5G助力垂直行業(yè)轉(zhuǎn)型升級

摘? 要：5G移動通信的時代正在加速到來，在5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，除了技術(shù)更先進之外，更重要的是5G網(wǎng)絡(luò)能夠連接人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的各個行業(yè)，為行業(yè)創(chuàng)造更大價值。本文以對移動通信需求最強烈的三個行業(yè)為例，系統(tǒng)地研究了5G對這三個行業(yè)所能帶來的改變和提升，最后給出5G與垂直行業(yè)結(jié)合的應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：5G;垂直行業(yè);VR;無人機;車聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0059-05

5G Helps Vertical Industry Transformation and Upgrading

WANG Jingfei

（Shanghai R & D Center，ZTE Corporation，Shanghai? 201203，China）

Abstract：The era of 5G mobile communication is speeding up. In the application of 5G network，in addition to more advanced technology，there are more industries in which 5G can connect people’s daily life and production，creating greater value for the industry. This paper takes three industries with the strongest demand for mobile communication as examples，systematically studies the changes and improvements that 5G can bring to these three industries，and finally gives the application cases of combining 5G with vertical industry.

Keywords：5G;vertical industry;VR;UAV;vehicle networking

0? 引? 言

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、中國廣電四家企業(yè)發(fā)放了5G商用牌照，標志著中國的5G時代正式到來。那么5G究竟有什么樣的特點？5G的到來，又能在哪些方面改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睿勘疚膹腣R、無人機、車聯(lián)網(wǎng)三個行業(yè)領(lǐng)域入手，探討5G對于垂直行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速作用。

1? 5G概念

“5G”是“第五代移動通信標準”的簡稱。目前國內(nèi)廣泛使用的移動通信網(wǎng)絡(luò)是第四代，簡稱“4G”，從2012年開始建設(shè)，目前已經(jīng)日臻成熟和完善。4G時代，人們有了能夠高速上網(wǎng)的手機，可以自由地與親朋聯(lián)絡(luò)，也可以隨時隨地地獲取各類資訊。5G與4G相比的提升在于：首先，5G可以給人們提供更高的上網(wǎng)速度、更可靠的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量;其次，5G開拓了移動通信更廣闊的全新領(lǐng)域，將生產(chǎn)、生活中的各類事物連接在一起。所有有網(wǎng)聯(lián)需求的汽車、無人機、機器人等，都將在5G網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)連接。

2019年，中國的5G網(wǎng)絡(luò)正在從試商用階段過渡到規(guī)模試驗階段，在2020年可以實現(xiàn)全網(wǎng)商用。5G的腳步越來越近，對于公眾來說，5G網(wǎng)絡(luò)有哪些新的變化呢？國際電聯(lián)ITU提出了5G的愿景，5G會面向三大場景提供服務(wù)：

（1）eMBB（enhanced Mobile Broadband）：增強移動寬帶;

（2）mMTC（massive Machine Type Communi-cations）：大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng);

（3）uRLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）：低時延高可靠連接。

在eMBB場景下，用戶可以獲得高于2Gbps的下行速率;在mMTC場景下，可以實現(xiàn)每平方千米100萬以上連接數(shù);在uRLLC場景下，可以實現(xiàn)低于1ms的空口時延和高達99.999%的可靠性。

2? 5G與垂直行業(yè)

正如5G的愿景為將工作、生活中一切需要網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都連接在一起。5G天然是為服務(wù)垂直行業(yè)而生，對網(wǎng)絡(luò)通信本身要求高的行業(yè)，也理所當然成為5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中受益最大的行業(yè)。這些行業(yè)包括：VR直播/游戲、無人機、車聯(lián)網(wǎng)等。

2.1? VR直播/游戲

2.1.1? VR行業(yè)的特點

VR在過去幾年一直作為“黑科技”被廣泛關(guān)注，從最早期的單人娛樂，發(fā)展到了如今的視頻直播和在線游戲。體驗VR需要一個特殊的終端，終端的類型主要有三類：外接式VR頭盔、VR一體機、手機式VR。

