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谈起5G，如邬贺铨
院士所说：“现在只是打开5G殿堂的大门，想象和实践都不该受到局限，5G不仅是移动通信的新世代，更是承载高科技产业的希望。”所以在此不以严谨定义方式进行论证，而是以积极期待的心态探索这一即将为人类文明生活带来重大变革的重器。
为什么称之为“窥探”？这是因为5G尚未拥有完整的体系架构，也不具备清楚定义的学说或理论，更不是局限于某一行业的商用产品。但其重要性在现阶段刚崭露头角的发展初期，已被预测其影响即将凌驾众多科技、学说、理论，而其应用之广泛更可谓深入各行各业、无所不涵。众多的科技载体应用都是依5G新一代移动信息技术而发展创新，甚至因5G而开始初生萌芽。有人形容5G是宏大未来科技殿堂的入口，有人更形容5G为万物互联秘境的门钥，众说纷呈，百家争鸣。
由于知识的局限，人在憧憬幻想中逐渐完备适应生活的技术与能力。就像现代人类生活一直以来就是不断从憧憬幻想，到科幻，再到科技落实的过程，所以在此5G殿堂的大门初开乍现的契机，我们要善用与生俱来的好奇心对未来新科技生活发展一一窥探。
邬贺铨院士进一步陈述：“现在5G正位于发展方向判定的交叉点上，是位于新的开端，而不是事后的批判，所以重要的不是正确性，而是前瞻的触觉，以及全新应用领域的激发。”所以我们需聚精会神努力地窥探。
回顾1G、2G、3G、4G发展的时间进程，我们可以看出，似乎每十年更新一代：
1980年代（1G时代）→无线电对讲机、传呼机（BB Call）、“黑金刚”（大哥大移动电话），使用模拟信号（analogue）。
1990年代（2G时代）→有了数字移动电话和短信功能，使用数字信号（digital）。
2000年代（3G时代）→数字移动电话可以作图像、照片……接收传输。
2010年代（4G时代）→基于全IP的移动宽带开始具备应用音乐、视频……大流量接收传输能力。
2020年代（5G时代）→可预期进展为移动信息技术的全新时代。
也有人根据实际应用维度的不同，为信息技术立下世代革新的界碑，区分为：
1代——传声音，电报。
2代——传数字信息。
3代——传图像，照片。
4代——传视频。
5代——传3D立体投影，3D扫描。
从某一方面来说，这种就应用功能的区分，虽然相当另类、功利、具有目的性，却可以为每一个世代的技术革新树立具体世代更迭的里程碑，并且清楚地期待，下一世代如果善用5G（低延时）近乎实时（real time）、大量数据连接（big data）、5个“9”可靠性（99.999%）的环境下：完全突破空间距离的3D信息沟通及传输屏障，解决视觉影像立体传输对于介质的依赖（以VR、AR、MR等集成技术）达到立体信息无缝传输及接收。
毕竟VR（Virtual Reality，虚拟现实技术）、AR（Augmented Reality，增强现实技术）、MR（Mixed Reality，混合现实技术）不外乎是不断改良完善3D投影传送及接收的一系列阶段性作法。也就是依信息传输“维度（dimension）”能力的区分，如此区分确实分得简单粗暴，却不失清晰的界限，“单纯地”就移动信息技术的应用维度及能力作世代区分，与实际状况也可说相当契合，尤其对新一代信息技术应用的期待更是具体形象化，不空泛。在此也应提倡，当谈论第五代移动通信技术的世代交替分界，应该更聚焦信息技术本身，而不应由于搭上5G信息技术能力的各种应用载体而失去了焦点，更不可盲目设立速度快慢的数量界线，以快、更快、再快作世代区分并不可取。更赞同第五代移动信息技术应该集成虚拟实境（VR、AR、MR、3D投影等）技术的发展方向，协助人们突破视觉须依赖介质传输的先天的人眼视力缺陷，达到3D影像突破空间、距离传输接收应用的限制，才算是新一代移动信息技术5G——新的里程碑。
表2-1将移动通信技术发展进行了一个时代区分并对重要纪事资料数据进行汇编。综合栏列信息技术的时代发展进程，重大发展纪事及较科学的量化描述，应该可以稍加导正对于未来第五代（5G）移动信息技术发展的期待，固然想象力重要，但多点科技少点科幻，才能较具体地加快5G的进程。
表2-1 移动通信技术发展时代区分及重要纪事
随着我国社会生活水平的不断提高，4G移动信息技术的使用已经慢慢地满足不了现代人们对于网络技术的要求，科技的发展使5G移动信息技术兴起，这也是未来移动信息工程发展的必然趋势。针对5G移动信息技术的需要，人们不断地提高研发的水平、创新通信技术的使用，促进5G移动信息技术的全面发展，为将来的智能设备提供重要的网络支持。
