1　前言

5G时代即将到来，引发了人们对未来重大变化的遐想。随着工信部5G商用牌照的发放，我国正式进入5G商用元年。已拉开大幕的5G时代，我们的生活将会发生怎样的改变？

从科技创新带来经济效益提升的角度来看，5G是经济社会数字化转型的关键使能器。未来，5G与云计算、大数据、人工智能、虚拟增强现实等技术的深度融合，将连接人和万物，成为各行业数字化转型的关键基础设施。

一方面，5G将为用户提供超高清视频、下一代社交网络、浸入式游戏等更加身临其境的业务体验，促进人类交互方式再次升级。另一方面，5G将支持海量的机器通信，以智慧城市、智能家居等为代表的典型应用场景与移动通信深度融合，预计千亿量级的设备将接入5G网络。5G还将以其高可靠性、低时延性能，引爆车联网、移动医疗、工业互联网等垂直行业应用。总体上看，5G促发社会变革。5G的广泛应用将助推制造强国、网络强国建设，使新一代移动通信成为引领国家数字化转型的通用目的技术。

何为5G？

通俗来讲，5G就是第五代移动通信技术的简称，4G技术的“升级”型产物。如果说4G是双向8车道的高速公路，那5G就是双向100车道的高速公路。

5G应用已经成了热门话题，如：5G AR/VR、5G车联网、智能制造。由于5G技术具有得天独厚的优势，业界普遍认为，5G将对智能工业、无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域产生重要推动作用。

对于智能化社会发展，人们特别是关心：5G是什么概念，5G对于智能化社会有什么样的意义？5G技术将为智能化提供怎样的发展机遇？

本文即针对此问题，谈谈个人的看法，以期引发业内共同探讨。

2　5G技术的主要特点

“5G不仅是新一代移动通信技术，更是一种新的网络、新的经济、社会发展的基础设施。”在中国科协信息通信科学传播专家团队首席专家、工业和信息化部通信科学技术委员会秘书长张新生看来，超宽带、海量连接、高可靠、低时延，是5G主要的技术特征。5G成为新一代移动信息技术网络的总称，是新的通用技术。他认为：“今天的5G是通用技术，普遍适用于多个行业，带来长期且持续的改进，并能催生新的创新。通用技术对广泛行业以及人类社会可以产生深远且持久的影响，将重新定义经济竞争力，并改变社会。”

5G技术定义的三大场景不但覆盖了高带宽、低延时等传统应用场景，而且还能满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求，这种广域网全覆盖的特点为企业构建统一的无线网络提供了可能。

经常有人说“4G改变生活，5G改变社会”。人们认为，5G最革命性的意义在于与文化娱乐、工业设施、医疗仪器、交通工具等的深度融合，有效满足娱乐、工业、医疗、交通等各个垂直行业的多样化业务需求，进而实现万物互联。

根据国际电联ITU的5G愿景，5G将会面向三大应用场景：增强移动宽带场景（enhanced mobilebroadband，eMBB）、低时延高可靠场景（ultrareliable and low latency communications，uRLLC）和大连接低功耗场景（Massivemachinetypecommunications，mMTC）。

5G带来的关键技术

在核心网方面，5G应该说很好地采用了NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络）的理念，大部分是基于软件和硬件分离的架构。在大家看起来都是服务器，在上面虚拟出很多不同的功能单元，从网络功能设计来看，也更好地实现了控制和数据平面的分离。其次，在网络架构方面，进一步向扁平化发展，过去2G、3G的四层，到4G已经变成三层，到5G更加简洁，变成两层，而且很多应用了移动边缘计算。核心网标准重点落实像网络切片、移动边缘计算，确保端到端用户的安全。

另外，5G技术的技术优势还体现在毫米波、小基站、大规模天线、波束成形等技术上。考虑到5G的先进性和经济性两个方面，5G网络建设分为非独立组网和独立组网两种模式。所谓独立组网就是采用5G新的空口接入到5G新的核心网，端到端都是完整5G的标准。非独立方式更多体现在核心网部分，也就是说，有些运营企业在初级阶段仍然用4G核心网接入5G新的接口作为过渡以减少初期投资。

在推动物联网落地过程中，比如eMBB能支撑起远程视频监控、视频会议等高带宽的应用场景；mMTC能满足大量低功耗嵌入式终端的数据连接与传输需求。URLLC可以将网络等待时间的目标压低到1毫秒以下，以支撑工业自动化控制过程中系统和设备对数据传输的实时性的诸多指标和要求。

