1.2 5G基本概念及其发展概况

1.2.1 5G简介

（1）5G的由来

1G网络下，人们只能用“大哥大”完成语音通话。2G网络下，移动终端拥有了短信息功能和利用WAP（Wireless Application Protocol）协议上网的功能。由于3G与前两代移动网络相比具备更快的传输速度，所以它能够处理图像、音乐、视频等多种媒体形式的文件，并提供更好的网页浏览体验，大大丰富了人们的生活，提高了工作的效率。与前几代网络相比，4G网络具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、终端智能性高、兼容性好等诸多优势。然而，4G网络处理能力有限，信号、速度不稳定现象明显。

5G指第五代移动通信技术。5G与前几代网络最大的不同依然是速度上的不同。目前LTE（Long Term Evolution）峰值速率可以达到100Mbps，而5G的峰值速率将达到10Gbps，比4G提升了100倍。更重要的是，5G的覆盖范围广，比4G更加稳定，这为移动通信技术应用在其他领域夯实了基础。与前四代不同，5G并不是单一的无线通信技术，而是现有无线通信技术的融合。5G通过引入更先进可靠的技术，满足移动业务流量增长的需求，解决了4G无法支持2K及以上分辨率的超高清视频实时传输的问题，为VR（Virtual Reality，虚拟现实）/AR（Augmented Reality，增强现实）/MR（Mixed Reality，混合现实）、边缘计算、大数据、人工智能等在医疗健康行业的大规模商用带来了发展机遇。1G到5G的演进过程及对比如图1-7、表1-2所示。

（2）5G的特点

5G具有泛在网、低功耗、低时延、万物互联、重构安全五个基本特点。

泛在网是指覆盖的广度和深度，广度是指地域的宽广，深度是指场景的深入。例如，在当今的4G网络下，电梯、地下车库几乎没有信号。引入5G后，不仅能够保证这些深度场景中人们基本的通信需求，同时，也支持商家为人们提供智能停车等更人性化的服务。

功耗问题是当前限制可穿戴设备发展的一个重大因素。如果降低网络的耗能，将充电周期延长至一周、一个月，可穿戴智能化产品将更容易为用户所接受。NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）是5G网络不可或缺的部分，它支持低功耗设备在广域网的蜂窝连接，并且只消耗大约180kHz的带宽，能够大大延长可穿戴设备的充电周期。

低时延是智能设备远程应用的必备条件。在4G环境下，30～50ms左右时延已经能够满足人们在日常生活中的大部分需求。但是在无人机编队飞行、无人汽车行驶的场景下，差之毫厘就会酿成灾祸，时延仍然是一个重要的问题。5G空口时延降至1ms，可以支撑低时延的应用场景，让人们切实体验5G速度带来的便利。

5G让万物互联，带动产业链变革。在未来万物互联的时代，5G将使通信范围从人与人之间拓展到人与物、物与物之间，1平方公里内甚至可以同时有100万个网络连接。到2020年，社会各领域都可通过无线网络实现智能互联和“互联网+”。

网络安全威胁无处不在，网络安全是5G时代不可忽视的问题，在5G时代，随着数字化转型的逐渐深入，一方面，由于内网和外网的边界变得越来越模糊，网络泛化成为一个大趋势；另一方面，在万物互联时代，物联网系统越来越复杂，安全问题也越来越突出。医疗健康行业对安全性要求极高，所以在5G时代，必须加快安全领域核心技术研发，重新构建医疗健康行业安全体系，确保5G在医疗健康行业的应用安全。

（3）5G的三大应用场景

随着5G技术的广泛应用，“互联网+”“智能+”所带来的一系列变革，将推动整个社会的智慧化进程，这种变革也体现在医疗健康行业，尤其是在溯源上。5G三大应用场景包括eMBB（enhanced Mobile Broadband）、uRLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications）和mMTC（massive Machine Type Communications）（见图1-8）。各场景与医疗健康行业进一步融合，将加速推动医疗行业的网络化、智能化进程，也将在医疗服务行业监管和政府决策等方面发挥重要的作用。

eMBB即增强移动宽带，具备超大带宽和超高速率，用于连续广域覆盖和热点高容量场景。广域覆盖场景下实现用户体验速率100Mbps、移动性500km/h；热点高容量场景下用户体验速率1Gbps、小区峰值速率20Gbps、流量密度10Tbps/km²。eMBB医疗场景应用主要是支持患者医学影像、音视频、3D/超高清视频等大容量数据传输和高速率通信，支撑远程医疗、互联网诊疗和智慧医疗的发展。

