第二节 技术发展趋势

一 第五代信息技术的来临

自19世纪中期至今，信息技术发展经历了五个阶段：以电报、电话为代表的第一代信息技术（载体技术）、以计算机为代表的第二代信息技术（内容技术）、以互联网为代表的第三代信息技术（载体技术）、以大数据云计算为代表的第四代信息技术（内容技术），以及以物联网、数联网、智联网为代表的第五代信息技术（载体技术）。如图1-5所示。

图1-5 信息技术发展历程

1.服务规模经济：第一代信息技术的产生

从19世纪中期到20世纪初，以铁路邮件、电报、电话等信息技术为代表的第一代信息技术开始产生，为企业开展大规模的工业化生产提供了技术条件；而大规模工业化生产所产生的巨大信息量，又催生了信息技术的下一次革命，即以计算机为代表的信息处理技术的革命性进步。这一时期的信息技术革命的主要特征，就是电首次作为信息的载体被引入。这是人类通信史上的革命性变化，因为电信号能够瞬时穿越以往需要数周甚至数月才能穿越的空间距离。这种载体技术的巨大飞跃，对人类社会的生产活动产生了巨大影响。首先是空间不确定性的不断消弭。随着电报、电话的出现和大规模普及，以往在空间上因为距离遥远、通信时间漫长而产生的巨大不确定性被有效地消弭了。其次则是规模经济和范围经济的兴起。自19世纪中后期起，以电报和铁路为依托的交通及通信网络，大大降低了分销过程中的风险和储藏成本，从而为生产和分销过程中利用规模经济和范围经济奠定了技术基础和组织基础。而电话通信系统更是以多种方式塑造了美国的商业。

第一代信息技术对经济社会的影响。与信息技术领域的革命性进展相呼应，产业革命之后，工业产值和就业人口比重上升，工业部门上升为主导产业部门。在这一过程始终伴随着社会分工的出现和深化。同时，随着企业规模的不断扩大，组织层次和管理复杂性不断上升。一方面，工业企业组织形式发生巨大变化，大中型企业成为主导力量，大型企业成为跨地区、跨行业的企业集团，且大多数为股份公司。企业需要不断加大对信息咨询服务业的投资，而咨询业务的发展又直接催生了现代信息传输服务业的诞生和发展。另一方面，自19世纪50年代开始，工业企业开始大规模利用电报所提供的通信服务，有效地管理协调了公司的生产与销售，并在这一过程中催生了系统化管理思想，企业对信息的需求量和需要处理的信息量开始激增。

2.应对海量信息：第二代信息技术的兴起

从20世纪初到20世纪70年代，以打字机、加法器、表格技术、图形表示技术、计算器、制表系统以及后来的计算机为代表的第二代信息技术，催生了诸如卡片数据分析服务、计算机系统集成服务、情报检索服务、个人信息处理、办公自动化、企业财务管理等一系列信息产业新业态。在企业管理领域，正是与规模经济和范围经济相适应的大规模层级式企业的盛行，使得企业总部汇集了来自各地各部门的大量信息，企业面临着前所未有的处理海量内外部信息的挑战，第二代信息技术的诞生正是以应对这些海量信息的处理为主要使命的。

第二代信息技术对经济社会的影响。大规模的遵循层级制管理制度的现代巨型企业，是世界经济的规模化运营时代发展到高级阶段的产物。然而，与规模化经营带来的交易成本降低相伴生的，是企业规模扩张带来的内部管理成本上升的趋势。这种大规模、层级式的企业管理需求，使得系统管理的思想开始盛行，这对企业信息化提出了两方面的需求：首先是全新的企业投资和成本会计方法的出现。新的会计方法以广泛的内部文档流动的方式收集和储存信息，并需要一套详细而复杂的体系来分析、处理和传送信息。其次，大型公司内部出现大量纵向和横向流动的信息。向下流动的信息包括规章制度、管理指令、操作规范、情况通报等，这些信息确保了大型公司各个业务环节基层人员操作的标准化。部门之间则通过横向的信息流动来实现生产的协同开展。从下向上流动的信息主要是下级向上级汇报的生产第一线的实际情况，以作为决策层实施监督和制定决策的基础。这一时期的信息技术进步，与信息产业新业态之间形成了一种比较显著的因果关系：首先，这一时期的信息技术在很大程度上消除了空间距离给企业生产经营活动带来的阻碍；其次，这种空间性的消弭，使企业的规模化经营和大范围经营成为这一时期经济社会运行的重要形态；最后，规模经济所催生的巨大信息服务需求，以及分工社会结构下的信息交易化的出现，成为现代信息产业产生的历史背景。这一时期信息产业的主要业态包括电报服务、现代邮政服务、电话服务、办公信息处理服务等。

