5G新基建对未来的影响和机遇

2020-12-07江洪王春晓

新材料产业 2020年5期

江洪王春晓

自1973年美国工程师马丁·库帕率先研发出移动电话以来，移动通信已有近半个世纪的历史，如今移动通信技术已经发展到第5代。5G通信，即第5代网络通信技术（5th Generation Mobile Networks），相比4G网络，5G网络具有更高的速度，更低的功耗和在生活生产领域更广泛的应用。5G无线基础设施极大改善了前几代无线通信网络基础设施性能。5G可以灵活适应不同的业务和场景，为行业信息化系统赋能。随着5G技术的不断突破和应用的不断扩展，5G通信对未来各行各业将产生深刻的影响，也为时代发展带来了无穷的机遇和挑战。

2020年3月24日，国家工业和信息化部发布的《关于推动5G加快发展的通知》提出要围绕5G推进“新基建”[1]，“新基建”是我国为应对国内外新形势变化而实施的重要举措。5G新基建的重点包括基础配套设施建设、基础网络设备的研发和部署、5G新型云化业务应用平台的部署、围绕5G的先进制造网络环境（如车联网、物联网等）、5G的安全体系建设等。本文重点介绍5G新基建对未来材料领域、通讯领域和制造业领域发展的影响和机遇。

1 5G新基建对未来的影响

1.1 材料领域

1.1.1 刺激了很多相关材料的发展应用

5G新基建主要涉及的材料有：

①微波介质陶瓷材料该材料是5G通信技术发展的关键材料之一，能够用于300M～30GHz的微波频率电路。

②5G基站电磁屏蔽材料，电磁辐射关系到民众的生命健康，我国对环境中的电磁辐射安全有专门的法律规定。未来5G基站的大量建设，将对电磁屏蔽材料的性能、产量、安全标准等提出更高的要求。

③5G天线材料，天线设计要求新颖性和较好的集成度。传统的主流天线基材已经不能适应高频高速传输趋势，基于聚酰亚胺（Modified PI，MPI）和液晶聚合物（Liquid Crystal Polymer，LCP）材质的天线有望成为主流。5G的推广将带来天线材料的需求增长和技术发展。

④光纤传输材料如光纤光缆材料和光纤预制棒等将得到大量应用。

⑤其他材料，如滤波压电材料，将在5G通讯产业化过程中被大量运用在基站建设和终端的推广应用上;导热尼龙材料因具有更好的散热性能、设计灵活、加工成本较高从而具有可观的发展前景;石墨烯热控材料可用于5G电子设备的散热设计;手机等5G通信终端设备的外壳材料，如3D玻璃、陶瓷等材料，和用于手机中框的金属材料等。

1.1.2 促进了相关材料产业的发展和壮大

不论是5G基站建设还是5G通信终端设备的设计，对材料的选择都將与以往大有不同。如以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）和金刚石等为代表的第3代半导体材料将成为5G时代的热点材料之一。GaN可用于5G基站和5G通信设备领域中的支持高频性能的射频器件制造，GaN市场具有很大的增长潜质[2]。美国、日本以及欧洲发达国家已经在积极开展5G相关材料研究的战略部署，一些关键元器件和相关材料仍然掌握在境外国际大厂中，中国相关厂商也在开展生产布局，5G材料的市场争夺战已经打响。

1.2 通讯领域

5G新基建为通讯领域带来的影响有：

一是将带来更密集的5G通信基站布置和更全面的通信基础设施建设。5G通信基站是5G通信组网的核心设备，但是其基站信号的辐射范围小，需要采用更密集的方式布置5G通信基站，通常采用宏基站和微基站组合的方式或微基站和微基站组合的方式，从而达到区域信号的全覆盖[3]。5G基站建设了也带来了设备耗电剧增，电费压力大以及站址协调问题等挑战。我国3大运营商将规划布局建设大批量的通信基站，包括宏基站和微基站，预计2020年将完成50万座5G基站建设[4]，逐渐完成全国的5G信号覆盖。5G新基建如火如荼的开展，5G商用拍照的发放等，中国5G技术在通讯领域的实践应用越来广泛。

二是将带来通信设备市场的快速增长。大数据时代数据流量爆发以及对数据中心的大规模投资将进一步加快我国通信网络建设，同时带来了相关材料和技术的大量需求，预计我国2020年通信设备的市场规模将达到3 086.9亿元[5]。

三是5G替代传统工业通信网络。通信不仅是“人与人的通信”，也是“人与物、物与物的通信”。传统的制造业通信方式是有线的工业通信网络，需要与通信设备进行匹配部署。无线通信比有线方式更加合适，特别是在离散制造业中。我国上一代的制造基建基本不支持无线网络，5G在其技术性方面可以全方位替代传统的工业通信方式[6]。5G可以通过多输入和多输出（Multiple—Input Multiple—Output，MIMO）与同一区域的设备进行通信，实现设备之间的数据交换。