uRLLC即高可靠低时延，支持单向空口时延最低1ms级别、高速移动场景下可靠性99.999%的连接，主要面向车联网、工业控制、智能电网等应用场景。uRLLC场景主要应用在医院内的无线监护、远程检测应用、远程手术等低时延应用场景。通信响应速度将降至毫秒级，保证信息传输的安全和低时延，支持自动化药房、移动机器人查房、智能输液、异常监测预警、远程B超、远程手术等前沿技术医疗应用。

mMTC即低功耗大连接，支持连接数密度为106万/km²，实现从消费到生产的全环节、从人到物的全场景覆盖，连接海量主体，满足彼此之间的通信需求，即“万物互联”。mMTC场景主要集中在医院内，现有的医院有上千种医疗器械设备，对于医疗设备的管理监控有迫切需求，5G支持心电图机、B超、CT、EMR、医学检验、药物流转、可穿戴设备、专家手机端等不同类别、不同网络的设备接入，可实现对现有医疗器械的统一管理，同时实现所有的设备数据联网。

1.2.2 5G在国内外的发展及应用

（1）5G标准化进展

5G标准化工作涉及很多国际组织，但是被广泛认可的标准主要有两个组织，ITU（国际电信联盟）和3GPP（第三代合作伙伴计划）。身为联合国的下属机构，ITU主要负责提出指标和5G中需要解决的问题。3GPP负责完成具体技术标准和规范的设计和执行。因为5G需要非常多且广泛的工作才能完成，所以3GPP把它分为两个阶段：Release 15和Release 16，被称作New Radio（NR）。Release 15就是目前5G的第一个标准版本。Release 15也被划分为三个版本，每个版本中定义了不同的内容，分别为NSA版本、SA版本和Late Drop版本（如图1-9所示）。

2017年12月，3GPP完成了Rel-15 NSA版本；2018年6月14日，3GPP发布了Rel-15 SA版本，而2018年年底，为了保证5G第一次部署工作的稳定和兼容性，3GPP决定推迟公布Rel-15 Late Drop版本。因此，2019年标准部分即将完成的工作是Rel-15 Late Drop和Rel-16 RAN。Rel-16 RAN的主要工作是无线接入网（RAN）。从概念上说，它用来提供设备和运营商核心网络之间的通信连接。eMBB场景标准化工作已经完成。3GPP已经向ITU提议，其在4G LTE阶段所制定的NB-IoT和eMTC可以满足ITU对5G物联网的需求，并进行了大量的评估研究。uRLLC将是Rel-16的重点讨论课题。图1-10展示了Late Drop的四种组网场景。

（2）5G标准化进程

近几年，5G技术研究的浪潮涌至全世界，各个具备研发实力的国家科研组织、高校、公司纷纷展开了相关研究。早在2013年，欧盟就面向5G启动了METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the 2020 Information Society）项目，由全球29个公司共同承担，包括我国的华为。同年5月，韩国成立“5GForum”，旨在推动韩国国内5G移动通信进展及国际合作。7月，中韩在北京举办了5G交流会，推动亚洲5G产业技术的发展。全球主要5G研究组织如图1-11所示。

2014年年底，下一代移动通信联盟NGMN（Next Generation Mobile Network）发布了5G白皮书（见图1-12），白皮书从六个方面进行分析，准确地定义了用户在未来的需求，包括通信设备、网络运营、5G商业模式、用户体验、服务升级和更高性能。基于上述分析，NGMN对设计原则做了简单叙述，为5G发展核心技术指引了方向。设计原则包括：核心网络下沉、网络本身支持动态的无线拓扑、密集布置网络节点、业务部署运维简单化、提高信息安全性、提升系统柔性功能。

2014年，欧盟的5GPPP（5GPublic-Private Partnership）对5G从驱动力、关键性能指标、设计原则、关键技术、频谱五个方面进行分析。与NGMN白皮书稍有不同，在关键性指标分析之中，除了常规的低时延、网络容量、系统的可靠性之外，5GPPP还提到了高移动性以及对终端位置的准确定位。

美国在5G技术的研究上也不甘示弱。2014年，4G Americas颁布了5G建议书，用于分析美国的5G需求、提出相应的解决方案。4G Americas认为，5G的未来在物联网上，不仅给人提供高品质的信息，还能将物与物放在一个网络中工作，甚至实现物与物的交流学习。全球5G技术发展大事记参见图1-13。

