如果说4G主要是为了解决人们上网聊天、玩游戏、看电影的需求，那么5G已经远远超越这个范畴。凭着多连接、低时延的优势，5G是为万物互联而生！

5G将极大程度促进跨行业的融合创新，例如当前最火的科技人工智能（AI）、区块链和物联网（IoT），以及大数据等领域，其应用都必须建立在更快速、可靠、大量的通信为基础，这也是5G垂直行业的应用要求。

5G将采用一个非常关键的技术：网络切片（Network slicing）。

“从业务应用角度来看，营运商投入巨资建设的传统2G、3G，以及4G网络，只是实现单一的业务需求。但语音、短讯和互联网，已无法满足多元化的垂直行业爆炸式增长所带来的新业务需求。”

多媒体大学 (Multimedia University)赛城分校电子通讯工程系教授及博士生导师蔡长志博士指出，网络切片是一种虚拟网络架构，它利用网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术原理，允许营运商将单个物理网络划分为多个虚拟网络，一个切片可代表一个独立的虚拟化端到端（End-to-End）网络。

“虚拟网络将被定制以满足特定应用和服务的需求，比如吞吐量、延迟、可靠性方面，操作要求如能源效率和成本效率等等。”

简而言之，5G时代的网络切片功能，能够将网络化整为零，可将之“切割”成数个不同的网络，供应不同需求的用户使用，各取所需，应用层面将会更加广泛。

适合新用户群体需求

网络切片适合新用户群体的需求，这是传统一刀切的网络无法做到的事。举例，游戏用户最关心的是低延迟，而非网络的快慢，如此一来才能畅快玩起高对抗互动游戏。

电视用户为了享受8K高品质电影，对于低延迟的要求并不高，反而对网速的要求很高。

至于水电表用户，他们既不需要高网速，也不需要低延迟，只需要一个低成本的切片方案，因只是偶尔访问网络传输数据的业务需求。

由于在5G时代，可以快速设置这些网络切片，并提供动态管理，因此在公共安全，工业领域，自动化、医疗保健、物联网中，有很大的潜在客户群迫切需要此类服务。

提高再生能源利用效率

“因此，可以预计5G网络切片将为移动营运商和其他新进入者带来利润丰厚的新商机。移动营运商将能够把其物理网络资源分成多个逻辑片段，并将这些片段租赁给感兴趣的各方。”

此外，电力公司可能希望长期租用物联网络切片，以连接由传感器、仪表和控制器组成的智能电网，提高电力系统运行的稳定性，以达到最大限度提高设备效利用率，并且提高其安全可靠性，同时能够节能减排，以及提高用户供电质量，还能提高可再生能源的利用效率。

“在医疗保健领域，医院可以租用一个低延迟、高可靠性的网络切片，以便能够安排远程机器人进行远程医疗手术。音乐会组织者可能希望短期租用网络片段进行为期一周的音乐节，并优化该片段以用于串流式传输高清音乐视频。”

这些情况在今时今日的4G的时代无法实现，因为目前的基础架构无法针对不同的租户进行精细配置和优化。但，网络切片的功能将允许网络拥有者为虚拟网络运营商的流量特征，定制基础设施的计算、存储和网络功能。

网络切片也将对“网络共享”发挥重要作用，它将可以降低5G的成本。目前，一些提供商已经与其他营运商合作开发5G网络切片模型。

“爱立信（Erisson）正在与韩国SK电讯合作开发针对5G服务优化的网络切片技术，而华为和德国电信已经开展了5G切片技术的演示。中兴通讯和中国移动还推出了一个联合面向5G的未来网络架构和网络切片系统，旨在创建动态的5G应用场景网络切片。”

5G定义三大应用场景

国际电信联盟（International Telecommunication Union，简称ITU）是一个国际组织，主要负责确立国际无线电和电信的管理制度和标准。该组织早已为5G定义三大应用场景，分别如下：

增强移动宽带（eMBB）

它是指使用5G作为4G LTE移动宽带服务演进的用例，以达到更快的连接速度和更高的容量，满足移动性用户需求。

超高可靠低时延通信（uRLLC）

它是指在工厂自动化、远程医疗手术、工业互联网等垂直行业应用中使用5G的用例。此外，自动驾驶汽车探测到障碍后的响应速度将降至毫秒级，比人的反应还快，其安全性也将大大提前无人汽车上路的时间表。

海量机器通信（mMTC）

5G强大的连接能力可以实现从消费到生产的全环节、从人到物的全场景覆盖，快速促进互联网、物联网与各行各业的深度融合。

金钱作祟分成独立和非独立组网

5G网络的部署主要分成两个部分，即无线接入网（Radio Access Network，RAN）和核心网（core network）。

无线接入网主要由基站组成，为用户提供无线接入功能。核心网则主要为用户提供互联网接入服务和相应的管理功能等。

蔡长志博士表示，由于部署新的5G NR (New Radio)网络投资巨大，且要分别部署这两部分，所以“第三代合作伙伴计划”（3GPP，由7个不同的全球电信标准组织而成）将之分为非独立版本（Non-standalone，NSA）和独立版本（Standalone，SA）。

独立组网指的是一个全新的5G网络，包括新基站、回程链路以及核心网，即和4G完全分隔开来。非独立组网则是5G早期版本，它将依赖现有的4G基础设施进行升级以循序渐进部署5G网络，因此在初始阶段节省构建5G核心网络的成本。