5G移动信息技术在传输速度、网络连接与各种性能的拓展等方面具有很大的提高。与4G移动信息技术相比较，5G移动信息技术更加完善，传输速度更快，出现的问题更少。在将来的应用中，5G移动信息技术还会在各种设备中使用，实现数据资源的共享。
5G移动信息技术对人们生活也会产生重大的影响。生活的设备实现5G网络的连接，实现资源的共享，方便了人们的生活，提高了生活的智能化。在将来的社会经济发展中5G技术是重要的发展趋势，它也将给整个社会的发展带来更多的发展机遇与推动力量。在未来的发展中5G移动信息技术也将会有更多的发展可能。
5G时代刚刚起步，但这段科技革命将是一段永不终结的旅程。所谓的5G时代，即5G移动信息技术成熟地深入各行各业的应用载体，逐步普及至一般社会城市生活，范围包括所有现在存在、未来新开发的新载体、新应用。收罗汇整媒体、网络、书籍上的众家陈述，描绘预测5G未来生活的蓝图，不过度科幻化，仍以工业4.0、5G、自动化、奠基万物互联的系列探讨为中心，如图2-1所示。
图2-1 新一代信息技术的应用期待
描绘未来社会城市生活、工业生产、科技制造乃至一般民生，在搭载了5G信息技术能力之后的新场景，可从工业4.0最具权威性的官方说法及5G领军人物发布的白皮书提前看到大致的轮廓。
（1）工业4.0最具权威性的官方说法。德国提出定义的第四次工业革命未来愿景的蓝图：由一个信息、一个网络、四大主题、三项集成、八项计划组成的框架机构。
如图2-2是5G智慧工厂，是对未来新工业革命的愿景蓝图，可理解为全面搭载了5G信息技术能力的未来工业生产、科技制造、装备、管理方式等的全新方式，成就工业生产、科技制造的新场景。
图2-2 5G智慧工厂
（2）5G领军人物发布的白皮书。关于描绘未来社会城市生活乃至一般民生，在搭载了5G信息技术能力之后的新场景可从5G领军企业华为技术有限公司HuaweiXlabs发布的Vo5G技术白皮书一探究竟。其中的表述可视为目前涵盖领域较为广泛且具代表性的说法，主要针对描绘未来社会城市生活中最能体现5G能力的技术，白皮书提出十大应用场景，即可视为未来城市生活的新场景。
● 云VR/AR：实时计算机图像渲染和建模。
● 车联网：远控驾驶、编队行驶、自动驾驶。
● 智能制造：无线机器人云端控制。
● 智能能源：总线自动化。
● 无线医疗：具备无线反馈的远程诊断。
● 无线家庭娱乐：超高清8K视频和云游戏。
● 联网无人机：专业巡检和安防。
● 5G社交网络：超高清/全景直播。
● 个人AI辅助：AI辅助智能头盔。
● 智慧城市：AI智能视频监控。
从5G时代的新场景中我们不难发现：4.0新工业革命及新5G移动信息技术，对于工业科技及人类生活未来的蓝图有着“不约而同”的陈述。其实这也不是“偶然”，新工业革命本来就是在既有创新精进的基础上又恰逢新一代移动信息技术的突飞猛进，两者互相促进，使传统上的各种技术瓶颈、生产限制、操作极限、时空障碍（工程设计、资源规划、制造规划、生产控制、工厂自动化），有了革命性的突破。
对于未来世界的场景我们向来不陌生，因为多年来好莱坞的科幻大片从不缺乏惊奇的想象创意。如图2-3展示了处于信息时代的未来世界的概念愿景。在此筑梦之际我们还是聚焦工业4.0、5G这两大引领世界进步的时代“巨轮”，才不至于离题太远。
图2-3 5G社会城市生活、科技民生的概念愿景
5G时代的新技术、新应用可以说包罗万象（含现在具体期待的、想象中的，甚至于想象不到的）。如同邬贺铨院士说：“现在只是刚打开5G殿堂的大门，想象和实践都不该受到局限，现阶段重要的不是正确性，而是前瞻的触觉，以及全新应用领域的激发。”
所以这里我想沿着移动信息技术的“维度（1D、2D、2.5D、3D）改变”来探讨对5G新技术及工业发展提升的期待。
● GPS定位系统的革新（3D空间定位系统）。
● AOI自动光学检测的锐变（微型部件化）。
● 集成传感控制器。控制器、遥控器、触控屏（Touch Panel，TP）、个人计算机、PLC等，电子产品硬件控制虚拟化实体将逐渐消失——集成传感控制器。
● 3D投影（3D Projector），3D扫描（3D Scanner），5G时代的新里程碑。
● 人工智能的发展与应用。
● 智能机器人（感官、仿生、人工智能）。