3.网络创造价值：第三代信息技术的变革

第二代信息技术诞生的产业基础，是大规模的层级式企业的盛行。然而，有意思的是，由于上述信息存储和分析技术的出现，部门和个人处理信息的能力大幅提升，反而导致“部门、个人以分散化的方式存储文件得以迅速蔓延”。这又催生了对公司内部乃至公司之间进行便捷和广泛的信息交流需求。正是这种需求，使得自20世纪中叶计算机兴起并在企业应用之后，企业经营者开始积极尝试将计算机通过网络连接起来，从而达到共享公司内部不同电脑内数据资料的目的。从20世纪70年代到21世纪初，以局域网、企业内联网、互联网等为代表的第三代信息技术，满足了个人和企业对信息交流和共享的海量需求，给企业的生产和经营模式带来了空前深远的影响。

第三代信息技术对经济社会的影响。网络技术的变革，对人类社会产生了巨大影响。计算机网络技术出现后的几十年间以让人惊讶的速度从广度和深度两个方面迅速拓展了原有的局部、稀疏的人类传播网络。计算机技术和网络技术的大规模普及，使人类知识和信息传播网络变得日益复杂和密集，其影响力也日益增强。随着时间的流逝，本来作为人类沟通辅助工具的网络，越来越成为人类大脑的重要延伸。甚至可以说，网络的出现最终“导致进化向纯粹思维的领域飞跃”。从人类交流的工具演化来看，借助网络和计算机技术的发明，人类才逐渐实现了多对多的大规模交叉互动。另外，网络时代可以看作是人类迈进新时代的一个过渡，因为网络，尤其是Web 2.0的出现，人类首次获得了在全世界范围内进行大范围交叉互动的能力，多对多的交互形式在全人类的层面上首次出现。在网络社会里，传统的科层组织结构在逐步瓦解，组织结构越来越呈现出高度有机、灵活的网络组织结构。网络时代到来之后，信息已经成为主导全球经济运行的一种关键性要素。信息技术不仅仅是用来提升产业的科技水平和生产制造水平，还是消弭行业企业之间的融合与互动的过程中面临的各种信息不对称和信息不充分问题的保障。在这一阶段，信息产业逐步转型为数字产业，开始进入高附加值阶段，同时，信息资源开始成为企业生存和发展壮大必不可少的资源，信息产业和数字产业逐渐具备成为国民经济中主导产业的潜在条件。

4.迈向智能世界：第四代信息技术的转型

以云计算、大数据和人工智能为代表的第四代信息技术变革的技术本质，则是一种融合信息空间和物理空间的一体化运算模式，这种运算模式对于人类信息行为产生了深刻影响，并使人类行为空间中时空要素的无缝、平滑和一体化的处理成为可能。这种新的计算模式的一个重要特征，就是对以往异构的技术平台和业务模式以一种前所未有的力度进行整合。信息化进入新阶段，数字化的重点将是“万物数字化”，越来越多物理实体的实时状态被采集、传输和汇聚，从而使数字化的范围蔓延到整个物理世界，物联网数据将成为人类掌握的数据集中主要的组成部分，海量、多样、时效等大数据特征也更加突出。智能化作为刚刚开启的信息化新阶段的主要特征，通过各类智能化的信息应用帮助人们判断态势、预测趋势并辅助决策，当前仍处于起步期，本质上还是数据驱动的智能。相信随着信息技术的不断进步、信息应用智能化程度的不断提升，数据资源蕴藏的巨大能量将会不断释放，进一步惠及人类社会。

第四代信息技术对经济社会的影响。在第四代信息技术变革大规模普及的历史背景下，企业、机构和个人等各类社会主体的信息行为和信息需求也将随之产生复杂而深刻的变化。在第四代信息技术的图景中，具备全新形态的群体性行为的大规模涌现，将成为第四代信息技术框架下的经济社会数字化转型的新模式。在企业层面上，第四代信息技术平台的异构整合，使应用层面上不同主体行为之间出现了“平滑的过渡”，而这种人类信息行为模式的变化，最终体现到企业业务运作上，就是现代企业管理越来越趋向于快速反应和组合创新的模式发展，业务平台的交叉联动成为现代企业管理的核心理念。第四代信息技术的诸多应用模式，如云计算、分布式计算、网格计算等，是深深扎根于以网络技术为代表的第三代信息技术的土壤之中的，但其将分布在物理环境各个角落的信息终端通过网络和云平台连接成为一个有机体，形成信息空间和物理空间紧密联动的格局，从而有效消弭了网络时代“计算”“通信”和“控制”过程之间的技术隔阂，最终将在信息化、数字化、智能化领域推动全球迈向“智能世界”。

