5G无线网络在农村场景的应用

　　5G是最新一代蜂窝移动通信技术，被认为将为移动通信及相关垂直行业领域带来革命性的变化。农村场景因其用户数量少、投资回报比低等特点，在蜂窝移动网络发展进程中长期未得到重视，但随着乡村振兴战略的推进，农村经济社会得到快速发展，农村场景将成为未来无线网络发展建设的主战场。结合在农村践行乡村振兴及智慧农业推广工作，对5G网络在农村场景下的部署及应用进行前瞻和预判，并在投资建设、业务推广、覆盖组网三个方面给出建议。

　　关键词：5G;农村场景;乡村振兴战略

　　自上世纪八十年代初第一代移动通信系统开始商用以来，移动通信技术就成为了社会发展的关键驱动力，特别是上世纪九十年代初开始商用的第二代移动通信系统GSM，至今仍在规模商用，实现了人与人之间通讯互联，拉近了世界的距离。2G网络的成功促进了移动通信技术的快速发展，九十年代末期“第三代合作伙伴计划”即全球性通信技术标准化制定组织3GPP成立，开启了3G网络时代。而随着智能终端的普及以及终端处理能力的不断增强，用户对流量和网速的需求呈现爆发式增长[1]，在这样的大环境下4G网络应运而生，用户对移动网络的主要需求也由传统的语音业务转向为高速率、低延迟的数据业务[2]。在移动通信网络近半世纪的发展变革中，密集市区、一般市区等城市场景一直是运营商争夺的焦点，大量的资金和新技术都投放到了城市场景，而农村场景却少有关注。这是因为，城市场景在用户密集度、人均消费水平，对新兴业务的需求程度、基站负荷等方面都远高于农村场景，其投资回报率也更高。为积极践行乡村振兴战略，笔者长期在农村开展驻村帮扶工作及智慧农业推广工作。随着乡村振兴战略的大力实施，农村经济社会快速发展，物质文化水平快速提升，农村面貌焕然一新。同时，随着无线网络在农村区域实现广覆盖，手机终端性价比不断提升，农村居民基本实现“人手一机”，对新技术新概念的关注度也日益提高，在城市无线网络用户趋于饱和的情况下，农村市场将成为通信领域收入的下一个增长点。特别是经过了2019年在城市场景的商用试点，5G网络预计将在2020年开始大规模建设部署，因此对5G网络在农村场景下的部署及应用进行前瞻和预判，具有重要的现实意义。

　　15G典型应用场景

　　与1G到4G移动通信技术相比，5G技术标准在制定之初就不仅仅满足于单纯改变人类传统通讯方式，而是将目标锁定为改变整个网络社会及相关垂直行业，即不仅面向单一应用需求，而是要覆盖所有可能的应用需求。国际电信联盟ITU在2015年9月提出的《IMTVision-FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2020andbeyond》[3]提出了5G三个典型应用场景：一是eMBB增强移动宽带应用场景，可提供极高传输速率、极广覆盖、低时延的通信能力。从本质上讲，eMBB场景是4G网络的延续，即进一步提高无线网络速率，满足高速率应用需求。这一场景的典型应用包括观看高清视频、远程云办公、VR虚拟现实等;二是uRLLC高可靠低时延连接应用场景，可提供极高可靠、低时延通信能力，这将改变现有交通、工业及医疗等领域。该场景可为相关应用提供安全可靠的网络连接，典型应用包括车联网、智慧城市、远程保护、远程医疗救助、工业自动化等;三是mMTC海量物联应用场景，可提供万物互联通信能力，主要针对低速率且对时延不敏感的应用，典型场景包括智慧农业、远程抄表、环境监测等。

　　2农村场景特点总结

　　农村场景特点可从如下三个方面进行总结：一是自然环境方面。农村场景具有人口密度低、居住分散、地域广阔、地形复杂的特点[4]。特别是中国北方农村，一个行政村包含若干自然村，这些自然村在地理位置上相隔较远，中间隔着大片土地。另外，农村场景大多地形复杂，山脉起伏连绵，沟壑崎岖，建筑物多以平层为主，基本上没有高层建筑;二是经济发展方面。随着乡村振兴战略的实施，我国农村经济社会得到快速发展，农村生活水平不断提升。但是与城市相比，农村经济发展程度仍有较大提升空间，消费水平仍处于较低水平，且消费支出主要集中在衣食住行等生活必需品方面，在精神文化领域投入较少;三是业务需求方面。受智能终端普及程度影响，农村用户业务需求仍以语音业务为主，数据业务为辅。同时针对数据业务，多数由微信、各类新闻客户端等低流量应用产生，对网络速度及时延要求不高，因此农村场景下基站普遍负荷较小，网络无容量压力。

　　35G无线网络在农村场景部署前瞻

　　2019年6月，中国移动、中国联通、中国电信、中国广电四家运营商获得工信部颁发的5G牌照，其中中国移动、中国联通、中国电信已获批明确的部署频段，并在部分中心城市的热点区域开展5G建设项目。如果说2019年是中国5G网络商用元年，那么2020年将是5G网络开展大规模建设的一年，特别是在2020年3月，工信部下发工信部通信〔2020〕49号文件《工业和信息化部关于推动5G加快发展的通知》，提出要“全力推进5G网络建设、应用推广、技术发展和安全保障，充分发挥5G新型基础设施的规模效应和带动作用，支撑经济高质量发展。”[5]这意味着在经过2019年5G网络商用元年之后，2020年将掀起5G网络建设的高潮。目前，国内运营商5G网络建设主要集中在城市场景，随着乡村振兴战略的实施，农村场景的重要程度日益提升，5G网络必将由城市向农村推进。本文结合5G典型应用场景及农村场景实际特点，给出如下前瞻及建议。