从专业角度出发，5G新技术的关键能力比前几代移动通信更加丰富。

用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为5G的关键性能指标。

5G对于第四次工业革命的意义在哪里？网络上有一篇文章，其中有这样一段文字：“高性能的无线网络连接工厂内的海量传感器、机器人和信息系统，连接产生的海量数据、优质数据不断‘喂食’人工智能，并将分析、决策反馈至工厂。同时，5G广覆盖的物联网络覆盖全球，连接广泛分布或跨区域的商品、客户和供应商等，保持对整个产品生命周期的全连接。总之，未来的工厂是数字虚拟和物理现实相融合，ICT技术与现代制造业相融合，以提高工业生产的灵活性、可追溯性、多功能性和生产效率，为制造业开辟新的商业模式。工厂内部和外部之间的界限也越来越模糊，工厂不再是独立的封闭实体，而是庞大的价值链和生态系统的一部分，这就是所谓的‘虚拟工厂’。”

新空口（NR），这里指的是5G的无线连接能力。新空口、网络切片和边缘计算是三大具关键性的5G技术，也是驱动第四次工业革命的核心技术。

各种新兴的应用是5G商用的主要推动力，这些应用通常对带宽和时延要求较高，而5G网络的高带宽和低时延特性正好满足了这些新兴技术的应用。

5G有三个方面的进展。除了网速得到百倍的提升，网络的时延也将低至百万分之一秒，此外，5G能够广覆盖，实现万物互联，在每一平方公里可以支撑100万个移动终端。

在4G时代，仅仅是网速提升了，移动互联网就让我们的生活如此便捷，5G的未来更值得憧憬。

因为5G的发展，整个社会将进入到万物互联的状态，“城市大脑”得到全面普及。在这些城市中，每一条道路、每一个井盖、每一块草地，都可能接入网络来管理，整个城市中的学校、医院、工厂、剧院等大型公共和私人空间都可以在网上进行远程访问，比如摄像头、计算机系统以及这些空间内的小型设备，大到锅炉、小到桌椅板凳垃圾桶，都拥有了“智慧”。

3　5G技术的应用研究

当前，5G技术的应用研究正如火如荼地广泛开展，大致有以下几种：

3.1　物联网

随着工厂智能化转型的推进，物联网作为连接人、机器和设备的关键技术正受到企业的高度关注。这种需求在推动物联网应用落地的同时，也极大地刺激了5G技术的发展。面对复杂的工业互联需求，5G技术需要适应不同的工业场景，能满足物联网的绝大部分连接需求。

最近普及的物流服务，共享单车、共享出行、共享办公空间、重型机械的租赁等模式，都在向服务转型。这些都是基于设备联网形成中心管理的基础设施。未来所有工具类的产品，都有可能联网，作为基础设施以服务的形式提供服务。人类社会将会从产品作为主要商品，升级到以服务作为主要商品，在此基础上，形成生产关系的变革。

3.2　工业自动化控制

制造业在国家层面乃至整个人类社会扮演着至关重要的角色，智能制造已然成为全球化课题和国家级战略课题，很多国家都在智能制造领域进行规划和部署，如中国“中国制造2025”、德国“工业

4.0”、美国“工业互联网计划”等。其中信息通信系统升级是智能制造中很重要的一环，5G在使能智能工厂多样化需求方面，占据绝对优势。

简而言之，智能制造具有以下特征：以智能工厂为载体，以关键制造环节的智能化为核心，以端到端数据流为基础，以通信网络为基础支撑。通过自组织的柔性制造系统，实现高效的个性化生产目标。

自动化控制是制造工厂中最基础的应用，核心是闭环控制系统。在该系统的控制周期内每个传感器进行连续测量，测量数据传输给控制器以设定执行器。典型的闭环控制过程周期低至ms级别，所以系统通信的时延需要达到ms级别甚至更低才能保证控制系统实现精确控制，同时对可靠性也有极高的要求。如果在生产过程中由于时延过长，或者控制信息在数据传送时发生错误可能导致生产停机，会造成巨大的经济损失。5G可提供极低时延长、高可靠、海量连接的网络，使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。基于华为5G的实测能力：空口时延可到0.4ms，单小区下行速率达到20Gbps，小区最大可支持1000万+连接数。由此可见，移动通信网络中仅有5G网络可满足闭环控制对网络的要求。

在智能制造自动化控制系统中，低时延的应用尤为广泛，比如对环境敏感高精度的生产制造环节、化学危险品生产环节等。智能制造闭环控制系统中传感器（如压力、温度等）获取到的信息需要通过极低时延的网络进行传递，最终数据需要传递到系统的执行器件（如：机械臂、电子阀门、加热器等）完成高精度生产作业的控制，并且在整个过程需要网络极高可靠性，来确保生产过程的安全高效。

