5G行业融合应用现状与对策研究-杨戈

2023年82023年8月第40卷第8期Aug.2023Vol.40No.85G行业融合应用现状与对策研究2（1.广东培正学院数据科学与计算机学院，广州510830；2.广东花城工商技工学校，广州51083摘要：对5G应用发展环境、国内外现状，以及产业融合应用发展中存在的问题进行了深入分析，提出了产业融合应用创新发展的相关建议，以推动5G行业应用的快速部署，加速各行业的数字化转型升级，进一步实现数字经济和社会的新变革。1研究背景数字经济是以数字技术为基础，利用互联网、人工智能、物联网、大数据等技术变革和优化传统经济的生产、流通、交换和消费方式的经济形态。2022年中国数字经济规模超过50万亿元，占GDP比重超过40%[1]，继续保持在10%的高位增长速度，成为稳定经济增长的关键动力。数字经济在国民经济中的地位更加稳固、支撑作用更加明显。在数字经济中，5G网络作为一种基础设施建设，也将带来更多的投资和机会。5G的建设需要大面积铺开基站和网络设施，这些设施的建设和维护将会创造大量的就业机会和经济效益。同时，5G的发展和壮大也将推动数字经济的发展，促进互联网、人工智能、物联网、大数据等新一代数字领域的蓬勃发展。5G网络相较之前的移动网络有了飞跃的提升，不仅带来更极致的体验和更大容量，也将开启物联网时代并渗透至各个行业。目前全国5G应用创新案例已超过1万个，涵盖22个国民经济重要行业。[2]未来五年，15个行业的5G应用将成为相关部委及地方政府的推进重点。然而，5G应用在千行百业推广中还存在着一些痛点和难点，需要制定一系列策略以加速其行业应用规模化，全面发挥5G赋能价值。2国内外5G行业融合应用发展现状2.1全球5G网络建设2022年底，全球主要国家积极推进5G网络建设，特别是我国无论是网络覆盖还是用户发展都在全球领先。截至2022年10月底，全球已有88个国家/地区的233家电信运营商已称开始提供5G业务（含固定无收稿日期：2023-04-20基金项目：2021年度广东省普通高校特色创新类项目“5G关键技术与核心应用融合探索”（2021WTSCX100）45··45湖北第二师范学院学报2023年第8期·46·线和移动服务5GSA（独立组网）网络数达到43张。全球5G网络已覆盖27.6%的人口，欧洲、美洲、亚洲、大洋洲地区41个国家/地区5G网络人口覆盖率已超过50%。预计到2023年底，5G网络将覆盖全球三分之一的人口。[3]我国5G网络高质量发展，广度和深度持续提升。截至2022年9月底，我国5G基站总数达222万个，覆盖全国所有地级市、县城城区和96%的乡镇镇区，建成全球技术最先进、规模最大的独立组网5G网络。[4]截至8月份，中国电信和中国联通已共建共享5G基站87万个；累计节约投资超2400亿元；中国移动和中国广电已共建共享700MHz5G基站超40万个，计划2022年底完成48万个基站建设目标。[4]5G行业虚拟专网覆盖了国民经济重点行业。截止到2022年7月底，国内基础电信企业建设的5G行业虚拟专网总数已超过7900个。[4]5G行业虚拟专网满足垂直企业数据本地化、网络监控自主化等个性化应用需求，为行业提供了稳定、可靠、安全的基础设施，形成电力、石化等行业网络部署模板。5G虚拟专网服务提供商逐渐增多，推动专网应用发展。5G用户规模持续增长，截至2022年9月底，5G移动电话用户达5.1亿户[4]，比2021年末净增1.55亿户。5G移动用户规模全球领先，为我国5G应用打下坚实的用户基础。2.25G技术标准不断演化5G技术产业供给能力随标准演进不断升级。目前，5G技术R17标准宣布冻结，向R18演进方向逐步明确。5G逐步满足行业应用的业务承载需求，超低时延、超高可靠、上行增强、高精度定位等技术进一步提升网络的业务承载能力。[5]2022年6月，在3GPP全会第96次会议上，5GR17标准宣布冻结，全球5G商用迈向新阶段。一方面，R17标准优化了关键功能，完善现网应用。