（1）GPS的革新（需求实际进入3D定位领域）。人们对定位的需求始终都不止于2D，在工业生产、科技制造中使用的坐标一般已有6个：圆柱形坐标、球形坐标、笛卡尔坐标、旋转坐标、Scaratype坐标和并行坐标。GPS（Geographic Positioning System，地理定位系统）在日趋立体化的城市现代生活中逐渐难以满足导航的需求。5G使得高层立体建筑群之间的空间得以更加充分的利用，使3D立体交通、城市内短程3D立体物流、3D工厂等构想逐步实现成为可能，如图2-5所示。而这一切实现的前提就是需要提供精准的3D定位能力。对于精准3D定位的刚性需求，是毋庸置疑的，而开发中的3D空间定位系统（3DSPS，3D Space Positioning System）也已具雏形。这里的3D精准定位是精准2D位置加上精准高度，并非是现阶段飞行器使用的卫星轨迹定位，而是未来日趋多元的大型建筑物内、高层建筑群间以及千米以下的低空3D交通、3D货物运输、无人机快递业务等，所需的精准3D空间定位系统。这需要依靠有精准完备的3D空间定位系统及5G高速的运算及传输能力才能达成。由于5G的到来3D空间定位系统将进入全面应用的新纪元，人类科技生活对于精准3D定位的突破性发展也必定会带来各种的新变革。
图2-4 5G高层立体建筑群间的空间利用
（2）AOI的锐变（微型部件化）。AOI（Automatic Optical Inspection，自动光学检查）是近代工业品质管控精进的重要发明，也是精准、客观、数字化、定性定量品质管控的综合体，更是结合光学应用、影像图像比对技术、量测、数学计算、统计分析、运动控制各种尖端科技全面性的整合应用。AOI可以做到人力节约及生产过程产品品质的科学管控，近期又因5G技术的参与革新，AOI已提升至超低延时近乎实时的品质管控。而且A“O”I也不再局限于O（optical，视觉的）而是已经突破到激光、条纹光、红外线、紫外线、热成像、X光等，对于主动量测技术的精进更不在话下。
AOI的各种实际应用已经深入各行各业，实时监测、影像比对、鉴别、精密量测等，需求不断扩大且迫切万分。在现代光学、视觉科技产业的不断进步中，一切都日新月异，就如同照相功能从相机到手机，这一切都使广大受众群体对这一新兴科技有了新的看法。在工业控制及科技应用上更是多元化，AOI、AXI（Advanced eXtensible Interface，一种总线协议）、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）等一向都是昂贵复杂设备的代名词。
对于5G时代的到来，很应景的期待便是无线化。移动信息技术再加上高速大数据无线传输，AOI、AXI、SPI等将必然微型部件化，设备机身将“不复存在”。在现代工厂中，此类全程监控生产过程、生产品质的重要工具（设备）进入无线传输时代，不再需要机器（设备）本身做比对、收集、运算、统计分析等，而是以一个“信息采集器”的存在完成所有工作，可以提供比传统AOI功能更强大的、更快速的信息技术（收集、分析、应用、传输等）处理能力，而且更即时、更智能。这会是将来智能工厂的眼睛（智慧之窗），也会为将来的车载、安防等各项监控带来革命性的变革。
（3）集成传感器（sensor）的应用提升。5G时代传感器应用的提升，主要想叙述小范围3D空间定位系统的技术进一步应用以及信息在Gbps数量级能力传输下的革新。在传统集成传感器使用中，佐以遥控、遥测、RFID（射频识别技术）、VR、MR、AR等先进技术的辅助，可期待很多不必要的电子产品实体将无须存在，触控屏（TP，Touch Panel）将不再受平面限制地进入5G加3D时代。这个论述不是科幻，而是大量现代电子产品加入5G的技术应用后使用的方式会大不相同，如游戏机、电脑，甚至电视，所有使用于接收、展示、处理信息的移动、固定终端电子产品都可借助集成传感控制器（集成MR传感器=传感器+RFID+MR+SPS）的存在发挥作用，而多数电子终端产品，也都可以被集成传感控制器、非接触式控制系统NCOS（Non-Contact Operation System）所取代。5G集成传感器的应用提升如图2-5所示。
图2-5 5G集成传感器的应用提升
人类近代在信息传输、光学、视觉科技产业的改善上耗费了大量自然资源，虽然带来了感官上的满足，但也带来了非常多的负面影响。集成传感控制器、非接触式控制系统NCOS初步可用于取代控制开关、键盘、TP触控面板等，进而取代所有用于传送、接收、展示信息的电子产品，如游戏机、平板产品、电视等。多数电子产品必定会为实体小、功能大的产品所取代，且多数有形需操控及按键的电子产品实体也将不复存在，对于地球的资源及环境改善将是一大福音。