意即，当5G开始在市场上推行时，将有独立组网和非独立组网之分，追根究底的原因是因为钱。

“对于财力雄厚的营运商，或者从零开始的营运商，无疑会选择独立组网的方案，以拥有纯正的、完美的5G网络，直接给用户提供最酷的体验。”5G非独立组网共有8种不同，用于与4G结合的网络架构。当营运商收入仍然不确定时可以减少投资，这种增量方法从财务角度来看有其意义。

“随着时间的发展，当5G非独立组网不再足以支持新的用例，它最终也是往独立组网的方向演进，而演进的速度，就取决于5G生态的成长情况。”

中国5G冒起美国有压力

随着中国在移动通讯的专利话语权剧增，中国已以领军之姿悄悄然登上5G的竞争舞台。

放眼全球，核心电信网络设备制造商的竞争，美国的公司已经不在其中，取而代之占据主导地位的是华为、中兴、爱立信和诺基亚。

蔡长志博士指出，眼见华为、中兴通讯设备的服务物美价廉，美国本土通讯业感到极大压力，让传统上被视为高新技术公司原产国的美国难以接受。

“美国的忧患背后关乎庞大的商业利益，他们的政治家也意识到，如果中国在5G移动技术领域取得领导地位，这或许会令美国失去数百万个就业机会和竞争力。因此，华为、中兴在美国处处受阻，一般认为这是美国贸易保护主义思想造成的。”

根据美国国际战略研究中心（CSIS）最新发表的一篇文章，5G之争，除了是企业之争，其实也是国家之间在技术发展和经济增长权益上的竞争。

5G的竞争不只是5G网络的投资和部署，也决定未来谁制造、谁设立标准，以及谁掌握知识产权。在竞争日益激烈的技术环境中，在5G竞赛中领先世界的国家都极有可能获得巨大财富和就业机会。“在美国的重重阻扰下，华为、中兴以及中国5G该如何突围，这将是他们需要面对的一大挑战。”

须设立无数通信小基站

在移动通信的历史上，毫米波（Millimeter wave，mmWave，波长为1至10毫米的电磁波，位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点）是首次被5G开启的新频带资源。

毫米波最大的缺点是穿透力差、衰减大，因此要让毫米波频段下的5G通信在高楼林立的环境下传输并不容易，而小基站将解决这一问题。

蔡长志博士指出，由于毫米波的频率很高，但波长很短，即意味着其天线尺寸可做得极小，这是部署小基站的基础。

“小基站不仅在规模上要远远小于大基站，功耗上也大大缩小了。可以预见的是，未来5G移动通信将不再依赖大型基站的架构，大量的小型基站将成为新的趋势，它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。”

相比4G基站1至3公里的覆盖半径，5G基站的覆盖半径仅有100至300米，因此每个城市中将部署数千个小基站以形成密集网络，每个基站可以从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。

“所以说5G的代价是昂贵的，5G通信的基站密度将是4G基站的5至20倍，光纤用量也将比4G多几十倍。”

毫米波影响健康隐忧重重

5G不像4G或以下的技术，其信号的衍射能力（即绕过障碍物的能力）十分有限，且发送距离很短，需要增建更多基站以增加覆盖率。但是，当基站越多，5G的毫米波是否会像微波炉的微波，影响人体的健康呢？

蔡长志博士指出，5G采用低频（0.6 GHz─3.7 GHz），以及中频（3.7─24 GHz）和毫米波频段（24─71 GHz），而消费者对射频辐射是否会增加癌症肿瘤风险的担忧，已经存在一段时间了。

“根据加州大学伯克利分校的公共卫生教授乔尔莫斯科维茨（Joel Moskowitz）博士的说法，毫米波可能构成一定的危险因素。”

毫米波比微波弱，主要被皮肤吸收。由于皮肤含有毛细血管和神经末梢，毫米波造成的生物效应可能通过皮肤或神经系统的分子机制传播。乔尔莫斯科维茨博士也认为高频带毫米波也许会影响眼睛、睾丸、皮肤、周围神经系统和汗腺。

由于美国当地无线营运商必须遵守该国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，简称FCC）的指南，5G所发射的毫米波可能是低强度的。据专家介绍，FCC标准是基于电磁辐射的热效应。换言之，此标准是建立于“如果通讯设备不加热身体，它将不会造成伤害”的假设之上。

“乔尔莫斯科维茨博士说过，几乎没有任何机构针对3G和4G电磁波对人类健康的影响进行研究，5G更不用说了。而他还说，最近一项全面的政府研究显示，终身接触2G手机的雄性大鼠中只属少量辐射，但其中有显著的比例发生癌症或癌前细胞。”

目前为止少有研究重点关注长时间暴露于低强度毫米波中，所将承受的生物效应和危害。虽然研究员已经对低强度毫米波的生物学效应进行了几十年研究，特别是在东欧，但他们的研究结果都不一致，因为这涉及许多因素，包括频率、调制、功率密度等暴露的持续时间，以及被研究的组织或细胞的类型。

换言之，至今为止，科学家依然无法完全确定长期暴露于毫米波对人类和动物的影响。

“因此只有时间才能验证5G毫米波将如何影响我们的健康和环境。除了需监管当局的严格监管，各国政府卫生机构也有必要向公众宣传高频无线电波的不利因素，以采取必要的安全措施。”

报导：潘有文
摄影：受访者提供、123rf.com