新时期5G无线通信技术发展跟踪与应用研究

李 维

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023）

0 引 言

5G即第五代移动通信技术，其性能目标是高数据速率、低延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。5G技术下，按ITU IMT-2020规范要求，它的信息传输速率高达20 Gb/s，可以实现宽信道带宽和大容量多元通信。新时期，5G无线通信技术得到了更多重视，本文就其发展和应用进行分析。

1 我国5G无线通信技术发展与应用现状

1.1 我国5G无线通信技术发展现状

现状上看，我国是全球范围内较早进行5G研究、研究范围较广泛、发展前景较理想的国家之一。2019年10月31日，我国三大运营商（移动、联通、电信）公布5G商用套餐，并于11月1日正式上线5G商用套餐。早在2017年，我国工信部发布了5G中频频谱信息。到2018年2月，我国华为集团已经完成了5G模式下的通话测试。2019年，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，标志着我国5G技术已经迈入商用阶段。2019年9月，我国华为公司结合自身研究成果，呼吁国际社会给予协同合作，为5G的全球化应用提供保证。

1.2 我国5G无线通信技术应用现状

我国5G无线通信技术在应用上尚未实现普及，以区域集中和行业集中模式为特点。区域集中是指部分经济发展态势较为良好、通信需求旺盛的区域，已经率先推出5G商务服务，如北上广深以及其他地区的核心城市、大城市等。例如，辽宁省沈阳市三大运营商（移动、联通、电信）给出了商务套餐面向个人用户，也面向企业、组织，在较短时间内已经形成了具有市场竞争力的产业。目前，其他地区理论上也可应用5G技术进行通信作业，但尚未形成规模化效应。行业集中是指部分通信活跃度较高的行业，优先引入了5G无线通信技术，如远程医疗、急救服务以及无人机信息采集等。现阶段，普通民众对5G技术的接受程度较为有限，仅有不足0.8%的个人用户应用5G技术进行通信。

2 国外5G技术动态评析

2.1 应用的点状分布

国外对5G技术的应用和发展较为重视，且呈现出与我国不同的特点，其应用带有明显的点状分布特色。点状分布是指大部分国外通信活动依然以4G技术为主，仅有少数地区实现了5G商用化，集中于部分大城市。例如，欧盟早在2014年即启动了5G技术研究，但由于5G商用耗资过大，即便德国、法国等发达国家也并未完全推动5G商用，仅在汉堡、巴黎、慕尼黑和柏林等少数大城市进行通信基站建设。值得注意的是，在德国部分地区，民众对5G技术的认同感并不高，认为该技术并未从根本上改变生活、工作质量，且可能导致传统通信行业受到进一步挤压，造成失业等社会问题，限制了5G技术的应用。

2.2 发展的面状扩展

以韩国、日本、美国为代表，具有发达通信技术的国家在进行5G无线通信技术研究时，均呈现典型的面状特点。通常不强调集中资源于某一个、几个技术环节，而是着眼于技术的全面优化和更新、运用。例如，韩国三大运营商SK、KT与LG U+同步在韩国部分地区推出5G服务，并各自选派优势技术人员、抽调资金，就当前自身技术优势尝试融合发展。一方面韩国自身的通信需求有限，其运营商尝试同行合作的方式发挥优势，抢占国外市场；另一方面不同运营商技术优势不同，在融合发展的模式下有助于全面推动5G技术进步，对其民族通信技术和产业发展具有积极作用[1]。这一模式对我国也具有积极的借鉴意义。

3 新时期5G无线通信技术发展与应用的趋势

3.1 5G无线通信技术发展趋势

从趋势上看，新时期5G无线通信技术发展强调3个方向，即抗干扰、高稳定性以及高效率。抗干扰是指在5G技术下，通信活动可更有效地应对其他电磁信号、类似带宽信号、谐波以及其他非计划磁场的破坏（如金属矿），提升信号可读性。目前，我国在该项研究上以复用技术为核心，即采用此前通信活动中广泛运用的信号复用模式，将多个信号集中于若干通信条件较理想的信道中，之后给予降噪提纯，效果尚可，但并没有从根本上解决干扰源破坏。美国学者的研究具有一定的前瞻价值。部分美国学者提出了高频通信模式，采用频率明显高于常规频段的信号进行信息传输，可避免来自相似频段信号的干扰。但是，该模式下需要对大量的通信设备和终端进行技术改造，耗资较多，仍缺乏可行性。