此外，在规模生产的工厂中，大量生产环节都用到自动控制过程，所以将有高密度海量的控制器、传感器、执行器需要通过无线网络进行连接。

在自动化工厂内部，为了提高产线生产效率，需对各个子部件进行实时监控，对生产的产品质量进行实时测量，乃至对生产线进行实时优化，这就要求具有超低时延超高可靠的无线连接，同时，视觉控制机器人手臂、3D模型传送、远程数字工厂等应用需要高可靠的高带宽通信，因此，这就需要同时支持mMTC、eMMB和URLLC三大场景。

高可靠无线通信技术在工厂的应用来看，一方面，生产制造设备无线化使得工厂模块化生产和柔性制造成为可能。另一方面，因为无线网络可以使工厂和生产线的建设、改造施工更加便捷，并且通过无线化可减少大量的维护工作从而降低成本。

3.3　物流追踪

在目前已成规模的机器对机器市场中，其应用将包括人员跟踪和在途高价商品等。但（较）高连接成本限制了该市场的增长。预计5G将在深度覆盖、低功耗和低成本（规模经济）以及作为3GPP标准技术方面提供额外优势。5G提供的改进将包括在广泛产业中优化物流，提升工人安全和提高资产定位与跟踪的效率，从而最小化成本。它还将扩展能力以实现动态跟踪更广泛的在途商品。随着在线购物增多，资产跟踪将变得更加重要。

在物流方面，从仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术。此外，虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期，要连接分布广泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络，企业内部或企业之间的横向集成也需要无所不在的网络，5G网络能很好地满足这类需求。

此外，虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期，要连接分布广泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和广覆盖的5G物联网，这也对应了5G的mMTC场景。

企业内部/企业之间的横向集成也需要无所不在的、无缝的5G联网。“随时随地设计，随时随地生产”是智能工厂的愿景，进而要求网络必须适应及时变化的容量和移动性要求，乃至能灵活融合各种不同的无线接入技术，因此，5G网络的包容性和支持业务的多样性不可或缺。

3.4　工业AR

在未来智能工厂生产过程中，人将发挥更重要的作用。然而由于未来工厂具有高度的灵活性和多功能性，这将对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求，增强现实AR将发挥关键作用，在智能制造过程中可用于如下场景：监控生产流程、远程维护等。

在这些应用中，辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性，以便维护工作高效开展。因此需要将设备信息处理功能上移到云端，AR设备仅仅具备连接和显示的功能，AR设备和云端通过无线网络连接。AR设备将通过网络实时获取必要的信息，如生产环境数据、生产设备数据以及故障处理指导信息等。

从行业应用看，5G具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。作为新一代移动通信技术，5G技术的迅猛发展正好契合了传统制造企业智能制造转型对无线网络的应用需求。

5G应用主要集中在VR、AR、无人机、高清视频等领域，高清直播可以连接VR、AR，实现360度的沉浸式体验。同时，智慧交通、智慧医疗、公共安全和文体娱乐都是资本关注度较高的应用场景。

“VR、AR将成为5Ｇ时代具有较大潜力的大流量业务。因为高质量VR、AR内容处理要满足用户日益增长的体验要求需要高带宽、低延时的网络走向云端。”工业和信息化部互动媒体产业联盟副秘书长杨崑预计，在文化娱乐、教育培训、工业生产、医疗健康和商贸创意等领域应用将会发展较快。

3.5　云化机器人

在智能制造生产场景中，需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产，这就带来了机器人对云化的需求。和传统的机器人相比，云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心，基于超高计算能力的平台，并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。通过云技术机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端，这将大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求，机器人需要满足可自由移动的要求。因此在机器人云化的过程中，需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。

5G网络是云化机器人理想的通信网络，是使能云化机器人的关键。5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延，并且支持99.999%的连接可靠性，强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战。

未来的人机界面应用将发生颠覆性的改变，其借助工业智能与大数据的融合，使可穿戴工业设备、增强现实（AR）在人机融合中扮演重要角色，如让工人们穿上机器人外骨骼装备，利用“可穿戴工业设备+AR技术”，将信息与真实世界场景融为一体，随时捕捉信息、接收云端指令和操作协助等，这需要网络支持eMMB和URLLC两大场景。

3.6　网联无人机

无人机是利用无线遥控和程序控制的不载人飞机，它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等，是信息时代高技术含量的产物。