5.实现三域互联：第五代信息技术的来临

我们处在以大数据、云计算等内容为代表的第四次信息革命阶段，按照载体—内容交替演进规律，和吸纳—融合螺旋上升律，下一代信息技术将是一个在吸纳融合现有大数据智能化基础之上的新的技术形态。在5G通信技术的推动下，第五代信息技术的代表，将是“物联网—数联网—智联网”三位一体的未来网络。随着5G、大数据、人工智能等新一代通信技术的诞生和快速发展，在宏观层面，人工智能技术的发展，正在引发从物联网到智联网的演进趋势，即人类世界正在实现“万物感知”向“万物互联”“万物智能”的过渡，在AI的框架下，物质与物质间将无时无刻不在保持连接沟通及信息互传，人类社会将走向去中心化式群体智能。在新一代信息技术的背景下，在人与人互动的层面上，机器被“消解”了；而在物与物互动的层面上，人又被“解放”出来。在过去，物与物之间的互动，除了遵循自然界的运行规则之外，在人类生活的世界中是无法自动实现的，而必须通过人来作为物物相联的中介，从而遵循“物—人—物”的活动链条。新一代信息技术在控制维度上的革命性进步，就是“嵌入”的理念：通过在各种物体中安装嵌入系统，一方面，感知物体的温度、质量、位置、活动状态等实时信息；另一方面，还可以根据接收到的指令或信号，控制物体进行一些基本的动作。在很多个安装了嵌入式系统的物体之间，可以通过传感器、云平台、通信网络和RFID等技术实现简单的相互“对话”，物与物之间可以不经过人的判断和调度而直接开展相互配合，形成了“物—物”的互动链条。所谓物联网，实际上就是实现了这样一种物与物“直接对话”的理念。在这种模式下，人从上述链条中被解放出来。当然，所谓“解放”，并不是说人在物与物的互动之中完全缺位，而是人类不再从事一些简单的事务性和操作性的工作，而代之以机器自动执行，人们可以用更多的精力投身各种复杂的思维活动和人际交往之中而已。未来，各种重复性、操作性的服务行为在服务经济活动中所占的比重将大大降低，服务者之间的协作将主要体现为知识交流与联合创新，服务经济活动将真正实现以知识为驱动，以人才为根本，以联动谋创新，并通过人才的发掘、聚集、培育和有效使用，使各种潜在的服务需求得以有效发挥，变幻莫测的外部服务环境得以有效应对，各种配套项目或工程得以有效实施，持续性发展需求得以有效满足。

新一代信息技术的智能性，是源自其宽带、融合和泛在的网络架构，使得全世界范围内的用户具备了共享智慧的基础。未来有一天，随着整个人类社会因为新一代信息技术的普遍应用而具备了全球性的动态结盟和泛在交流能力，人类社会的组织结构将从目前以层级结构为主的系统模式向以松散结盟和动态演变为主的生态模式转变，而这也将给当前的社会结构带来颠覆性效应——“全球脑”将有可能因此而形成。

二 5G发展形势

从移动通信产业的发展来看，大约每隔10年会进行一次换代，以满足人民群众和各行各业涌现出的新需求，从1980年代上市的1G模拟语音系统（代表企业Motorola），到1990年代上市的2G数字语音和短信系统（代表企业Nokia、Ericsson），到2000年代上市的3G移动互联网系统（代表企业Apple、Ericsson），再到2010年代上市的4G移动宽带系统（代表企业Apple、华为），直到马上要到来的5G超宽带、万物互联系统，将全面使能智能社会。

图1-6 移动通信发展历程

1.5G对经济的巨大拉动作用，使得各主要经济体争先抢占这一未来十年的战略制高点

经5G权威机构GSMA测算，全球，2018年移动通信产生了3.9万亿美元的经济贡献，占全球GDP的4.6%；预计到2023年移动通信经济贡献将达到4.8万亿美元，占全球GDP的4.8%。

在中国，2018年移动通信产生了7500亿美元的经济贡献，占GDP的5.5%，预计到2023年将达到8700亿美元。同时，中国将引领5G发展，到2025年，中国5G渗透率将超出全球平均水平10个百分点，将成为最大的5G单一市场，对GDP的贡献将超过万亿美元。

