2.6 5G发展的机遇与挑战

从全球4G发展的历史来看，从2010年开始，全球累计建设的4G基站超过500万个，其累计投资总量更是一个天文数字。4G给运营商的发展带来了增长，但是这种增长随着激烈的市场竞争和管制机构的干预而日趋饱和。

早在十多年前，咨询机构就已经成功地预测到了今天移动通信网络运营商发展所面临的困境，如图2-20所示。4G的快速发展终结了移动通信市场以语音业务为主的时代，真正进入了以数据为主的时代。由于移动通信市场的渗透率已经超过100%，运营商原有的靠市场规模来增加收入的方式已难以为继，所以在4G发展的后期，移动运营商的发展进入了瓶颈期。移动通信行业开始积极布局物联网的应用，试图通过NB-IoT和eMTC积极探索新的垂直行业市场，但并未取得预期的效果；在5G时代更是把面向垂直行业的物联网作为发展的重点。

5G作为移动通信基础设施，可实现人与人、人与物、物与物的强连接，连接社会运行的方方面面；同时5G与人工智能（AI）、物联网（IoT）、云计算（Cloud Computing）、大数据（Big Data）、边缘计算（Edge Computing）融合交织（AICDE），共同构成新一代泛在智能信息基础设施；5G+AICDE与机器人、高清视频、无人机、AR/VR等技术相结合，将为社会各行业的应用提供通用能力，包括生活涉及的教育、医疗、文娱、交通等，生产涉及的工业、农业、能源、金融等，以及社会治理涉及的政务、安防、环保等，形成5G+X应用延展，不断推出新产品、新服务、新模式、新业态，加速各行业质量变革、效率变革、动力变革。所以，业界期待5G能够将4G带给移动互联网的空前繁荣复制到社会的各行各业，由此为移动通信行业带来新的飞跃。

从目前的5G商用发展来看，5G的发展依然处于成长期，我国虽然在网络规模和用户数量上都取得了全球领先，但面向2C（toC）的杀手级应用还没有出现，个人用户还很难体验到5G特有的业务和体验。2B业务虽然在一些矿山、钢铁、煤矿等行业有了一些成功的应用，全国也开展了成千上万的5G 2B的业务示范，但难以规模复制。5G的发展出现了一些争议和质疑，5G的高能耗、高成本、网络运维难等成为业界热议的话题，用户对业务体验和运营商资费也多有诟病。设备商希望5G能够持续大规模建设，而运营商却面对成本高和变现难的挑战，5G发展路在何方？

2.6.1 “开源”

结合4G的业务发展来看，全球运营商主要聚焦在个人业务的提供，以更高的速率来满足客户不断增长的数据流量需求。在整个移动互联网业务的利益链条中，运营商仅仅分得了卖流量的价值，而绝大部分连接和内容的价值则被互联网厂商所瓜分，所以运营商仅仅靠提高用户消费的流量来提升每用户平均收入（Average Revenue Per User，ARPU）。但是，随着运营商间的市场竞争加剧，以及管制机构强制性的提速降费，不限量套餐已经日益成为运营商个人业务普及的商业模式。在这样的大环境下，运营商难以继续过去的流量经营模式，而必须拓展新的商业模式。所以，在4G发展后期，全球领先市场的运营商纷纷开始探索物联网应用市场，但目前全球运营商在以eMTC和NB-IoT等为代表的物联网应用的拓展中，运营商并没有找到快速增长的秘诀，仍然是靠卖连接和卖流量来赢利，投入产出比不容乐观。

5G如何赢利和变现？5G的商业模式究竟应该是什么？业界众说纷纭。有人说卖流量，5G峰值速率可以超过1Gbps，是4G的10倍以上，而单基站的吞吐量则是4G的几十倍，流量供给能力有挖掘的潜力；有人说卖能力，因为5G可以提供更低的时延和更高的可靠性，如对于玩游戏的年轻人，特别是对于玩对战游戏，时延体验就非常重要，甚至对结果产生决定性的影响，可以通过加速套餐包的形式提供差异化的服务，从而带来新的商业模式；有人说卖连接，面向未来的社会，物联网终端的数量将是个人用户数的成百上千倍，市场空间巨大。

