浅谈农村地区5G网络的建设和应用

姚擎云 巫受靖

中通服咨询设计研究院 江苏 南京 210019

引言

我国是农业生产大国，拥有广袤的农村，农民占比过半。2005年党的十六届五中全会上，“三农”问题被正式提出来，十五年来“三农”工作始终被放在国家发展的重要位置。2018年5G拉开序幕，2019年我国三大运营商的5G建设工作走上正轨，到2020年上半年全国的5G基站建设工作迎来了第一波小高潮。目前看来各大运营商均采用先覆盖城区，再建设农村的工作策略；农业农村部印发的《数字农业农村发展规划（2019—2025 年）》提出，积极开展 5G 技术在农业农村中的应用研究，建立健全 5G 引领的智慧农业技术体系。这一切都表明了我国农村地区的5G建设必然是国家的工作重点。以此为契机，本文浅谈农村地区5G网络的建设和应用。

1 5G性能及应用

移动通信技术一般以10年为一代，从1G“大哥大”时代到现在的5G(第五代移动通信技术)万物互联，移动通信已走过40年，相比于前4代技术，5G有诸多优势。

图1 通信行业年鉴

1.1 5G性能指标

速率更快：能达到0.1～1Gbps，是4G的10倍；超大的连接量：可达到每平方公里一百万的连接量；空口时延更低：1ms，是4G空口时延的1/5；移动性更快：能达到500+km/h，是4G的4倍；峰值速率更高，能达到10～20Gbps，是4G的20倍；流量密度更大：能达到每平方公里10～100Tbps。

1.2 5G应用场景

5G有三大业务场景：大规模物联网（海量机器类通信）mMTC（massive Machine Type Communications)、高可靠低时延通信uRLLC（ultra-reliable low latency communications）、增强移动带宽eMBB（Enhanced Mobile Broadband)。

mMTC代表了5G时代是真正的“万物互联”时代，目前，在这方面比较常见的发展是NB-IoT（窄带物联网）。以往的Wi-Fi、Zig Bee、蓝牙等无线传输技术，属于家庭用的小范围技术，而5G技术在大规模连接上的应用几乎是蓝牙的超级加强版，每平方公里的连接数达到了百万级别，加之其低功耗的特点，可充分应用于智能家居、可穿戴设备、智能交通、智能测量、智能监控、智能电网、智能农业等场景。

uRLLC具有高可靠、低时延、极高的可用性等全新特性。单向空口时延1ms，可靠性99.999%，被业界广泛认为可以应用于工厂自动化、工业控制、智能电网、设备、车联网通信、远程手术等场景。比如无人驾驶等业务：3G响应为500ms，4G为50ms，5G要求0.5ms。

eMBB以现在的移动宽带业务场景为基础，在用户体验等性能方面做出了巨大的提升，针对大流量的移动宽带业务，5G所带来的直观感受就是网速的大幅度提升：0.1～1Gbps的平均速率、20Gbps的峰值速度、移动性500Km/h、流量密度10Tbps/Km²，这些性能带来了全新的应用场景：云端机器人、虚拟/增强现实等。

2 5G在农村地区的网络建设

2.1 浅析农村4G网络建设

截至2020年，全国的4G网络建设基本告一段落，接下来不会再有大规模的建设，主要以补盲和网络优化为主。回顾过去10年的4G建设，农村地区网络设施投入明显低于城市地区，无论是无线基站的数量还是有线光缆的投入，农村地区更侧重的是“有信号就行”，而不是城市地区的“信号优质”。当然这些都与城市和农村的人流、产业、工业、商业等方面息息相关，4G时代，网络的覆盖对象主要是人，有人的地方就有信号，人多的地方则要求信号优质。最终的结果就是，4G建设工作进行到2020年，城市地区宏站、室分、微站处处开花，4G信号地下室都飘绿；农村地区的话普遍只在发达乡镇、一般农村乡政府所在地等区域有信号。

2.2 农村5G建设问题分析

相比于4G网络，5G网络的建设有本质上的不同，于是带来了许多摆在眼前绕不开的问题。5G的覆盖对象不仅仅只是人。“万物互联”需要对所有工作的“物”提供网络服务，比如一棵树，比如一台挖掘机等。那么和4G不同的是，5G的规划思路需要改变，覆盖目标应该结合农村的规划，将5G的产业应用需求纳入网络的规划中来。

2.2.1 5G的覆盖距离更短。相比于4G在农村地区五六百米甚至千米的覆盖距离，5G由于其更高的频率，导致了覆盖距离上的缩短，农村地区在无明显遮挡的情况下，覆盖距离在400米左右，那么基本上4G时代比较常见的一个站覆盖多个村落的情况，在5G时代的农村网络建设中会不常见。因此，运营商不应该只依靠现有基站资源来实现5G的覆盖，根据需求，该补点的需要补点；同时，做2个扇区就能解决的地方不要做3个扇区。

2.2.2 5G的投资更大。主要体现在基站设备、传输资源、配套资源、耗能等方面。目前看来，相比于4G设备，5G基站设备的成本在4G的基础上翻了一倍；光缆资源的需求比4G更高，并且根据各家运营商现状来看，农村地区4G建设时，光缆基本上是按需敷设，冗余度不足，那么剩余的光缆资源基本不足以支撑5G大面积利旧，光缆需要新建。