在过去的十多年中，我国政府高度重视通信网络的基础设施建设和通信技术研发，国家科技部、工信部、国家卫健委等部委设立一系列无线通信网络重大专项，各个企业、科研院所、高校依托项目开展科技攻坚工作，成绩斐然，效益卓著。早在1993年，我国就在863计划中开始了CDMA蜂窝技术的研究，随后又先后启动了关于3G和4G网络研究发展的国家级计划，这对我国通信技术的发展产生了极大的促进作用。5G的布局是全球新一轮竞争的开始，也是我国在通信技术上实现弯道超车的一个重要机遇。为抢占5G技术领先优势，我国在2013年成立了IMT-2020推进组，明确5G所要发展的核心技术、应用前景和技术需要，在相关业务中提前布局，形成完整的5G发展框架，营造开放式的研发环境，助力5G的发展。5G已成为我国信息产业最为重要的任务之一。

2019年4月，韩国率先宣布开始5G商业运营，紧接着美国也宣布进入5G社会。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，标志着中国正式进入5G商用元年，5G商用的速度与服务的普及成为国家间的竞争热点。预计到2022年，G20国家中将有19个国家推出5G服务（见图1-14）。

（3）5G应用概况

5G作为新兴技术，尚处于起步阶段，行业应用及其商业模式的演进并非单一技术所能实现，而需要5G与其他多项技术合力完成，其技术架构和标准体系仍需与农业、工业、医疗、教育、电力、交通等垂直行业进一步融合并逐步完善。面向垂直行业和万物互联，要强化跟垂直行业的合作，不仅仅研究新的业务，还要研究新的商业模式。未来5G网络部署需围绕行业应用场景，由应用需求驱动。

在迈向5G的过程中，中国真正走到了世界的前列，在医疗方面，2018年10月，中国数字经济峰会上，中国移动联合郑州大学第一附属医院展示了5G网络下，医生通过机械手控制机械臂实现对病人远程B超的实时诊断。在交通方面，2019年4月29日，在杭州举办的“5G+”行动联合发布会上，一汽红旗推出了一款无人驾驶的电动小巴。值得一提的是，在WMC2019上海展上，8K+5G视频直播、5G无人挖矿、5G医院物流机器人、智能工厂、5G无人配送、5G智能网联汽车、5GVR滑雪、5G+VR裸眼体验车等一系列5G应用在展会上集中亮相。事实上，在推进5G与垂直行业融合应用方面，我国已处于领跑位置。从研发进度来看，2018年年初，我国已全面启动了5G技术研发实验，目前已经进入第二阶段，与国外共同推动5G产业链走向成熟。

1.2.3 5G+医疗健康的价值

2019年是我国5G发展具有里程碑意义的一年，5G医疗应用涉及的领域也越来越广，已经成为医疗发展的新趋势、新方向。5G更快的连接速度将使医生与病人保持更紧密的联系，二者的关系也正在发生改变。在舒适的家中，病人佩戴远程医疗传感器，将生命体征传递给医护人员。医护人员可以通过这些数据监控病人一系列的重要生命体征，动态管理治疗计划，并通过远程医疗系统进行干预。5G网络的到来将把这一最新医疗趋势带入下一阶段，并为医疗行业提供一个巨大的经济增长点。根据IHS Markit的数据，5G将为全球医疗保健行业带来超过价值1万亿美元的产品和服务。国内多家医疗机构、科技巨头、5G设备商共同发力，推动5G医疗健康产业步入蓬勃发展的新阶段。

5G代表了一种全新的数字网络，使医疗资源均衡成为可能，通过构建智慧医院、智慧医疗和智慧健康等智慧医疗体系，实现医院管理网络化、医疗服务智能化、患者信息采集实时化，不但能提升医院管理水平，而且也可以提高疾病诊疗效率，同时，还可以降低患者就医成本，达到医院、医生和患者互利共赢的局面，以解决我国医疗健康行业痛点，提升患者的医疗保健体验。

（1）5G对医院的价值

5G促进优质医疗资源共享，提升基层医院诊疗水平。5G医疗信息化使医护人员可以随时随地调阅患者病历，开展移动查房、移动护理、远程查房等医疗服务，提高了医疗资源的利用效率。5G支持医联体内医疗信息互联互通，针对疑难危重病例，基层医院可以通过远程医疗系统连线上级医院，医疗专家“面对面”即时查看患者原始数据并交流患者病情，提升基层医疗机构的诊断水平。

5G节省医院运营成本，助力医院管理全面集成。传统医院信息化建设需要购买大量的网络通信设备，并依据楼宇结构对医院网络进行综合布线设计，并投入专门的运营团队进行日常维护，以建立医院冗余可靠的物理专网，保障院内医疗业务的安全可靠运营。5G网络通信设备部署和运维简单，极大地节省了医院建设及运营成本。以患者为中心集成院内院外的因素，程序化、标准化、信息化管理医院各个层面，建立精细化的管理模式，调整组织架构和人员配备，将管理落于数据细节之中，推动5G新技术支持下的医院战略组织架构、人才队伍全面革新。