外接式VR頭盔。外接式VR頭盔的特點是需要一臺高性能顯卡主機做視頻運算，VR頭盔作為顯示設(shè)備，兩者相結(jié)合才能獲得完整的VR觀看體驗。該類型的VR體驗是當前最好的，其圖像渲染能力強，可以運行大型VR游戲，但高性能視頻主機價格昂貴，大大阻礙了VR的普及。

VR一體機。VR一體機是將數(shù)據(jù)存儲接收、圖像處理、顯示都集成在頭盔中，只需要一臺設(shè)備，能夠聯(lián)網(wǎng)即可體驗VR。受限于設(shè)備的能力，VR一體機圖像處理性能一般，只適合觀看VR視頻，無法體驗游戲。

手機式VR頭盔。手機式VR是使用手機+VR盒子構(gòu)成的簡單VR設(shè)備，在手機中安裝VR專用APP即可體驗VR，是門檻最低的體驗方式。由于手機屏幕的限制，手機式VR難以輸出高分辨率的圖像，普遍體驗不佳。

2.1.2? VR的發(fā)展瓶頸

VR技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了一段時間，但用戶量一直沒有獲得爆發(fā)性增長，主要原因在于：VR終端的性能與成本存在矛盾。

VR體驗最好的設(shè)備是HD主機+外接式VR頭盔，但該設(shè)備價格較高，一套設(shè)備通常要超過1萬元，難以在大眾用戶中普及。一種低成本方案是VR一體機，其兼具數(shù)據(jù)處理和顯示功能，價格為2000～3000元，但是該設(shè)備的圖像處理能力一般，只能進行視頻觀看，無法再對圖像進行渲染，難以獲得良好的VR體驗。

2.1.3? 5G與VR的結(jié)合

5G的到來，使得以低成本體驗最優(yōu)質(zhì)的VR內(nèi)容成為可能。

在5G網(wǎng)絡(luò)下，在線的VR游戲可以把圖像的渲染和顯示分開處理：終端只負責圖像的顯示;把需要進行的大量圖像渲染的計算，放在5G的云端。這樣，用戶就可以使用只支持圖像顯示的VR一體機來體驗在線的VR游戲了。

不過，VR在線游戲經(jīng)過這樣的重新構(gòu)成，對VR一體機連接到云端渲染的網(wǎng)絡(luò)而言，挑戰(zhàn)加大了。根據(jù)測算，不同的VR分辨率對于網(wǎng)絡(luò)的要求也在逐步提高，具體如表1所示。

可以看到，5G網(wǎng)絡(luò)可以滿足VR業(yè)務(wù)對大帶寬的需求，典型5G網(wǎng)絡(luò)單用戶速率可以達到2Gbps以上，可以滿足多路VR用戶同時體驗的需求。

VR業(yè)務(wù)的另一個指標——時延，在5G網(wǎng)絡(luò)中通過MEC架構(gòu)的引入，也可以得到極大的提升。視頻數(shù)據(jù)就近在MEC上進行渲染和加速，大量數(shù)據(jù)不再經(jīng)由核心網(wǎng)發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)，有效減少了數(shù)據(jù)因傳輸路徑過長而帶來的時延。

2.2? 無人機

2.2.1? 無人機行業(yè)的特點

無人機是近年新興的另一個行業(yè)，據(jù)艾瑞咨詢無人機行業(yè)分析報告，未來無人機在航拍及娛樂業(yè)的市場規(guī)模將達到300億，在農(nóng)林植保業(yè)的市場規(guī)模將達到200億，在安防業(yè)的市場規(guī)模將達到150億，在基礎(chǔ)設(shè)施巡檢業(yè)的規(guī)模將達到50億。

（1）航拍娛樂。當前無人機的最重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是用于航拍，由于無人機的獨特視角，可以拍攝出具有強烈震撼感的畫面;

（2）農(nóng)林植保。通常用于植保的小型無人機可負載8～10公斤農(nóng)藥，低空噴灑每分鐘可以完成1畝，效率是傳統(tǒng)人工的30倍。同時，無人機旋翼產(chǎn)生的向下氣流，更有助于提升噴灑的效果;

（3）安防。在新型的智慧城市中，無人機的安防是體系中重要的組成部分，由于無人機的機動性好，可以執(zhí)行日常巡邏，也可以對重點安全問題進行全程追蹤。與航拍娛樂的應(yīng)用不同之處在于，安防要求無人機能夠?qū)崟r將畫面?zhèn)魉偷街笓]中心，供后方人員進行實時監(jiān)控;