例如，支持移动状态下业务连续性，增强网络融合接入能力满足融合核心网演进。另一方面，提升关键指标性能，深化应用场景。上行业务信道覆盖能力相比R16最大可提升6dB，室内工厂理想环境下的定位精度由R16的<3m提升至<0.5m。为了进一步拓展5G的应bility）实现了面向智能可穿戴设备、工业无线传感器和视频监控等中高速物联场景的5G网络服务能力，进一步拓展了5G应用场景与解决方案。[2]R18标准计划将于2023年12月完成，逐步向提升增强宽带能力提升精细化设计垂直行业应用供给能力、开发新业务场景等方向演进。[3]NRR16、R17、R18数据对比如表1所示。特征/标准5GNRR165GNRR175GNRR18URLLC(超低时延通信)1ms时延(99.999%)新增调度算法，降低时延(99.999%)进一步提高时延性能(99.999%)动宽带通信)20Gbps峰值速率新增更广泛频谱和更高的调制方式，提高速率(高于20Gbps)进一步提高速率(高于20Gbps)机器类通信)支持50亿联接/平方千米新增窄带物联网(NB-IoT)和纤细物联网(Cat-M)，提高物联网设备连接性(100亿联接/平方千米)支持更多的物联网设备(1000亿联接/平方千米)频谱利用率3倍于4G网络频谱利用率更高级别的载波资源管理及优化，提高频谱利用率(4倍于4G网络频谱利用率)进一步提高频谱利用率(5倍于4G网络频谱利用率)数据速率10Gbps宽带速率新增多用户多输入输出(MU-MIMO)技术，提高数据速率(超过10Gbps)进一步提高数据速率(超过20Gbps)多连接同一时刻最多同时连接百万级新增同步，提高多链接的并发性(千万级别)进一步提高连接性能(亿级别)服务质量第四代远程确定性延迟和优先级服务QoS基于网络切片和QoS(服务质量保证)功能来优化服务质量跳频万亿级别高效跳频支持在较高频率下进行更稳定的通信进一步支持跳频2.3全球5G发展驶入快车道，加速5G应用落地各国积极推动5G应用落地。据不完全统计，在全球范围内已经开展的644项行业应用试验或落地部署中[4]，在工业互联网和文体活动的领域应用占比过半，在智慧交通、医疗健康（含养老）等领域的行业应用较为广泛。美国非常注重国家在5G技术领域的领先，电信运营商、设备厂商、工业企业等一起合作测试开发5G工业用例，探索5G促进工业制造业增长的路径。韩国政府从2022年开始向产业全面推广5G融合应用。[6]一方杨戈，黄宇媚：5G行业融合应用现状与对策研究·47·面积极支持面向产业创新型应用及生活密切型应用的融合应用技术升级，另一方面进一步激活5G产业生态，支持5G融合应用向全球拓展。欧盟通过政策发布和项目部署，构建5G与垂直行业融合应用的清晰路径，在7个重点关注行业以及港口、农业、交通运输等多个垂直行业开展了广泛的5G行业应用试验。[6]综合考虑应用覆盖行业、场景应用落地情况等，主要国家5G行业应用多处在起步阶段，示范项目众多，可大规模复制的成熟应用相对较少。在我国工业和信息化部等10部门联合出台的5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）印发已经一年，5G应用发展主要指标提速明显。[5]5G基站密度达15.7个/万人（每万人拥有5G基站数5G用户渗透率达30.3%。[7]垂直领域跨部门联合发布政策文件进一步加强，工信部先后与卫健委、教育部、国家能源局联合印发了《关于公布5G+医疗健康应用试点项目的通知》、《关于组织开展5G+智慧教育应用试点项目申报工作的通知》、《关于征集能源领域5G应用优秀案例的通知》，继续深入推进5G与各个领域的融合应用创新发展。[8]我国行业应用在项目数量和应用领域上全球领先。目前，工业互联网、智慧矿山、智慧医疗、智慧港口等行业已经进入快速发展阶段，而文旅、物流、教育等行业则正在探寻用户需求、明确应用场景，开发产品并形成解决方案。智慧城市和融合媒体等行业的需求也正在逐步清晰。同时，金融和水利等行业也在积极进行技术验证。在终端设备方面，随着时间的推移，类型逐渐丰富。