　　3.1投资建设方面：县镇试点，按需部署

　　工信部通信〔2020〕49号文件旨在推动运营商加快5G网络建设，其中提出要“加快推进主要城市的网络建设，并向有条件的重点县镇逐步延伸覆盖。”这意味着三大运营商可参考城市场景5G网络局部试点的经验，在部分县镇先期开展5G网络农村场景试点工作，实现5G网络从城市场景到农村场景的平滑过渡，为今后农村场景5G网络建设全面铺开积累宝贵经验。但也应注意到，受提速降费、流量不清零等因素影响，三大运营商均呈现营收及净利润增长乏力的态势，根据港交所发布的国内三大运营商2019年财报数据[6-8]，中国联通、中国电信营收出现负增长，中国移动、中国电信净利润出现负增长，如表1所示。这意味着三大运营商在投资决策方面将更加谨慎。同时，目前5G终端价格普遍较高，很大程度上限制了5G终端的普及推广。特别在农村用户收入水平较低的情况下，短期内5G终端用户比例不会出现较大提升。可以预测在出现5G“千元机”之前，农村5G市场基本将是空白的。因此，在投资建设方面，5G网络在农村场景应在有条件的县镇先行试点，积累经验做好准备，同时等待终端等配套产业链进一步发展后按需部署建设。

　　3.2业务推广方面：应用为主，物联先行

　　如前文所述，与传统移动通信技术不同，5G技术不仅会改变人与人之间传统的通讯方式，更将改变整个网络社会及相关垂直行业，其三个典型应用场景表明，5G的重要意义是将各个行业领域的应用需求映射到信息系统之中，从而实现各个行业领域的高度智能化。特别是4G网络建设以来，由于互联网业务快速发展，运营商短信、彩铃、语音等传统业务受到极大冲击，“管道化”趋势明显。而5G技术将为运营商“去管道化”提供可能。结合农村场景实际特点，在目前阶段5G三大典型场景中的mMTC海量物联技术预计将率先在农村场景下得到广泛应用。“5G+农业”的初期阶段将是通过物联网技术实现农业智能化，进而推动农业现代化进程。例如，在广袤土地或温室大棚内放置海量传感器、摄像头等信息采集装置，通过物联网技术，实现环境温湿度、土壤酸碱度、肥力等农业信息采集汇总上报，通过云计算处理给出合理化建议，并提供远程控制相关设备的能力。目前，NB-IoT窄带物联网技术已作为5G候选技术上报到国际电信联盟，最早将于2020年6月得到正式批复。中国电信也于2018年开始在部分区域通过重耕800M频段实现NB-IoT网络覆盖。因此，在业务推广方面，农村场景应首先推动5G物联网技术在农业领域的应用，以此带动5G网络在农村场景的多业务推广。

　　3.3覆盖组网方面：长期共存，低频覆盖

　　我国4G网络自2014年正式开始商用，经过5年的大规模建设，至2018年末，已建成了世界上规模最大的4G网络，且在农村场景也已基本实现4G网络广覆盖。目前，农村4G网络呈现站点数量少、单站覆盖广、容量压力小的特点，并且这种特点也将随着农村4G用户数量趋于饱和而变成常态化。因此，5G网络在农村场景部署初期仍将与4G网络长期共存，特别是由于5G目前仅能承载数据业务，而其承载语音业务的VoNR技术仍处在研究阶段，在2G网络退网之后，4G网络的VoLTE将承担起承载语音业务的重担，因此不仅在农村场景下需要保留4G网络，城市场景也需要4G网络与5G网络长期共存，满足用户体验不受影响。同时，在农村地区部署5G网络也将受到频段制约。目前，已得到工信部批准的可用于室外覆盖的5G频段包括中国移动2.6G频段及4.9G频段，共260M带宽、中国联通3.5G频段共100M带宽以及中国电信3.5G频段共100M带宽，如表2所列。虽然获批频段在5G频率范围中已属于6G以下低频部分，但与目前4G网络在农村场景下采用的低频段仍有较大差异，进而造成了覆盖距离和站址数量的差异。以中国电信为例，目前中国电信4G网络在农村场景以800M频段覆盖为主，如果采用3.5G频段进行5G网络覆盖，通过链路损耗计算，理论上800M频段单站覆盖距离是3.5G频段的4倍以上，这意味着若想实现与4G网络同等的覆盖效果，5G网络所需站点规模将是4G网络的16倍以上，即使考虑大规模天线技术等5G关键技术对覆盖提升增益，仍需新建大量的5G站点来弥补频段劣势造成的覆盖能力不足。因此利用已经获批的5G频段在农村部署5G网络将面临很大的工程难度和资金压力。2020年4月1日，工信部下发〔2020〕50号文件《工业和信息化部关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，指出“将702～798MHz频段频率使用规划调整用于移动通信系统，并将703～743/758～798MHz频段规划用于频分双工(FDD)工作方式的移动通信系统”[9]，为拥有700M频段使用权以及5G牌照的中国广电开启5G网络建设扫清了障碍，同时也为未来在农村场景实现5G网络低频段覆盖提供了可能。

　　4结论

　　目前来看，随着乡村振兴战略实施，农村场景必将成为通信领域未来发展的主战场，5G网络也终将由城市走向农村。但也应注意到，受限于投资、终端及业务推广以及频段资源等方面制约，在农村场景部署5G网络仍需要有利的政策以及契机。同时，5G网络在城市场景的规模商用也将为其今后在农村场景的部署积累经验。因此，本文仅对5G网络在农村场景下的部署及应用进行前瞻和预判，为未来5G网络在农村场景的实际建设提供一定的思路。

　　作者：李宏伟