四是对于电信通讯行业的影响。5G新基建的开展和5G通信技术的普及促进了中国政府机构的改革，有望扭转3大运营商各行其是的局面，运营商的套餐费用等策略也会有相应的改变。有望使运营商的通信业务进行宏观整合，构建一个全方位、高效率、高质量和多维度的业务服务网络。5G有望使电信通信技术手段不断得到升级换代，使电信通讯行业从“媒介”的角色转换成“媒体”的角色，使电信通讯成为新闻传播的重要力量[7]。5G时代电信传播的影响力将日益扩大。

五是促进5G移动通信终端设备的制造和产业多样化发展。对于手机制造商来说，5G影响了自身的产品设计和定位以及未来新的市场战略的形成，5G不仅对通信设备制造商产生巨大影响，也将改变个人用户的通信方式，提高针对个人用户的移动通信质量。

1.3 制造业领域

1.3.1 促进制造业企业的转型升级

①企业由生产型转向服务型：5G技术使得制造业企业能够与客户实现更充分的交互，进而更有针对性地为客户提供个性化服务。

②企业向高效化转型升级：利用5G传输优势实现对作业地远程控制和环境监控，对设备情况进行实时掌控，能够降低制造业企业的维修成本，提高产品质量和保障水平。5G技术和工业互联网的协同能够助力企业技术升级和管理优化，实现跨企业、跨部门之间的精准对接，促进企业的高效化和智能化运作。

③促进制造业企业走向智能化、无人化。通过5G技术实现远程对生产设备的无人化控制，从远程协同、实时对接到精细化无人化管理和智能生产、远程运营，从整个生产环节进行控制，大大提高了制造业企业整体的智能化水平。

1.3.2 “5G+智能制造”得到更广泛的应用场景

“5G+智能制造”，是指在智能制造中融合5G技术，5G为智能制造赋能。“5G+智能制造”可以应用于智能化的生产、服务、网络和个性化产品配置[8]，不仅在智能制造系统中有诸多应用，还可以应用于以下行业：

①电力装备行业，主要包括风力、火力、水力发电和核电、燃机等方面。这些应用要求实时监控和高精度的质量检测。电力行业新基建的重要环节之一是特高压输变电，其中需要大量5G技术的应用。5G与智能电网的结合能够实现更加清洁友好的发电、更灵活的配电、更多样的用电等，能够实现智慧能源网络的建立。

②电汽行业，电汽行业的生产制造需要强大的监造系统，5G监造系统目前还在研发阶段。

③智慧物流行业。5G技术可以为智能制造过程中智能物流规划、物流管控等提供数据通道保障。5G赋能交通领域能实现车路协同、人车协同，让交通出行更加“智能化”，有利于减少物流运输成本，提高运输安全性。

④其他与制造业有关的应用，如云化机器人、柔性生产、辅助装配、多工厂联动、机器视觉、智能立体仓库[9]等领域也具有广泛的应用。

2 5G新基建带来的机遇

2.1 材料领域

5G通信技术将覆盖众多产业，每一个相关的材料领域都将可能带来可观的增量市场，这是一场创新的革命。不论是5G基础设备的制造还是5G产业链的上游和下游，都离不开材料企业在一些关键材料上取得的进展，5G基建相关的一些关键技术如GaN材料为代表的半导体材料和技术发展和应用在全球领域尚且处于起步阶段，在技术开发、市场渗透和产品验证等方面仍需要进一步突破。我国在这方面的整体竞争力与国外先进企业对比仍然有较大差距[10]，大量核心、关键材料需要依靠国外进口。

5G对GaN等关键材料的市场需求增长非常明显，如果我国在这个起步阶段中抓住机遇，不仅有机会缩小差距，甚至有望在未来的国际竞争中实现弯道超车，关键材料的生产也将占有一定的市场份额。我国的优势在于我国拥有15亿的移动通信用户，拥有最大的无线通信网络，最强大政策支持。当前，我国5G相关材料企業在GaN射频功率器件上已经有所布局，如苏州能讯高能半导体有限公司的4英寸GaN芯片生产线已经建成。我国企业要紧随新基建的发展大势，强化自己的制造和研发能力，提前做好技术、产能、人才等方面的战略布局，集中攻关，做到关键材料自主可控，才能在5G相关材料领域站稳脚跟，确保我国5G产业的安全健康发展。

2.2 通讯领域

5G通信基础设施建设目前尚存在管理难度大、建设成本高、设备能耗高、布局欠合理、群众健康担忧、基站地址受限等挑战，这是我国在5G基础设施建设中反应出的普遍问题。这就要求厂商要不断进行技术研究和创新，较早发现问题和研究解决策略，加快推进5G基础设施网络的部署，制定切实可行的5G基站建设方案，对于我国5G通信的发展和普及是一个机遇。5G网络的覆盖为未来进一步开展旅游、商业、金融等领域内5G技术的应用打下了坚实的基础。