截至2021年10月底，中国5G终端连接数已达4.71亿，占全球80%以上。国内5G终端有603款，其中手机452款，非手机终端151款。非手机应用场景涵盖工5G融合应用已实现从“1”到“10”的跨越式增长。在个人应用方面，行业龙头企业积极探索5G个人创新应用，在超高清视频、云游戏、AR/VR等领域均有布局。在行业应用方面，基础电信企业与垂直行业企业共同探索5G应用试点，逐步筛选出协同研发设计、远程设备操控等10个重点场景，并已在电子设备制造、钢铁、采矿、电力等行业初步具备规模复制的条件。5G商用国家和商用运营商数对比图如图1所示。图15G商用国家和商用运营商数对比图2.4行业需求进一步明确，加速5G应用产业及生态成熟5G行业终端类型日渐丰富，逐步满足企业定制化需求。一是5G通用终端数量和类型不断丰富。截至2022年9月底，全球共发布5G终端模组1579款[4]，同时，5G行业模组分级分类策略、精简化5G芯片等技术有效降低了行业5G终端的整体成本，国内行业5G通用模组的价格下降到400元。二是5G行业定制化终端逐渐涌现。为了满足行业需求，5G行业终端融合定位、授时等技术成为定制化产品，如5G电力配电自动化设备、矿山5G防爆终端、石化5G防爆终端等，有效保证了5G应用的稳定和高效。三是5G技术提升传统装备的智能化水平。5G模组、网关等产品不断与煤矿掘进机、港口岸桥吊等行业装备融合，使其利用5G网络实现了远程控制。5G应用解决方案日渐成熟，逐步深入重点领域核心环节。在工业领域，已形成5G+机器视觉5G+远程辅助等40余个应用场景的解决方案。在采矿领域，5G+远程掘进、5G+智能综采、5G+下设备远程操控、5G+无人矿卡等十多种解决方案已经实现试点或商用。在电力领域，初步形成5G+配网差动保护、5G+精准负荷控制、5G+机器人巡检等配用电环节解决方案。在港口领域，5G+远程控制龙门吊、5G+无人集卡等应用解决方案逐湖北第二师范学院学报2023年第8期·48·渐成熟。在医疗领域，5G+急救车、5G+远程会诊、5G+远程院后康复治疗等解决方案实现探索与部署。5G融图25G应用成熟度35G行业融合应用亟需解决的问题随着5G与千行百业融合应用的不断深入，重点行业和典型应用场景逐步明确。然而，与5G应用规模化发展还存在一定差距，仍面临突出问题和困难。其中包括以下几点：3.15G网络基础设施建设投资巨大5G作为一项全新的基础设施建设，需要投入大量资金来建设和发展。据统计，全球5G基础设施建设和研发投资总额已经达到惊人的数额。根据IDC的预测，截至2024年，全球5G网络的总支出将达到1.1万亿美元。[5]对于移动运营商来说，5G网络的建设需要大量的资金投入，因为需要在更多的地区和场所建造新的基站和天线以保证网络的覆盖率和容量。同时，在物联网、人工智能、云计算等领域的发展需要更加高速和稳定的5G网络来支持，因此在这些领域的投资也相对更加巨大。事实上，从2019年获得5G牌照以来，三大运营商一直面临着5G建设支出的巨大压力，尽管C端和B端业务都有所增长，但还没有进入收支平衡的正循环，参照4G网络建设周期，三大运营商一直未能从终端用户身上收回投资成本，担心后续的5G收入不理想，三大运营商纷纷下调5G投资，建网高潮进入尾声。3.2用户习惯改变及行业应用规模化发展需比较长期过程3G时代的用户习惯用10年，从2009年开始到2019年结束。4G时代的用户习惯改变6-8年，从2012年开始到2020年结束。从时间点来看3G行业应用的成熟在4G出现后的2016年。4G时代的用户习惯改变过程大致可以分为以下几个阶段。第一阶段：高清视频流行。随着4G技术的普及，用户开始追求更高品质的视频内容，例如高清甚至是超高清视频，主要消费场景是线上视频。在2014-2016年之间，4G网络逐渐普及，高清视频需求愈发强烈，给互联网视频行业带来了蓬勃发展的机会。第二阶段：移动支付兴起。随着4G技术的不断完善和安全性增强，移动支付逐渐成为了用户的生活必需品，大约出现于2016年后。