5G助力医疗融合创新，开展智慧医疗新服务。5G推动传统医疗模式创新，拓展新业务已成为行业共识。在医疗服务上，5G将促进其跨界融合。通过线上线下医院的无缝融合，提供视频诊疗、远程急救、互联网医疗、智能问诊、智能检测等医疗服务，使医生诊疗更加便捷，患者就诊体验更加舒适。5G医疗人工智能应用场景越发丰富，也逐渐成为提升医院医疗服务水平的重要因素。

5G促进医疗服务云边协同，助推分级诊疗的落地。依托国家级、省市级和县级区域医疗分中心，建设5G医疗云边协同体系，以支持基层医疗卫生机构提高服务能力，促进优质医疗资源下沉，实现分级诊疗与精准服务，助推分级诊疗真正落地，成为行业关注焦点。5G医疗云支持医联体内部数据共享，支持医联体内部服务模式创新发展，为落实“基层首诊、双向转诊、急慢分治、上下联动”的政策和推进分级诊疗制度的落地注入新动力。

（2）5G对医务人员的价值

5G+智能语音识别，提高医务人员工作效率。美国医学协会报告指出：医生填写电子病历的时间比诊治患者的时间多一倍。因此，医生亟待提高工作效率，减少日常的文书工作时间。国内外软件公司针对这个问题开发了系列软件，比较知名的有医疗移动应用HealthTap、慢性病健康护理应用Welkin Health和Augmendix。其中，Augmendix基于谷歌的技术，医生在与患者谈话的时候，可以实现语音识别自动调取电子病历，解放了医务人员的双手，提高了工作效率。

5G+医疗健康大数据，促进医学科研转化。大型公立医院拥有大量的数据，医务工作者可以依托医疗健康大数据平台上进行真实的数据研究，为疾病分类、临床诊断、慢病管理等方面提供辅助决策服务。通过5G网络建立多中心、多层级协同科研新机制，打造精准医疗、个性化诊疗等新型医学科研模式，以提升医学科研转化及应用效能，并提升医生技能水平。

5G+医疗人工智能，提高医疗服务质量。5G与人工智能结合催生的医疗应用场景有医学影像分析、健康管理和疾病预测等。在医学影像分析方面，5G与边缘云提升人工智能的运力，更加精准快速处理海量医学影像数据，更高效辅助医生阅片和靶区勾画。基于5G超大连接和网络切片的垂直行业应用，不仅可以有效解决即时数据传输的效率问题，也可以增强人工智能的处理性能，更将补齐制约人工智能发展的短板，将为驱动整个智慧医疗领域的改进和行业的发展带来前所未有的提升。

（3）5G对患者的价值

5G延伸医疗服务范围，缓解患者看病难的问题。医疗人力资源不足且分布不均，导致看病难的社会问题突出。据统计，中国就医候诊等待时间长，平均候诊时间约为30分钟；美国预约就医等待时间长，预约初级保健医生的等待时间平均为2.5周。据2015年中国卫生和计划生育事业发展统计公报统计，我国占医院数量66%的一级及以下医院只承担了不足20%的门诊量和13%的住院量。5G通过均衡优质资源，通过健康监测、远程门诊、慢病管理等新型医疗服务，实现医疗服务范围广覆盖，减少大医院门诊患者流量，缩短就医等待时间，从而普遍缓解患者看病难的问题。

5G支持医疗健康数据实时采集，改善个性化和预防性护理。更快的网络速度意味着患者对“随时随地”诊断治疗的需求将继续增长。5G医联网支持医务人员通过智能设备实时监测并收集患者必要的生命体征数据，并能接触到远程的专家，使医生也能更有效地合作，在改善诊断、确定针对特定患者的最佳治疗方案以及预测术后并发症等方面具有巨大潜力，而且可在必要时进行早期干预。美国Anthem公司调查显示，86%的医生表示，可穿戴设备已经提高了病人对自身健康的投入，预计在未来五年内，可穿戴设备将使医院成本降低16%。

5G健康管理网络化，提高疾病预测精度。在健康管理方面，通过5G网络实时传输患者体征数据，结合人工智能技术对患者体征数据进行智能分析，发生异常及时报警。在疾病预测方面，基因组数据借助5G快速上传至数据处理中心，借助以AI为基础的基因分析技术，对基因的变异进行严重性评估。5G对于催生智慧医疗的创新应用具有重要的推动作用。