图1-7 全球移动通信经济贡献量预测

图1-8 中国移动通信经济贡献量预测

美国2018年推出“5G FAST PLAN”国家战略，联邦通信委员会（FCC）牵头全面加速5G布局，确保美国在5G中处于领导地位，期望促进就业和经济增长，保护国家安全。欧盟于2016年7月发布《欧盟5G宣言——促进欧洲及时部署第五代移动通信网络》，明确将发展5G作为构建欧盟“单一数字市场”的关键举措，旨在使欧洲在5G 网络的商用部署方面领先全球。英国于2017年3月发布《英国5G 战略：下一代移动技术》，旨在尽早利用5G 技术的潜在优势，建立在移动通信领域的领导地位。日本也将5G作为国家战略，从2017年开始5G技术试验，计划在2020年东京奥运会正式大规模商用。韩国于2015年发布《5G国家战略》，投入1.6万亿韩元（约14.3亿美元）促进5G建设，已经在2018年冬奥会期间预商用。

2.中国在5G领域，战略布局早，商业和技术领先，市场潜力巨大

中国高度重视5G技术发展，2019年1月25日，习近平总书记主持中央政治局第十二次集体学习会时指出，“随着5G、大数据、云计算、物联网、人工智能等技术不断发展，移动媒体将进入加速发展新阶段”。国民经济和社会发展“十三五”规划纲要明确提出“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术研究，启动5G 商用”。2017年，5G首次写入政府工作报告，“全面实施战略性新兴产业发展规划，加快人工智能、第五代移动通信（5G）等技术研发和转化，做大做强产业集群”。2018年12月中央经济工作会议明确提出“加快5G商用步伐”，并将其列为2019年的重点工作任务。

2019年中国5G国家战略提速，提前一年在2019年6月6日发牌，低频2.6GHz、3.5GHz和4.9GHz等优质大带宽频段保证中国5G性能和成本持续领先，2019年100个城市开始大规模商用，2020年中国将实现百万站规模全国商用。

3.中国在移动通信标准和核心技术领域走过了从入场、跟随到领跑的发展历程

2G/3G时代，以欧洲主导的3GPP制定的GSM/WCDMA和美国主导的3GPP2制定的CDMA 1x/EV-DO/2000的竞争为主，同时，中国提出的TD-SCDMA也作为3G标准之一被3GPP采纳，中国首次拿到了移动通信领域的入场券。4G时代，欧洲主导的标准演进到LTE，美国IEEE紧随其后提出WiMAX演进标准，以期与LTE竞争，但最终失败，北电（Nortel）等设备商也因此退出全球通信设备产业的舞台。5G时代，全球标准走向统一。

中国在2G时代基本没有通信的核心专利，3G时代通过与欧洲标准组织合作，掌握了部分核心专利，并且在商用市场上取得了成功，4G时代中国成为核心专利的主要持有方之一，5G时代中国持有的核心专利数量已经位居世界第一。德国专利数据公司IPlytics的数据显示，在全球范围内，中国5G专利数量占34.02%，韩国占25.23%，美国占14%，日本占5%。

在欧洲电信联盟（ETSI）声明的5G专利中，华为5G核心专利族数排名第一，已经向ETSI声明了2570族基本专利（截至2018年12月31日），占比22%（2570/11776），在5G领域位居第一，随后分别是爱立信（1444族，12%）、诺基亚（1333族，11%）、三星（1254族，11%）、LG（1236族，10%）、高通（1134族，10%）、中兴（1029族，9%）、Intel（567族，5%）、中国电信研究院（543族，5%）、Sharp（495族，4%）、其他（181族，1%）。

在3GPP 5G标准贡献方面，华为从2015年至2018年9月底累计向3GPP提交13000多篇5G提案，位居全球第一，累计5G核心标准的提案通过数2626篇，位居全球第一，随后分别是爱立信（2024篇）、诺基亚（1634篇）、高通（673篇）、中兴（529篇）、三星（507篇）。

同时，华为率先推出5G终端芯片和网络设备芯片（巴龙5000/天罡等），领先全球。

4.5G时代全球统一标准是不可逆转的历史趋势

以中国和欧洲为代表的3GPP力图统一全球人与人、人与物、物与物之间的连接标准。首先，个人通信的相关标准如GSM、CDMA、LTE、WLAN等将走向统一。其次，物与物之间连接的各种标准如LoRa、SigFox、NB-IoT等也将走向统一。标准的统一会为广大消费者和企业带来非常大的便利，消费者不用担心全球漫游涉及的不同制式问题，企业也不需要为了满足不同制式购买不同的通信设备。