随着移动支付用户和场景的增加，4G网络带宽和延时优势的体现也愈发明显，大大助推了移动支付的蓬勃发展。第三阶段：AI引领智能化。自2017年以来，AI成为4G技术发展的主流趋势，智能家居、人脸识别等新兴应用频频出现，用户对于智能设备和服务的需求不断提升，逐渐从物联网拓展到了人工智能，这一阶段的持续时间大约是3-4年。5G行业应用规模化发展阶段从时间节点来看，我们正处于第二和第三阶段之间。5G产业的生命周期和6G技术的研发进程有交叉，但其具体发展时间和路径还需要根据市场和技术发展情况进行判断和预测。5G产业的生命周期一般包括以下几个阶段：技术创新期：5G关键技术研发和试验阶段，主要围绕标准制定、产品研发、测试验证等展开。商业化期：5G技术进入商业化应用阶段，主要包括网络建设、设备生产、应用推广等方面的发展。扩大应用期：5G技术应用范围不断扩展，除了传统通讯业务外，还应用于工业互联网、智慧城市、医疗保健、智能交通等多个领域。普及期：5G技术得到全面应用和普及，进一步推动数字化经济和社会的发展。5G行业应用规模化发展阶段如表2所示。杨戈，黄宇媚：5G行业融合应用现状与对策研究·49·表25G行业应用规模化发展阶段阶段描述技术实验证明阶段通过实验和验证5G技术的可行性和实际表现，验证5G技术的有效性和可靠性。初步商用阶段5G网络主要用于提高用户传输效率和安全，扩展网络的连接容量，提供更快的移动通信和物联网服务等。应用实践阶段5G技术将被广泛应用于自动驾驶、智慧城市、工业互联网等领域，实现数字化转型和智能化应用。普及化阶段5G网络将被广泛应用于生活和工作的各个方面，推动各行各业的升级和创新。3.3缺少杀手级应用过去的几年，5G技术一直是通信领域中被广泛关注的一个话题。5G技术被认为将会改变未来网络通信的方式，它的高速网络和低时延的特点将会为各行各业带来更为丰富的应用和更加畅快的体验。然而，尽管5G技术已经面世，但目前仍然缺乏杀手级应用，这也成为制约其发展的一个关键问题。5G缺乏杀手级应用的原因1）技术创新周期。历史上，新技术的采用往往需要经历从早期阶段到成熟阶段的漫长周期。这一过程需要良好的时间间隔，以允许新技术得到持续完善和成熟。5G技术目前处于初级发展阶段，需要更多时间的积累和推动，以便更好地引领新的技术创新和应用领域。（2）行业生态系统的缺失。5G技术的应用需要建立完整的行业生态系统，包括5G终端设备、5G应用商店和5G应用程序等。然而，当前5G生态系统存在必不可少的组成部分缺失，却未得到更好的完善和发展，这使得创新和应用推广受到限制，从而阻碍了5G应用领域的成熟发展。（3）用户需求不够清晰。虽然5G技术具有更快、更高效的网络体验，但目前的应用程序未能充分利用其优势。缺乏明确的用户需求是导致5G缺乏杀手级应用的一个重要原因。45G行业融合应用发展对策及建议4.1加快新基建顶层设计、完善配套网络基础设施5G基础设施建设投资巨大，是一个需要持续投入大量资金的长期过程。为了破解5G基础设施建设投资的难题，可行的方法如下1）建立多方合作机制：政府、电信运营商、互联网公司、设备生产厂商等各种产业链环节可以联合起来参与5G基础设施建设。例如，政府可以提供资金和配套服务，电信运营商和设备生产厂商可以提供技术和资源，互联网公司可以提供应用场景和商业化定位等，形成利益共享和协同发展的格局。政策扶持和优惠：政府可以出台相关政策，鼓励企业在5G基础设施建设方面投入更多资金，例如税收减免、财政补贴、资金支持等等，这可以降低企业的运营成本和风险。（2）引导社会资本参与投资：政府可以积极引导社会资本参与5G基础设施建设投资，这样可以分摊企业的投资压力，同时吸引更多的投资资金参与到5G行业中来。（3）拓展多元化的商业模式：除了传统的电信业务以外，可以寻找更多新的商业模式和应用场景，例如智慧城市、智能物流、智慧医疗等等。这些新的商业模式和应用场景可以进一步扩大5G基础设施建设的市4.2人工智能和大数据为基础的新行业应用改变用户习惯2023年3月基于Transformer神经网络架构的自然语言处理工具ChaGPT出现。