尽管5G能够满足eMBB、uRLLC和mMTC等应用场景的需求，很多领先的运营商都在探索5G新的商业模式，但是大多数运营商对未来5G在物联网和垂直行业的商业模式并不乐观。所以，大多数运营商将5G的初期发展定位于eMBB业务，首先考虑满足4G业务量发展带来的扩容需求。

综合考虑整个5G的能力和新的场景，5G未来业务发展主要在以下方向 ^{[3-4，17-18]} 。

（1）深耕个人业务市场，构造差异化用户体验，通过不同等级的体验来使资费等级差异化，通过消费等级的提升来提高ARPU值。

在作者日常的工作接触中，听到很多高端手机客户在抱怨：“我是你们的忠实用户，使用你们的号几十年，每个月几百上千块钱的话费，但是我和那些每个月交20块钱的人比，没有体验到任何差异？网络好的时候，大家都好，网络不好的时候，大家也一样不好。”

在这方面，移动运营商应该向互联网企业学习，提供差异化的业务体验，通过不同的服务等级来进行差异化计费，则可以在原有不限量套餐的基础上开发出更多、更灵活的资费体系，进而提高个人业务带来的收入。例如，考虑到视频业务已经成为消耗流量的主要应用，对于基本的资费套餐，可以考虑保证标清的视频传输能力；而对于愿意支付更高资费的用户，则可以保证高清的视频传输能力。

（2）培育和引入业务能力要求较高的个人业务，带动个人业务体验升级，如AR/VR，可采取按次或者按时长等单独的计费方式。

（3）以开放灵活的产品形态，拓展垂直行业和企业级市场，拓展新的业务空间。

对于5G网络，运营商可以利用其高速率、低时延、高可靠性和大连接能力，借助网络切片和MEC，布局差异化的企业级和垂直行业的应用市场，逐步扩大5G应用的市场规模，进而摊低整个5G网络的建设和运维成本，通过新的商业模式，提升5G赢利能力。

尽管5G的应用示范项目多达数千个，也在实际的商业应用中有诸多的突破，如钢铁、煤矿、港口和码头等行业，但5G面向行业的应用需充分保证“网络可靠稳定、数据安全隔离、开通流程简化、运维模式升级”，“5G+行业”仍然面临诸多的挑战，5G与垂直行业的结合还有很长的路要走。

①各行业的发展都呈烟囱式，行业壁垒森严，5G融入其他行业需要打破壁垒。

②一些行业的监管政策还不完善、不完备，影响5G的应用，如车联网、无人机等。

③5G网络从服务行业到融入生产，要满足极高的端到端可靠性，网络性能、运维水平需进一步提升。

④5G早期宣称的网络切片等能力还不完善，还不具备成熟商用的能力。

⑤5G 2B应用呈现多样化、定制化、长流程特点，阻碍其进一步规模化发展。

⑥5G端到端成本仍然不够友好，设置了较高的使用门槛，尤其影响中小型客户使用意愿。

⑦5G 2B的发展仍然沿用了传统的2C产品形态，能力单一、结构固化，无法适应差异化和碎片化的2B市场需求。

所以，尽管垂直行业和企业级市场是5G未来发展的主要方向，但从其过去的发展历史来看，其开放性存在很大的不确定性，需要政府通过统筹规划加以引导，也需要通信产业尽早将垂直行业引入到5G发展的推进当中，沟通需求，孵化业务和应用，探索和培育共赢的商业模式。

（4）通过网络能力开放，培育5G应用开发生态 ^[17-18] 。

传统垂直领域的发展模式都是“烟囱式”的，各行各业都有自己的生态系统和行业壁垒，很多领域是运营商之前没有尝试过的。在5G时代，由于垂直行业市场的碎片化和业务需求的差异化，传统的2C模式很难复制到垂直行业。如何核算成本？如何定价？如何满足差异化的业务和部署需求？如何拓展用户？运营商现有的运营和管理体系如何适应2B市场的变化？由于机制和体制的限制，传统运营商在新业务和新应用方面的创新能力远不如互联网公司、中小微企业，尤其是在个性化和差异化的垂直行业应用方面，难以在成本和速度上取得优势。这些都是运营商正在面临的发展挑战。