5.各个标准组织和行业联盟都在推动5G产业的繁荣发展

除了3GPP和国际电联（ITU）外，运营商5G工作组（NGMN）等5G全球标准组织，以及欧盟5G研究组（5GPPP）、日本5G推进组（5GMF）、韩国5G论坛（5G Forum）等主流的区域标准组织，也在同时推动5G技术创新。华为倡议或参与的5G车联网联盟（5GAA）、5G智能制造联盟（5G ACIA）、5G SA切片联盟、智能电网联盟（Cigre D2）、数字天空联盟、无线医联网特别兴趣组（SIG）等行业组织，也在积极推动5G的行业应用落地。

6.2019年，是全球5G的商用元年

首先，全球5G频谱及牌照发放加速，截至2019年5月，已有27个国家发牌，除美国以毫米波（mmWave）为主频段外，其他国家大部分均以C-band为主（3.5GHz为典型频段），中国5G提前1年于2019年6月6日发牌，中国移动将得到160MHz带宽的2.6GHz频段的频谱以及100MHz带宽的4.9GHz频段频谱，中国电信和联通为3.5GHz频段各100MHz带宽。德国、日本等除了正常给运营商发放牌照外，还考虑单独发放5G的行业专用频谱给各大工业企业专网专用。其次，运营商建网节奏加快，以中美日韩及欧盟部分国家为首的各大运营商均在2019年正式商用5G服务。2020年预计全球主流国家都将推出商用网络。最后，5G终端商用进度加快，从2018年中5G标准冻结，到华为在2019年2月在巴展发布5G手机Mate X和5G CPE Pro，只有半年左右的时间，三星、中兴、小米、OPPO、OnePlus、LG等也将在2019年陆续推出5G手机。而3G/4G从标准冻结到终端发布，都用了3年时间，5G的终端商用速度远远快于3G/4G。

图1-9 5G用户发展速度预测

信息来源：GSMA。

综上，全球主要经济体的战略投入、各标准组织对产业应用的推动、产业链的快速成熟，以及各国运营商面向企业市场的产业转型决心，都驱动了5G快速发展。各种制式用户规模从零增长到5亿，3G用了9年，4G用了6年，我们预测5G将只需要3年！这意味着5G带来的产业爆发力不可同日而语。

三 5G特性及通用场景

图1-10 5G与4G关键指标对比

信息来源：ITU-R M.2083-0建设书。

面向移动数据流量的爆炸式增长、物联网设备的海量连接，以及垂直行业应用的广泛需求，作为新一代移动通信技术的全球标准，5G相对4G的单一MBB（移动宽带）场景，在提升峰值速率（eMBB增强移动宽带）、时延（uRLLC低时延高可靠通信）、移动性、频谱效率等传统指标的基础上，新增加用户体验速率、连接数密度（mMTC海量机器通信）、容量密度和能源效率四个关键能力指标。从指标对比可以看出，5G的速率、时延、连接等网络能力，相对4G跨越式提升。

图1-11 5G特性的应用场景分布

信息来源：ITU-R M.2083-0建设书。

eMBB（峰值20Gbps）：5G有更多的可用频谱（3.5GHz、4.9GHz、mmWave）、更大的单载波连续带宽（5G 100MHz VS 4G 20MHz）、超大规模天线阵列（Massive MIMO 5G 64T64R VS 4G 4T4R）、3D 智能天线beamforming等新技术的加持，给用户提供了前所未有的速率体验，将促进移动宽带持续发展，典型应用如3D、超高清视频（4K/8K）、云办公和云游戏。涉及基础网络架构和基础技术创新的面向eMBB的3GPP R15协议版本已于2018年6月完成。

uRLLC（空口1ms）：5G数据调度时间更短、终端回复确认消息更快、编码译码更简单、采用了MEC新架构等，大大减少了网络时延。5G将开启未来产业新蓝海，典型应用如自动驾驶、工业自动化、云化VR/AR、网联无人机等。面向uRLLC增强的3GPP R16协议版本将于2020年3月完成。

mMTC（百万/km²）：将拓展万物互联新边界，典型应用如智慧城市、智能家居等。面向mMTC增强的3GPP R17版本也在计划中。

能源效率：能效指每焦耳的能耗传递的数据流量（bps），能效越高，表示可用更少的能源来传递更多的信息。国际电联（ITU）定义的5G能效目标为提升100倍。影响能效的指标主要是每秒的数据流量。将天线与射频单元融合成为AAU，取消LTE的射频单元与天线之间的馈线，总体能效更高。无线应用场景复杂、业务多样，都会在一定程度上影响实际能效。4G设备1度电的消耗，可支持的流量不超过300GB，而5G设备1度电可以支持超过5000GB流量，意味着在快速下载5000部超高清电影的同时，节省了10～20倍的能耗，能效提升超过10倍。随着技术的不断创新，5G能效还会更高。