2.2.3 配套方面。5G一体化天线比4G天线+RRU更重，农村有大量的杆塔都是3G+4G的网络制式，甚至在一村一站的地方，几家运营商共享的情况很普遍，那么就存在现有杆塔无法改造的情况，需要新建杆塔；机房内，5G整站设备的功耗是4G的4倍以上，那么对电源的要求更高，就会存在电源需要改造，电池需要替换或新增，机柜需要替换或新增的情况，甚至需要新建机房的可能性；5G的高耗能也意味着高电费，特别是前期建设中，在终端未普及的一大段时间内，运营商基本上是高投入零回收。

上面的三点得出一个结论：5G的覆盖能力不如4G，但是5G的需求量比4G更大，同时5G给运营商带来的成本支出远超4G，并且在5G建设的初期无法得到经济效益的回收。这是摆在运营商面前的难题，也是摆在我们国家5G建设道路上的一块拦路石，因此农村的5G建设需要多方共同努力。第一，运营商的5G建设思路应该由“人”到“物”，或者说由“覆盖”到“应用”，摆脱网络只是为人服务的固有观念，从规划初期开始，就将农村的5G产业发展作为5G建设的重要依据，实现农村的点覆盖，按需覆盖，按业务覆盖，而不是一味地追求广覆盖，天线往平打，信号满天飞。第二，巨大的经济压力不能让运营商独自扛起来，比如铁塔公司可以适当降租，电力部门应合理降低电费，当地政府可以协调村委会对通信企业降物业租金，若是对公业主的话甚至可以协调免除部分物业租金。为了响应国家运营商降费的号召，多方应共同努力，才能让农村地区的5G建设工作顺利开展。第三，农村地区的5G新建站，会涉及各种审批手续，当地政府可以优化相关的审批流程，并且对老百姓做好5G的相关宣传工作，为5G建设工作的顺利进行铺平道路。

简而言之，5G在农村地区的建设有别于4G，运营商需要转变思路，多方需要加强协作，勇于分担责任，共同促成5G建设工作的顺利进行。

3 5G在农村地区的应用畅想

3.1 数据的采集更加方便

近年来，大数据的研究及应用引发了社会的广泛关注。利用传感器等技术采集农作物各个环节的信息数据，通过 5G 网络上传到云端服务器，运用大数据等先进技术对采集到的海量数据进行分析处理，进而提供精准的农资配方、智能的管理决策，达到农业增产、农民增收的目的[1-2]。

5G技术低延迟高速率缩短了农作物各项数据获取的时间，降低了对农作物各个环节数据把控和分析的难度。目前不少地区的温室大棚已经引进各种智能化管理手段，比如各种监控探头、温湿度传感器、环境监控系统等。当5G网络铺开后，这种智能化管理水平将会上升到一个新台阶，智能化监测+智能化分析+自动操作+百万连接的5G网络支撑，5G时代的农场、农田将会空无一人，却又“处处是人”。

3.2 农用机械的“无人驾驶”

利用5G超高可靠性低时延的特征，“无人驾驶”及时可以在农田里、土地里得到广泛的应用。城市街道、高速路上的无人驾驶虽然也是一个很好的方向，但是一旦出现误差就可能造成比较严重的后果；但是在农村地区，无人驾驶的拖拉机、挖土机在农场农田里跑，有点偏差，影响不比城区大。并且通过5G技术，农用机械在正常工作的同时将周围的作物影像资料进行记录，用于农业大数据的精准分析和管理。未来五一劳动节可能就是大家看机器劳动了。在这大胆猜测，未来“无人驾驶”的应用，农村地区不会比城市地区差。

3.3 “智慧农业”平台的应用

依托5G技术，构建“智慧农业”一体化管理平台，平台下设各类功能板块如智能化种植养殖体系、耕地质量监测系统、自然灾害和病虫害监测系统、农产品溯源体系等。

农民可通过这类平台，掌握农场、农田的所有信息，农场主能第一时间掌握牲畜的育种、饲养、生长、营养、疫情等情况，还加强农业机器人对牲畜的喂养、挤奶和清洗等示范性的应用[3]。

另一方面，农产品进入市场后，各级买家卖家均可通过平台的产品溯源板块，查询产品从种植到拿到自己手上整个过程所有的产品参数、工艺过程、行业标准、国家标准等。

这样一来，转变了农产品的消费市场，改变了消费者的购买方式，不仅能够提高农产品的质量，而且还能够给消费者带来更加良好的购物体验[4-5]。

4 结束语

现阶段，全世界5G建设正在如火如荼地进行中，5G本身的标准和技术指标也在不断地完善中，5G在农村的建设和应用还有一段不短的路需要走。综合来看，与5G的结合是农业发展需要努力的方向，5G技术在今后的农业发展中有着广阔的应用，随着“智慧城市”“智慧小镇”逐渐走入人们的视线，“智慧农村”“智慧农业”也必将迈入历史舞台。