稳定性方面。从技术现状上看，5G模式理论传输效率可达到20 Gb/s，但在非实验室环境下始终无法达到该水平，甚至无法达到200 Mb/s。进一步分析表明，多个因素影响信息传输稳定性，包括里程、信号强度和设备能力等。有学者据此提出了多阵元理念，即在无线通信的终端进行技术改造，增加其对5G信号的捕捉和收集效果，使所有信息得到有效收集，进而提升通信稳定性。目前，包括我国在内的多个国家的通信服务商启动了对应研究，也取得了一定进展，但尚未完全投入商用阶段。

通信效率方面，各国研究进展均较为有限，商用阶段的5G技术无法达到实验室通信水平，且影响因素多样，意味着尝试完全发挥5G技术的优势，需要通过大范围、系统化的改造通信架构，包括设备、云端处理模式等，所需资金需求巨大。在市场尚未完全形成的情况下，各国均未进行全面商业改造[2]。

3.2 5G无线通信技术应用趋势

应用趋势上看，5G无线通信技术价值得到逐步认可，可逐步实现目标群体总数的扩大，但群体类别可保持稳定。从群体类别上看，个人用户、企业组织和机关单位为5G无线通信技术的主要目标群体。其中，个人用户较为分散，但通信业务总量巨大，且分布在我国各个地区，是未来商用模式下5G无线通信技术的主要市场。企业组织对5G无线通信技术的需求较为恒定，大企业往往在技术商用阶段优先进行技术改造，中小企业缺乏大量信息的交互需求，其技术改造和运用需求不高。机关单位对5G技术的应用带有差异化特点，部分数据信息产生量、处理量较多，对交互要求高的组织会尝试进行技术优化，如医院等。

用户总数增加是5G无线通信技术应用的基本趋势。例如，我国当前实现5G商用的城市较多，已经覆盖了90%以上的用户群体。但是，应用5G技术的个人用户仅为无线用户总数的0.8%左右。进一步分析发现，5G终端更换、套餐价格等一定程度上限制了其应用范围。市场上价格较低的5G终端（智能手机）也在4 000元左右，目前尚无3 500元以下的5G手机，均价为6 952.4元。价格最低的5G商务套餐为128元/月，均高于传统4G手机和服务模式。个人用户对通信效率的要求相对不高，5G技术在传输效率上的飞跃并不足以改变用户的消费习惯。随着5G智能手机的价格下降、套餐内容优化，其对个人用户的吸引力有望持续增加，正如4G技术取代3G技术一样，5G技术也将最终成为市场主流。

在此前美国麻省理工学院学者的研究中，美国2020年年底的5G用户总数有望突出1.2亿，较2019年增加50倍，我国学者的研究亦获取了类似成果。在此前工信部公布的数据中，2018年我国净增移动电话用户达到1.49亿户，总数达到15.7亿户，移动电话用户普及率达到112.2部/百人，比2017年末提高10.2部/百人。目前，全国已有24个省市的移动电话普及率超过100部/百人，我国移动宽带用户总数达到10亿户以上的规模。2019年作为5G技术应用元年，用户总数已经达到800万人以上的规模，到2020年底，我国5G个人用户总量有望达到5 000万以上[3]。值得注意的是，我国对5G技术的研究仍在继续，且部分地区的基站建设、通信设施完善活动正在加速，这为我国5G技术的应用推广提供了支持。

4 结 论

新时期，5G无线通信技术发展与应用态势良好，其发展和应用以当前模式为基础，具有广阔的未来空间。目前，我国部分地区已经实现了5G技术的初步应用，发展现状良好。国外5G技术的应用带有点状特点，发展则呈现多技术、多重点的同步化。趋势上看，5G无线通信技术发展将更重视抗干扰、高稳定性及高效率，技术应用趋势上带有目标群体类别相对固定、总数扩大的特征。