些企业如果能及时推出相应功能的设备将会有助于其抢占市场，或者有利于产品市场份额的重新洗牌和布局。

3.2 网络运营商

对于中国三大通信运营商而言，需要加大其网络基础设施建设，满足大数据流量的访问需求。当然这同样需要有大量资金的投入，从而促进相关的投资。

对于5G有两种不同的组网形式，分别是SA（STANDALONE独立组网）和NSA（NON-STANDALONE飞独立组网）。

所谓NSA与SA的差别在于，NSA是非独立组网的网络架构，利用4G核心网发展5G网络。而SA组网则是建立自己的5G核心网，所谓“另起炉灶建5G”。从网络架构及应用场景来看，SA组网都远远优于NSA组网。所以从长远来看，SA组网一定是未来。[1]

李克强总理提出的“提速降费”战略和“互联网+”战略正是基于5G时代的即将到来，为中国第三产业创造新的经济增长点。

5G时代的到来将会使信息量的井喷式增长，网站、自媒体、移动端app等产业加速发展，然而对于报纸，电话通信等传统行业可能会加速其更新迭代甚至退出历史舞台。

4 5G 商用应用场景

4.1 新时代的教育

5G时代流量费更低，传输速度更快，网络延时更低。一些学校将一部分资源上传到网络端，课堂的使用效率得到提高，学生将利用课余时间在家中自主学习。十年前幻想的不去学校就能学到知识的想法可能变为现实。例如江苏省无锡职业技术学院很好地利用了这一点。他们将一些教学讲义和ppt文件放置于一款学习app上，课后学生需要上app浏览相关扩展知识并完成相关练习。

课后有偿辅导将会进一步扩大网上学习辅导的市场份额。例如某学习app推出了1对1辅导，随着5G技术的发展，用户可以承受更高清的视频通话，提高了视频课程的流畅性增强了师生之间的交流互动，提高了学习的效率。

4.2 5G与人工智能

人工智能所需要的感知系统都要和外界进行沟通，这都需要用到5G，5G与人工智能之间的依存关系是与生俱来的。

对于人工智能来说，因为它具备机器学习能力，可以对数据进行过滤、整理以及深度分析，并从中汲取知识经验来提升自己。对于国内企业而言，在数据方面的优势则有助于人工智能的发展。然而，在数据规模持续上升的同时，数据传输与存储的压力也会越来越大，特别是在人工智能技术应用过程中，对于数据传输和处理有着更为严格的要求。因此，5G技术对人工智能技术的发展十分重要。

4.3 5G万物互联

随着5G的广泛应用，一些应用终端设备加入了网络通讯功能。例如网络+汽车形成车联网以及无人驾驶技术。网络+交通形成智能交通体系。还有如：智能家居，家居安防、智能医疗、现代农业、云计算、大数据等等。

5 5G未来发展

5.1 5G发展的背景因素

在过去30年间世界互联网世界发生着很大改变，首先CPU（中央处理器）芯片的算力提高了100万倍，第二，存储容量扩大了100万倍，最后得益于光纤通讯的发展，网络通讯速度也提高了很多。这三个条件为4G以及正在试运行的5G做出了重大贡献。

5.2 5G发展面临的人才问题

互联网行业释放出最多的就业机会，在全行业占比近三成。工程师类职能最紧俏，网络安全工程师跻身前二十。[2]

根据上图我们知道互联网就业情况的供给都排在了各行业的第一位，但是也可以看出互联网行业的人才供给仍存在10的百分点的缺口。在2019年上半年10个热点领域中，猎聘大数据研究院研究了每个领域的热招职位，发现核心职能的需求量总体较大，企业提供的平均薪资也相对较高。在薪资方面，各热门领域都处于中等偏上水平，最高的月薪是5G领域的架构师，为42830元。[2]

5.3 5G面临的安全问题

纵观近几年的通讯技术发展过程，对于安全的考虑和保障措施也越来越深入。从2G网络对空口的信令和数据进行了加密保护，并且采用了网络对用户的认证。3G网络采用的是网络和用户的双向认证，解决了2G网络的安全漏洞。3G空口不仅进行加密而且还增加了完整性保护，核心网也有了安全保护。4G相对于3G而言，依旧采用了双向认证安全保护措施，而且还增加了独立的秘钥保护不同的层面（接入层和非接入层）的数据和命令，同时核心网也更加安全。

对于5G网络来说更多的是通过无线方式进行数据的传输，将人与人的通讯，扩充到人与机器，机器于机器的通讯。由于电磁波开放式传播造成的无线链路的脆弱性，移动通信系统的安全问题依然非常突出。面临着功能日益强大，数据量与日俱增的智能终端，多种异构网络的融合等各种安全威胁。

安全问题解决方案。对于安全问题可以通过两方面去考虑。

1） 物理层安全。物理层的安全加密是从根本上解决了无线通讯安全的问题。采用信源加密避免信息泄露，和采用序列扩频/跳频、超频等调制解调技术，提高信号传输的隐蔽性和信息还原的复杂性。近来，利用无线信道在时空频域具有多样性、时变性，设计安全传输方法成为新的研究热点。

2） 网络域安全。即在终端接入隧道保护机制，增强双向认证机制。对终端接入的隧道和用户接入的加密协议过程都进行保护，确保所有与用户的身份信息相关的信息都进行加密。为防止伪基站问题，需要将认证数据和无线传输链路进行强行绑定，实现终端和核心网，以及终端接入网之间的双向认证机制。5G是一种多接入式的网络系统，所以需要采用与无线接入无关的统一认证机制。[3]

5.4 巨大的功耗和用电负荷

上图是张4G和5G功耗对比图。拿中兴对比发现4G的AAU/RRU的功耗289W相同情况下，5G在满负荷下的AAU/RRU平均功耗为1127W，平均功耗约为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为用电量的增加，电费的增长毫无疑问将增大运营商的压力。最重要的一点就是电源设备的扩容。对于5G的网络架构、空口传输、核心网数据分发和网络管理等技术带来挑战。

5.5 5G终端设备发展缓慢

对于5G功耗相较于4G而言有明显的增加，所对应的5G的终端设备也要更新换代。新的终端设备需要采用更高工艺制程的芯片，更节能的期间材料，更科学的散热方法，以及通过AI技术对设备功率进行动态控制。

在当前情况下，如无法解决功耗问题，这将会直接影响到设备的设计和生产。在加之5G商业模式和需求仍不甚明朗，设备生产商很难有动力去发展5G智能设备。反而选择安稳的生产无论是技术还是需求都相对成熟的4G设备。

5.6 增强发展的动力

（1） 人才战略

要扶持培养人才，加大建立国家人才库。重点培育几个高校及科研院所在5G领域的研究和探索，鼓励人才创新。

（2） 国家战略

国家应该把5G技术作为一个重大国家战略去发展引导。

（3） 立法

通过立法以及完善相关法律法规，保护5G以及相关领域的知识产权和专利技术。

参考文献：

[1] CSDN微信公众号 文章《华为主导5G入网之争》2019-7

[2] 猎聘2019上半年中高端人才就业现状大数据报告[S].2019

[3] 小火车，好多鱼.大话5G[M].电子工业出版社，2019.

【通联编辑：梁书】