无人机价值在于形成空中平台，结合其他部件扩展应用，替代人类完成空中作业。

目前，消费类无人机占据更多的市场份额，但行业无人机也正被看好，诸多领域已显现出“无人机+行业应用”的发展势头。无人机在农林植保、电力及石油管线巡查、应急通信、气象监视、农林作业、海洋水文监测、矿产勘探等领域有广泛的应用前景，在灾害评估、生化探测、污染采样、遥感测绘、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐、野生动物保护等方面也有广阔前景。

接入低空移动通信网络的网联无人机，可以实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大地延展无人机的应用领域，产生巨大经济价值。5G为网联无人机赋予了实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，全球将形成一个数以千万计的无人机智能网络，7×24小时不间断地提供航拍、送货、勘探等各种各样的个人及行业服务，进而构成一个全新的“网联天空”。

4　智能化社会与5G技术

综上可以看出，智能化社会的发展与5G技术有着密切联系。

和传统的移动通信技术相比，5G将进一步提升用户体验：在容量方面，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，单用户典型数据速率提升10到100倍，峰值传输速率可达10Gbps（相当于4G网络速率的100倍）；端到端时延缩短5倍；在可接入性方面：可联网设备的数量增加10到100倍；在可靠性和能耗方面：每比特能源消耗应降至千分之一，低功率电池续航时间增加10倍。

5G是变革世界连接、计算与通信的网络平台，是数字经济的全面实践和完整体现。5G网络变革将带来技术和产业的颠覆式发展，将促使产业链剧烈调整、利益重新分配。未来，5G技术能干些什么？主要体现在以下3大应用场景：

（1）增强移动型宽带：能够实现Gbps移动宽带数据接入，三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实等。

（2）超高可靠与超低时延通信：应用方向为无人驾驶、远程医疗、工业自动化、紧急任务应用等。

（3）大规模机器类通信：主要针对物联网、智慧家庭、智慧城市、智能楼宇等。

5G高投资将带来高回报。5G与产业的深度融合，将进一步催生5G发展的潜在动力，5G应用的深度和广度也将不断增加，不仅能拉动产业链上下游加速发展，还将带动我国实体经济转型升级，形成新的生产方式、业务模式，激活新的经济增长点。

5G将成为扩大内需、释放消费的新动力。一方面， 5G的超高速率、超大连接、超低时延三大特性，将推动信息产品和服务不断丰富创新；另一方面， 5G与垂直行业的深度融合，将催生工业、交通、医疗、教育等领域的新应用、新业态、新模式，给用户带来前所未有的信息产品和信息消费体验，拉动“5G+互联网”新消费。

5Ｇ带来的变化不只是更宽的宽带、更高的速率，在业界人士看来，5Ｇ带来的更多改变是社会智能化和工业领域产业升级与发展的问题。

5　结语

随着“中国智能制造2025”的贯彻落实，互联网的飞速发展以及移动通信技术的日渐成熟，“智能化”成为行业应用领域的热议词之一，而移动通信技术在其中便扮演着至关重要的角色。

作为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施， 5G将推动传统行业转型、数字经济创新。5G这一全新网络技术和架构，将拉动新的投资、消费和出口，成为我国经济增长和高质量发展的新引擎。在 5G时代，中国企业的话语权将显著增强，不仅能打开新的出口市场空间，还将真正走向价值链高端，推动全球5G发展并惠及全球经济增长。我国工信部也明确表态， 5G移动通信是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。

5G移动通信作为当前以及未来的主流网络传输载体，光纤通信将会覆盖95％的城市和大部分乡村，为我国移动互联网发展提供了极大的支撑。对一个国家而言， 5G真有那么重要吗？有业者以为，5G将推动全人类更快地步入第四次工业革命的时代。迄今为止，人类先后经历了三次工业革命。而前三次工业革给世界带来的变革，亦让人们明白了一个真理，那就是谁在科技、制造等技术革命中占得了先机，谁就能成为世界上的强国。

5G改变社会，不仅仅体现在我们生活的更便捷更美好，甚至还可能改变如今和未来的国家实力对比。 5G是彻底的信息化时代，工业化强国不一定会继续强大，而新兴国家拥有了更好的发展机遇。

当然，5G更深刻的改变会来自各种应用的诞生，虽然我们现在不知道在未来有怎样的新应用会率先进入我们的生活，但可以肯定地说，时代在进步，通信方式在进化， 5G具有强大的动力，会使整个社会焕发前所未有的活力。为智能化社会提供发展机遇。

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作者简介：

孙柏林（1936-），男，湖北黄陂人，军事科学院研究员，少将军衔，我国自动控制系统与军事系统工程专家，中国自动化学会专家咨询工作委员会名誉主任。
摘自《自动化博览》2019年11月刊