（4）3D投影（3D Projection），3D扫描（3D Scanner）。3D投影、3D扫描可能是人们对5G时代最具体也相对最困难的期待。为什么具体？说起3D投影、3D扫描，大家都不陌生，因为好莱坞大片在过去30年如同已经成熟存在般地描述并使用3D投影、3D扫描在电影场景里，所以普罗大众对于3D投影、3D扫描的印象非常鲜明具体。既然具体又为什么是最困难的期待？因为除了信息技术本身的困难度外仍须克服人体视觉的先天瓶颈，也就是光须要经介质传输才能在人眼中成像，以及光穿透实物影像信息收集技术才刚起步。人们现代生活的各种的需求从想象到科幻再到科技，通常都在数年到数十年间逐渐落实到生活，但3D投影、3D扫描，自概念产生搬上大荧幕成为电影，且清晰描述出作用、细致的应用场景，到现在已经不少于50年了，相关的实际应用却非常局限。此项需求迫切的工具（科技）为何如此难以突破？我们不得而知，或许近年兴起的VR、MR、AR，能突破各项困难带领我们进入3D投影、3D扫描的应用时代，这也必然成为5G时代具体的新里程碑。
（5）人工智能的应用与发展。1956年John McCarthy在美国达特莫斯（Dartmouth）会议上首次提出“人工智能”这个概念。人工智能也称为机器智能，英文缩写为AI（Artificial Intelligence），它是结合计算机科学、控制论、信息论语言学等多种学科相互渗透结合发展起来的一门综合性学科。人工智能是为了研究出智能的机器或者智能系统来模拟人类的思想行为等，使它们能够帮助人类解决一些人们不便或不能解决的事情。
人工智能从诞生以来，理论和技术发展越来越成熟，并且伴随着科学技术的飞速发展，人工智能近年来也不断飞速发展应用到各个领域，研究成果逐步涉及多个方面，从以前的军事、国防应用逐渐走向社会民生，我们的社会、城市、家庭也变得更智慧化。人工智能的具体呈现可由以下几项现阶段快速开展的应用说起，如图2-6所示。
图2-6 人工智能具体呈现的应用
（6）智能机器人。智能机器人顾名思义就是机器人具有类似于人的智能，让机器人装备高灵敏度的传感器，因而具有同人一般甚至远超越人的视觉、听觉、嗅觉、触觉的能力，能对感知的信息进行分析，并控制机器人自己本身的行为，处理环境发生的变化，完成交给的各种复杂、困难的任务，而且能有适当自我学习、归纳、总结、提高已掌握知识的能力，又称作第三代智能机器人。
机器人的出现以及应用发展至今，一般可以划分为三个阶段，如图2-7所示。
图2-7 机器人的出现以及应用阶段
目前研制的智能机器人大都只具有部分的智能，和真正意义上的智能机器人，还差得很远。人工智能所设计的自控型机器人不同于传统机器人。不久的未来它们将可以柔性理解人类的语言，使用人类的语言对话，满足人们对智能生活的大部分需要。智能机器人的发展在感官系统、运动系统及人工智能技术应用均刚起步，是一个在感知、思维、效应方面全面模拟人的智能机器系统，外形不一定像人。智能机器人是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能在各个领域应用的技术，研究它们相互之间的关系，还可以在有害环境中代替人从事危险工作，如在上天下海、战场作业等方面取代人力并大显身手。
在4G时代利用信息创造出的财富已是众所皆知，进入5G时代只会更进一步，特别是新5G信息技术备受关注的同时信息安全更不容忽视。尤其网络切片技术、边缘计算，从封闭到开放更易受到攻击。网络信息安全的新隐患，如何作新动态防御，任意一环节的疏忽都可能丧失重要信息，使企业瘫痪，造成不可恢复的损失，如同驯鹰的过程一样“鹰”随时会逃走或死亡。
中国国家互联网应急中心发布的《2019年上半年我国互联网网络安全态势》显示，在工业互联网安全方面，累计监测发现中国境内暴露的联网工业设备数量共计6814个。在云平台安全方面，2019年上半年，云平台上的网络安全事件或威胁情况相比2018年进一步加剧。工业和信息化部等十部门印发的《加强工业互联网安全工作的指导意见》，已对工业互联网的安全保障进行了系统部署，是国家工业互联网安全工作的纲领性指导文件。可见5G信息技术的安全一直都是国家层面的问题，如新的体系下如何设计好安全的边界、安全保障的方向以及相应的安全防护功能体系。工业互联网中涉及一些要素，比如设备安全、工控系统、网络安全、数据安全、应用安全，平台安全等，这些要素未来可能会变得越来越多，所以也需要高度重视并实施符合现状及未来使用的安全体系设计和新的安全技术手段。