各种典型场景的带宽和时延需求。

垂直行业包括千行百业，不同的细分市场业务对时延的要求也千差万别，表1-1是不同应用场景对时延和速率的需求。

表1-1 各种典型场景的宽带和时延需求

以上是指端到端的时延要求，包含了上层应用、核心网、传输、无线网络，所以无线网络的时延要求比表1-1的时间更短。4G的无线网络时延大于10ms，而5G即使不部署uRLLC功能，eMBB业务的时延也比4G有大幅改善，达到4～5ms。部署uRLLC功能可以进一步大幅降低时延（1ms），满足部分场景的苛刻要求。

典型应用举例1：车联网/自动驾驶

车联网是移动通信技术在交通行业的典型应用，通信与智能汽车深度融合，通过整合人、车、路、周围环境等相关信息，为人们提供一体化服务。编队自动驾驶、自动碰撞避让、自动变道等功能要求端到端时延小于3～10ms、可靠性大于99.999%、网络传输速率大于100Mbps、高安全性（网络切片冗余备份/加密增强），5G将有效提升对车联网信息的及时准确采集、处理、传输、利用，有助于车与车、车与人、车与路的信息互通与高效协同，避免驾驶安全风险。

典型应用举例2：智能制造/工业自动化

伴随我国加快实施制造强国战略，推进智能制造发展，工厂车间中将出现大量的协作机器人等自动化设备，实时运动控制等功能要求低时延（1～10ms），智慧物流、仓储等需要海量连接（10万～100万个），智能生产线的AI辅助摄像头视频监控需要大带宽（＞60Mbps），5G 将广泛应用于工业领域满足这些需求，有效提升制造效率与管理水平。

典型应用举例3：Cloud VR/AR

高带宽、低时延是VR/AR业务优质客户体验的关键保障因素。当前单体VR/AR方案因为终端算力受限、重量/体积大、成本高、网络带宽不足和传输时延大等问题，导致用户体验差、缺乏生态、难以推广。从网络带宽来讲，VR良好体验需要200Mbps以上的带宽，4G技术无法满足，而用有线的话，将限制用户的活动范围。从时延角度讲，当用户的头部旋转一定角度时，VR设备需要快速把连续的画面呈现给用户。如果延时过高，将导致画面转换时长超过人眼反应时间（20ms），用户会产生眩晕感。同时，VR对本地计算能力要求很强，导致功耗很大，需要持续供电，而5G的高带宽和低时延技术将实现计算能力放在云端，VR终端仅需保留显示和通信功能，功耗大幅度降低，使依靠电池长时间供电的优质轻便VR/AR成为可能。

典型应用举例4：无人机

无人机与地面的通信，主要有三种目的：图传、数传和遥控。“图传”，就是传输视频或图像，将无人机拍摄的视频或图像实时回传到移动终端设备上，比如VR、手机等。“数传”，就是传输无人机传感器和飞行数据。目前的连接技术限制了无人机的飞行范围，4G又无法解决大带宽及高空连续覆盖问题，同时，在精准遥控、与VR结合等低时延场景下，当前的技术手段也无法满足。

在大带宽、低时延场景下，无人机搭载5G和360度4K全景摄像头，将实现动态、高纬度的4K/8K超高清视频回传（矿山油气勘查、城市网格管理等），至少需要100Mbps以上传输带宽，5G的大带宽保障了上述场景。同时，要实现无人机实时精准遥控，需要20ms以下时延，只有5G可以满足，从而结合VR实现身临其境沉浸式远程控制。此外，分布式边缘智能计算节点可以在5G基站附近部署，无人机相关的数据计算，可以在分布式智能节点完成，而不用送往更远的云计算中心，从而保证了应用的端到端低时延场景需求。

在覆盖空域方面，3G/4G网络对于高空覆盖有一定的局限性，对于高空需求如高空测绘、干线物流等无法满足，容易导致失联状况。5G的大规模天线阵列，以及3D波束赋形技术，可以加大垂直方向的覆盖，可以以较低成本构建高空连续覆盖的网络，大大扩展无人机的飞行范围。