面对上述挑战，除布局相关业务的开发、拓展、运营和管理上的转变之外，运营商还需要着重在几个方面布局：一是尽快构建端到端5G网络能力，通过将5G网络的全新能力和网络切片、边缘计算相结合，实现对差异化和碎片化的垂直行业需求的支持；二是构建5G网络能力开放平台，将运营商网络的各种能力开放给第三方使用，鼓励更多的应用开发者基于5G能力去开发和创造创新的业务，通过和第三方合作者的收入分成和网络能力租赁找到新的收入增长点，也能大幅提升5G业务和应用的创新活力，加速5G的发展和普及；三是构建面向垂直行业应用的应用程序商店（App Store），并以此为支撑，构建网络运营商、应用开发商和应用使用者的生态系统，实现网络能力、应用工具和被服务对象的多方对接，创造多赢的商业模式。面向5G，运营商网络可以开放的能力有很多，包括高速率、低时延、高可靠性、人工智能、云计算和存储、用户信息、位置定位等能力，需要运营商结合5G网络的部署和发展，去拓展和培育这个更加广阔的新兴市场。

2.6.2 “节流”

迄今为止，我国5G网络的规模已经达到160万站，超过全球规模的70%，整个移动通信基站的规模已经超过1000万站。如此庞大的基站规模，带来了巨大的建设和运营成本，特别是5G网络的建设，由于采用了大规模天线技术、100MHz带宽等，尽管性能和效率得到了极大的提升，但单基站的成本是4G的2～3倍，基站能耗也是4G的3倍。5G网络的大规模建设给运营商带来了巨大的成本压力，除建设投资外，电费、天面与机房的租金、网络的运维成本也成为日常的重要开支，所以“成本高、能耗高、运维难”成为运营商在5G发展中亟须解决的问题。

5G为了提升性能和效率，初期的基站采用了192天线/64通道的有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）架构，为了满足商用的条件，对基站的架构和芯片设计与工艺提出了更高的要求，5G大规模天线基站对集成电路的要求如图2-21所示。

为了满足商用的要求，5G基站已经在小型化和轻量化方面进行了全新的设计和优化，包括采用高集成度的集成电路（Integrated Circuit，IC）、高散热效率的轻量化材料等，同时也针对基带的高复杂度处理进行了全面的优化；但其成本仍然达到了4G基站的2～3倍，能耗则是4G基站的3倍。

如图2-22所示，从5G大规模天线基站的能耗分布实测数据来看，基站的功耗主要包含基带（Baseband，BB）、数字中频和增强型通用公共无线电接口（enhanced Common Public Radio Interface，eCPRI）（IF+eCPRI）、射频（Radio Frequency，RF）和功率放大器（Power Amplifier，PA），BB、IF+eCPRI、RF部分的功耗和基站的负载并不是线性关系，随着基站业务负载的增加而变化不大，仅PA的功耗与基站的业务负载呈线性关系。在满负载的情况下，一个基站（3扇区）的功耗高达3168W，考虑160万个基站，20%的基站满负载，60%的基站中度负载，而20%的基站轻负载，则一年的用电量高达392.448亿度（kW·h），按每度电0.725元计算，电费将高达284.5248亿元。如果再考虑机房的空调等的电费、店面的租金等，新增5G网络的维护成本开支给运营商带来了巨大的成本压力。

所以，运营商和设备商都在积极推进5G网络的节能工作，分别从硬件设计和优化、软件功能的引入两个方面对5G设备和网络的能耗进行优化。硬件方面，着重从以下三方面对基站的能耗进行优化。

（1）功率放大器（功放）效率的提升：相比于第一代产品，功放效率提升5%；使用氮化镓（GaN）功放，相比横向扩散金属氧化物半导体（Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor，LDMOS）会带来8%的末级功放效率提升。

（2）收发信机集成度提升：相比于第一代产品，集成度提升一倍；工艺提升1～2代（40nm→28nm→16nm）。

（3）数字芯片专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）化：除部分厂家外，基本实现ASIC化；工艺提升1代（16nm→7nm）。