5G通信的各类终端设备在发展中仍然存在设计、商业模式、器件材料等方面的挑战。为加快我国5G通信终端设备的产业能力，首先要对5G网络应用与通信终端设备的推进进行协同，从技术、政策标准、产业等方面进行产业协同[11]，然后要推动通用模组的研发，形成统一的产业标准，另外要加强器件材料的研发，国家和社会应加大对5G通信终端设备产业环节的投资。

5G能够支持海量机器设备之间的通信，通过云端和工厂数据进行无缝传输，实现对大量工厂设备进行管理和优化。5G技术以超高的可靠性、万物互联的特性和超低时延的优点实现企业内人、物和机器之间的连接，同时结合基于5G的工业通讯产品，将极大地提升企业的运作效率、灵活性和生产力。在工业结合5G技术的时代，中国将迎来巨大的发展机遇，随着“新基建”等有利于产业的政策不断落实，中国正在打造属于自己的“5G生态”，描绘未来的工业新图景。

5G时代各类电信通讯传播属于“新大众传播”领域[7]有着巨大的发展空间和可观的产业规模。全球信息高速公路的搭建凸显了电信通讯技术的媒体功能，电信传播迎来大繁荣时期。电信通讯行业应当抓住机遇，担当起国家的舆论宣传重任，发挥大众传播的功能和作用，完成电信传播由“媒介”到“媒体”的角色转变。

2.3 制造业领域

我国一直关注制造业质量的发展，将5G与工业互联网融合起来有利于推动制造业的数字化、网络化和智能化转型。我国是制造业大国，拥有最完备的产业体系以及全世界的加工制造业基地，在不久的将来将积极探索将5G应用于工业化、信息化领域的研究，从中央和地方共同引导和扶持“5G+工业互联网”融合的智能制造业发展[12]。我国在智能制造业的商业模式、企业合作模式、工业应用模式等方面还有待进一步清晰和加强，对5G通信由起步阶段向应用的成熟化阶段过渡的当今来说，这是一次巨大的机遇。新型智能制造业的建设需要物联网、物流追踪、自动控制、工业增强现实（AR）和工业机器人等工业领域的共同参与协同，而这些都离不开5G的技术支持，5G也会同时带动这些领域的变革和发展。

有机遇同样有挑战，如要实现制造业的全面升级转型及相关工业领域技术的更新，需要企业进行大量的资金支出;5G时代的高技能专业人才需求激增，人才缺口拉大，对新型智能制造业的发展产生了制约作用[13]，还要考虑5G技术服务于制造业会带来的安全问题等。

3 结语

以5G为首的“新基建”能够推动建立万物互联、万物智能的数字化社会。5G技术是新时代基础设施建设中的最底层技术，底层技术的创新能够带来巨大的应用，这是一个长期的发展过程，不可能一蹴而就。5G技术通過对不同的产业进行赋能，与云技术、边缘计算和人工智能等技术融合，能为不同行业不同领域带来深远的影响。从长远角度，5G新基建能够促进我国经济的转型和创新发展，实现经济长期可持续发展。5G基础设施建设和5G技术应用中积累的中国经验，对于世界范围5G建设来说有重要的借鉴意义。我国应当抓住机遇，从政策发制、技术创新、产业链和人才等方面抢占制高点，形成中国5G产业发展的核心竞争力。

参考文献

[1] 张华荣，胡泽霖.5G新基建——夯实经济高质量发展“数字底座”[J].广东通信技术，2020，40（8）：9—11.

[2] 佚名，5G关键材料——第三代半导体材料市场发展简析[J].功能材料信息，2019，16（4）：14—15.

[3] 李朝，曹晓林，程宗庆.多功能灯杆搭载5G通信设备应用探讨[J].灯与照明，2020，44（2）：56—58.

[4] 傅文军.探讨新基建环境下的电信运营商运用5G发展工业互联网策略[J].中国仪器仪表，2020（04）：27—30.

[5] 石岩.5G时代，如何影响我国通信设备发展 [N].通信产业报，2019—03—25（08）.

[6] 罗振.5G技术赋能离散制造业智能应用[J].信息通信技术，2020，14（3）：12—18，30.

[7] 曾静平.5G时代电信通讯行业的深刻变化[J].人民论坛·学术前沿，2019（21）：46—51，69.

[8] 徐洪海，朱金凤.5G+智能制造，推动制造业数字化转型发展[J].电气时代，2020（6）：14—18.

[9] 杨骅，王雪颖.5G新基建打造数字社会新图景[J].移动通信，2020，44（8）：66—72.

[10] 陈秀芳，杨祥龙，徐现刚，等.第3代半导体材料在5G通讯领域的发展与机遇[J].新材料产业，2018（1）：43—46.

[11] 王扬.5G终端加速发展行业市场全面打开[N].人民邮电，2020—07—30（06）.