在飞行数据安全保障方面，相比4G或WiFi，5G也有明显的优势。5G的数据传输过程更加安全可靠，无线信道不容易被干扰或入侵。

总而言之，5G所赋予的高带宽、低延时、高精度、高安全，可以帮助无人机补足短板，解锁更多的应用场景，满足更多的用户需求。

典型应用举例5：碳排放

基于5G的ICT产业自身碳排放增长幅度小：5G能效提升10～100倍，相同数据流量的能耗呈相同比例显著下降。同时，5G的大带宽和低时延特性推进更多的计算部署到云和边缘，算力得到共享，单位计算能效提升。当2025年全球每天人均数据流量增长10倍后，ICT产业自身的能耗并不会大幅增长，碳排放量从2018年的13亿吨小幅增长至15亿吨。

5G使能行业节能减排：5G加速各行各业数字化转型，如智能制造提升了产品生产效率，相应的产品单位能耗降低；交通和物流消耗大量的能源，智能交通（铁路、公路、轨道交通、机场、码头等）和智慧物流通过线路规划或生产调度的优化，降低能源消耗；电动汽车的普及长期以来面对充电瓶颈，5G使能的自动驾驶使汽车能自己寻找充电桩，充电问题不用再操心，电动汽车真正普及化，降低对化石能源的依赖；更多的碎片化新能源发电资源被充分利用，本地化的清洁能源比例越来越高。至2025年，以5G为代表的新ICT技术为各产业带来的全球节电量将达到4.6PWh/年，每年贡献减碳量60亿吨。

从上述应用场景可以看出，5G应用将与广泛的实体经济领域相结合，形成支撑数字化经济转型的关键基础设施，极大地推动实体经济转型升级和发展壮大。

四 5G与大数据、人工智能的融合

1.5G将带来人类历史上史无前例的数据爆炸式增长

预计2025年，非结构化数据量在总数据量中的占比将达95%，全球企业对AI的采用率将达86%。借助大数据、人工智能手段进行更高效数据分析、处理、决策，将成为政府和企业核心任务之一。

5G的发展带来政府和社会的数据结构发生变化。过去，政府数据占总数据量的80%，5G时代，社会数据将占总数据量的80%。数据布局的变化，也将引起数据治理方式的变化，即从政府主导转变成政府与社会协同共治。

图1-12 5G将带来得数据爆炸式增长

2.5G将极大拓宽人工智能应用场景和边界，使人工智能具备自主行动能力，形成可自闭环的智能体

5G智能工厂、智能装备、智能机器人，具备自主学习、自主作业、自主控制能力；5G车联网，助力自动驾驶提前了解复杂路况，提前预判和决策，提高人们出行效率和安全性。5G智慧派出所，通过无人机、AR眼镜进行犯罪现场勘察、犯罪份子无感知识别，进一步拓展办案手段，提升办案效率。

3.5G、大数据及人工智能的深度交融使各类智能体升级到认知智能、类脑智能的阶段

5G无处不在的联接，为人工智能神经网络模型训练提供了源源不断的数据源，而数据的治理是人工智能模型训练必不可少的环节，大数据挖掘和智能分析在其中发挥重要作用，为人工智能深度学习训练提供海量、有价值的训练样本数据，在这个过程中，各类智能体将逐步形成场景化的深度学习神经网络模型，促进智能体从数据智能向认知智能进化升级。在此技术上，探索类脑智能有了更坚实的基础。类似深度学习神经网络模型，类脑智能计算模型也需要进行大量的数据标注、训练，类脑智能模型可以继承深度学习积累的经验，伴随脑学科的研究深入，认知智能将进一步向类脑智能进化。得益于三者的有机协同，现有人工智能也将从感知型的弱人工智能向认知智能、类脑智能等强人工智能升级演进与发展。

综上，5G时代的大数据与AI的融合发展，将最终实现联接一切、计算一切、认知一切。

五 5G与网络安全

随着行业数字化转型，越来越多的设备被联接，越来越多的业务上云，网络边界正在消失。互联网本身并没有绝对安全的环境，网络攻击是常态化的。新的业务如自动驾驶、智能工厂、远程医疗、机器人服务等，网络攻击可能导致生产大面积停工甚至人员伤亡。从世界范围看，威胁和风险日益向政治、经济、文化、社会、生态、国防等领域传导渗透，网络安全要求越来越高。