基站软件方面，在传统的基站和网络节能功能的基础上，进一步引入亚帧关断、通道关断、深度休眠等功能，可带来明显的能耗降低。

（1）亚帧关断（见图2-23）：基站应能根据业务量的变化，适时休眠部分器件（至少包含功放），休眠的时间长度可达到时隙（Time Slot）级。

（2）通道关断（见图2-24）：基站应能根据业务量的变化，适时休眠部分射频通道内相关器件（可休眠的器件不限于功放），以达到减少能耗的目的。

（3）深度休眠：该功能指基站在低功耗模式下，仅保留必要的功能模块工作，并能快速恢复至正常状态。

从现网的应用测试效果来看，新引入的软件功能可以取得较为明显的节能效果。

（1）亚帧关断：中低负载下节能达10%。

（2）通道关断：中低负载下节能10%～20%。

（3）能耗自动采集：能耗精度误差在5%以内。

此外，为了进一步降低机房的租金和机房能耗，运营商的5G建设逐渐开始采用云化无线接入网（Cloud Radio Access Network，C-RAN）的部署方式，如图2-25所示。通过多基站的中央单元（Central Unit，CU）+分布式单元（Distributed Unit，DU）的集中式部署，既可以大量减少机房的需求，同时也可以带来可观的节能效果。预计到2025年，运营商90%以上的5G基站将采用C-RAN的方式部署。

5G网络的建设除了增加了大量的基站，同时也带来了更加复杂的网络优化与运维问题。5G网络设计比4G更加灵活，引入了更多的网络参数，随着新功能的不断引入，网络参数也不断增加。此外，由于5G很难在短时间内提供无缝的覆盖，而现有的2G、3G和4G网络由于已有用户和业务的需求，很难在短期内全部升级换代到5G，所以运营商普遍存在多网、多代共存的问题。为了实现5G与4G等已有网络的共存与协同互补，网间参数的配置和优化也极为复杂，这给运营商整个网络的运维带来了巨大的困难和挑战，成本也大幅增加。

为此，运营商纷纷开始借助大数据和AI来实现网络的运维从人工和手动向无人化和自动化转变，提出了网络自动驾驶的发展目标 ^[19] ，面向流程定义场景化分级标准，分步迭代提升网络运维自治水平。全球运营商在欧洲电信标准化学会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）发起成立了全球电信管理论坛（TM Forum）并发起自动驾驶网络（Autonomous Driving Network，ADN） ^[20] 的研究，旨在面向消费者和垂直行业客户提供全自动、零等待、零接触、零故障的创新网络服务与信息和通信技术（Information and Communication Technology，ICT）业务，打造自服务、自修复、自优化的通信网络，为通信网络运维的数智化转型明晰了目标架构和实现路径 ^[21] 。

自动驾驶网络分级框架将网络自治化能力划分为“L0人工运营维护、L1辅助运营维护、L2部分自动驾驶网络、L3有条件自动驾驶网络、L4高级自动驾驶网络、L5完全自动驾驶网络”六个级别。中国移动参考自动驾驶网络理念，规划网络运维数智化转型，加大自动化、智能化能力建设，设定2025年网络运维自治水平达到L4的整体目标。针对生产网络的复杂性和自动化能力的多样性，中国移动采取“分而治之”的方法，实现网络自治能力的“螺旋上升”，并参考TM Forum自动驾驶网络层次化架构 ^[20] ，结合生产实践，提出“四层三闭环”的内部实践目标框架，如图2-26所示。

其中，4个层次如下。

（1）网元管理：提供网元内置的自动化运维能力。

（2）网络管理：提供面向网络的单专业自动化运维能力。

（3）业务管理：提供面向网络和业务的跨专业自动化运维能力。

（4）商务管理：提供面向客户的自动化服务管理能力，统一提供客户触点。

3个闭环如下。

（1）资源闭环：单专业资源管理，实现单域自治。

（2）业务闭环：面向业务的、跨专业的端到端管理，实现跨域协同。

（3）用户闭环：用户与商务管理，包括用户信息、营业、计费、客服等。

以此为参照，中国移动以提质、增效、降本为目标，分层次构建体系化能力，实现全场景网络自治。通过网络自动驾驶研究的推进，预期AI和网络大数据的应用将能够在很大程度上解决运营商5G网络运维难的问题。