ChaGPT可以为人类用户提供高效率、高精准度、质量稳定的服务，代表了人工智能技术在对话性服务上的应用。ChaPGT在应用方面确的服务。将AI和大数据技术广泛应用于各行各业，可以实现更高效、更安全、更舒适、更环保的生产生活方式，为社会经济发展带来巨大的潜力和推动力。比如，在智慧交通领域，AI和大数据能够帮助交通管理部门实现交通拥堵监测、优化信号控制、智能路线设计等功能。在智能医疗领域，AI和大数据可以协助医护人员进行疾病诊断、治疗方案定制、患者监测等。在智慧城市领域，AI和大数据则可以应用于智能安防、智能能源、智慧教育等多个方面。加快以人工智能和大数据智能化为基础的赋能创新应用，是新基建发展的重要任务，需要大力发展和完善数字化基础设施和智能化产品和服务，推动技术集成与应用创新，加速数字经济和数字化转型的发展，推动高质量发展和社会进步。4.3举办“绽放杯”5G应用征集大赛，激发5G产业链各环节自2018年起，“绽放杯”5G应用征集大赛已经成功举办四届。该活动的主要目的是选拔出一批创新能力突出、应用效果优秀、市场前景可观的项目，并在推动5G应用创新、加速5G与各行业融合等方面发挥重要作湖北第二师范学院学报2023年第8期50··用。这一活动已经成为我国信息通信领域具有影响力的品牌活动之一。获奖项目具有较强的规模复制能力，是重要的标杆示范作品。[7]对大赛全国赛涉及的261个获奖项目进行跟踪，发现超过3/4的获奖项目已经在各地实现规模化复制推广。此外，依托获奖项目成功实现复制并落地的项目数量总计达到1065个，平均每个获奖项目推广数量超过4个，这表明获奖项目具有显著的标杆示范作用。该活动也促使行业内的企业积极参与5G应用的探索，推动了5G应用产业生态的日益繁荣。截至目前，该活动已经吸引了近7000家参赛单应用企业牵头的参赛项目数量已经从第二届的200个增长至第四届的3000多个，这表明行业对5G应用的关注度和认可度不断提高。[7]··5结语自我国启动5G商用以来，三年有余的时间已经过去。目前，5G已经进入了高速发展的下半场，在技术积累和应用基础上，技术和商用双重加速。我国行业应用在项目数量和应用领域上已处于全球领先地位，重点领域的5G应用已经开始规模复制。例如，工业互联网、智慧矿山、智慧医疗、智慧港口等行业已经进入了快速发展阶段。同时，文旅、物流、教育等行业正在探索行业用户需求，明确应用场景，并开发相应的解决方案。相应地，智慧城市和融合媒体等行业需求也正在逐渐明确，而金融、水利等行业也正在积极进行技术验证。越式发展时代。面向未来，需要行业企业、运营商和科研机构等各行各业通力合作，共同努力，在克服行业鸿沟和技术壁垒的同时，扎实推进5G行业融合应用的落地，并积极繁荣5G行业应用新生态，以充分释放5G赋能行业的巨大潜能。参考文献：[1]中国信息通信研究院.2023年中国数字经济发展白皮书[R/OL]（2023-04-27）[2023-04-27].[2]谭伦.商用三年半中国5G发展迈向新征程[N].中国经营报，2023-01-02（C02）.[3]国信通院.《2022年5G应用创新发展白皮书》［R/OL].http：///kxyj/qwfb/ztbg/202010/P020201015701803287187.pdf.[4]中国信通院.5G应用创新发展白皮书［R/OL］.http：///kxyj/qwfb/ztbg/202010/P020201015701803287187.pdf.[5]《2023全球数字科技发展研究报告》发布，聚焦数字科技发展新趋势[N].人民邮电，2023-08-10（005）.DOI：10.28659/ki.nrmyd.2023.001862.[6]梁谦刚.5G建设进入下半场业态创新开启高发期[N].证券时报，2023-01-13（A07）.[7]]中国信息通信研究院，5GAIA，IMT-洞察[R/OL].（2022-11-18）[2023-07-31].http：///kxyj/qwfb/z