1.万物互联的世界，网络安全呈现新特点

一是影响面更大。越来越多的企业数字化转型后，从未接受过网络攻击考验的内部系统暴露在互联网上，未弥补的漏洞可能在攻击中让企业损失巨大，关乎国计民生的企业被攻击甚至影响国家安全。二是攻击更隐蔽。万物互联，联网的海量设备增加了犯罪组织的利益诱惑，有组织的攻击者为了逃避追查，攻击手段更加隐蔽，难以被察觉。三是攻击手段更复杂。ICT系统构成复杂，有组织的攻击者往往拥有相关行业技术基础，综合分析系统所有可能的薄弱环节，并针对网络运维团队可能的响应措施进行综合攻击，如通过社会工程学手段获取用户邮箱、喜好，采用钓鱼邮件入侵并置入恶意代码，设置后门或破解密码后劫持应用系统，非法篡改模型、使用对抗样本等让AI识别错误，攻击能源基础设施导致抢修时无电可用，或让设备因停电、过热而宕机，攻击呼叫中心让运维团队不能及时处理故障，删除日志记录避免被事后追查等。四是数据安全面临考验。数据生命周期由传统的单链条逐渐演变为复杂多链条形态，增加了共享、流通、交易等环节，数据的价值远比计算机信息系统的硬件价值或功能价值要大得多，硬件损坏或功能损坏经过维修重建就可以恢复，而数据被毁坏或被窃取所造成的后果更加严重，大数据成为企业重要的价值资产，也是国家重要的战略资源，数据应用场景和参与角色多样化，使数据安全需求外延极大扩展。五是物理攻击成为可能。随着服务机器人、自动驾驶汽车等可移动智能产品应用发展，如果可移动的智能产品被劫持，攻击者可以远程指挥，通过撞击或机械臂操作进行物理攻击，产生直接的物理破坏。

2.智能防御，保护万物互联的智能世界

伴随着5G、大数据、AI等新ICT技术的发展，智能防御技术手段也在同步快速发展。未来万物互联的智能世界将要面临的安全挑战，将通过采用端到端全方位的安全防御手段进行防护，从而降低网络安全风险。例如，在数据采集时通过接口认证和鉴权手段防止伪造数据，加密传输防止数据被窃取或篡改，通过数据库防火墙等防止管理的数据被篡改或泄密，通过安全审计、数字水印等手段防止在应用过程中发生数据泄漏，全网协防的安全方案检查所有可能的漏洞，及时发现攻击行为并采取行动，使攻击者从入侵到成功攻击成为几乎不可能完成的任务。人工智能技术也引入安全措施中，通过学习攻击行为感知未知威胁，及时发现并清除恶意代码。对于可能伤及人员或产生重大损失的应用，应在关键时机可以让人介入，自动驾驶、服务机器人或工业机器人等可一键停车。

3.5G让智能世界更安全

5G使能了万物互联的智能世界，同时也适配行业智能化演进，在安全特性上进行了加强。从标准上看，5G相比4G的安全增强主要体现在以下四个方面。一是密码算法增强：5G当前已定义256bit密钥传输等相关机制，未来可支持256bit密码算法，以保证量子计算机出现后，5G网络的密码算法仍然具有足够的安全强度。即使使用当前全球最快的计算机，破解通过128位加密的信息需要的时间以亿年计，而破解256位加密需要的时间以亿亿年计，计算机破解密码需要的耗电费用超过全球一年的生产总值，即使在未来算力大幅增长的情况下，破解加密信息仍然几无可能。二是用户永久身份加密：在2G/3G/4G时，用户的永久身份IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码）在空口是明文发送的，攻击者可以利用这一缺陷追踪用户。在5G中，IMSI将以加密形式发送，以防范这种攻击。三是PLMN（Public Land Mobile Network，公用陆地移动网）间端到端安全保护：运营商之间通常需要通过转接运营商来建立连接。攻击者可以通过控制转接运营商设备的方法，假冒合法的核心网节点发起攻击。5G中定义了SEPP（Security Edge Protection Proxy，安全边缘保护代理），通过TLS（Transport Layer Security，传输层安全性协议）、JOSE（Javascript Object Signing and Encryption，Java对象签名和加密）等IP安全机制，在传输层和应用层对运营商间的信令进行端到端安全保护。四是空口用户面完整性保护：在传统2G、3G、4G网络中，因主要是语音、数据业务，只对用户面数据进行了机密性保护，没有对其进行数据完整性保护，2G、3G、4G可能受到攻击。比如，通信内容因为无线信号失真造成内容失真，但不影响用户语音通信、数据业务的正常使用，所以未考虑完整性保护，攻击者仍然可以篡改用户的通信内容。在5G网络中，IoT终端通信内容、工业控制等消息承载在用户面数据中，如果被篡改，可能就给物联设备的控制带来风险，因而5G网络新增了用户面数据的完整性保护机制，防范此类篡改攻击。

4.抢占安全制高点，才能保障全局性的国家安全

中国应该抓住5G的先发优势，建立在万物互联架构下的安全体系。借助掌握5G核心技术优势，加快5G技术在各行各业的应用，形成全球领先的安全标准，抢占安全技术制高点。