（4）基礎(chǔ)設(shè)施巡檢。一些固定的基礎(chǔ)設(shè)施（如基站、橋梁、電力線、輸油管道）需要進行周期性的人工狀態(tài)巡檢，以便提前發(fā)現(xiàn)隱患。無人機可以按照預先設(shè)定的路線進行自動化作業(yè)，以便降低人員前往偏遠地區(qū)的工作量，確保人員安全，同時大幅提高效率。

2.2.2? 無人機面臨的問題

在當前4G網(wǎng)絡(luò)下，受限于網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，無人機的圖傳和控制主要局限在視距范圍內(nèi)。這給無人機的操作者和監(jiān)控者帶來了極大的不便，如何讓無人機飛得更遠，是一個迫切需要解決的問題。

無人機在面對巨大的市場想象空間的同時，也面臨監(jiān)管的難題：飛行安全、黑飛問題等，都是困擾無人機行業(yè)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。因此，無人機的強制聯(lián)網(wǎng)在工信部已經(jīng)提上議程，將來的無人機全部都是實名制的網(wǎng)聯(lián)無人機。

2.2.3? 5G與無人機的結(jié)合

5G的廣泛應(yīng)用，可以為無人機真正插上遠航的翅膀，充分發(fā)揮其在行業(yè)中的應(yīng)用價值。

無人機對于網(wǎng)絡(luò)能力的要求，主要集中在遠程控制、高清圖傳等方面。其中，遠程控制能力，主要是對網(wǎng)絡(luò)的時延具有要求，控制數(shù)據(jù)要求下行速率為300～600kbps，端到端時延要求小于140ms。高清圖傳能力，將無人機搭載的攝像機所拍攝的視頻，以無線方式實時傳送到基站，對網(wǎng)絡(luò)的上行速率提出了較高的要求，傳送1080P視頻上行帶寬要求約10Mbps，如需傳輸4K及以上視頻，上行速率需達到120Mbps以上。無人機對網(wǎng)絡(luò)能力的要求如表2所示。

5G網(wǎng)絡(luò)速率方面，在城區(qū)宏蜂窩場景下，平均站間距500m，通過使用具備垂直波束調(diào)整能力的3D-MIMO 64通道基站，在120m的飛行高度上，可以達到40Mbps的上行速率，可以滿足4K高清視頻傳輸?shù)囊?。對?20Mbps以上的上行速率，后續(xù)仍需要在5G網(wǎng)絡(luò)中增加上行增強的手段，包括增加上行時隙比例、專網(wǎng)覆蓋天線向上輻射等方式。

5G網(wǎng)絡(luò)時延方面，空口引入uRLLC技術(shù)后，可實現(xiàn)將時延降低至1ms，5G核心網(wǎng)時延大約10～20ms，如增加部署邊緣計算節(jié)點，則時延還可以降低?？傮w時延控制的潛力，完全可以滿足無人機時延低于140ms的需求。

2.3? 車聯(lián)網(wǎng)

2.3.1? 車聯(lián)網(wǎng)的典型場景

隨著汽車保有量的不斷增加，車聯(lián)網(wǎng)的重要性也越來越突顯。車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，從4G時代起就已經(jīng)有了很大成果，5G時代的到來，將使車聯(lián)網(wǎng)真正能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

車聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)的要求主要有以下幾個應(yīng)用場景：

信息娛樂：信息娛樂包括高清視頻、地圖、游戲等車載應(yīng)用，其數(shù)據(jù)帶寬需求范圍為20～100Mbps，時延需求為1～10s。

交通效率：交通效率包括導航、紅綠燈、路況報告等提高交通效率、預防擁堵的應(yīng)用場景。其對于網(wǎng)絡(luò)時延要求為500ms，帶寬需求較小，約幾k到幾十k。

輔助安全：輔助安全包括防碰撞、事故告警、行人預警等緊急狀況的預測和處理。對于網(wǎng)絡(luò)時延要求較高，約20～50ms，可靠性要求99.9%。網(wǎng)絡(luò)同時需要滿足最高約200km/h的移動速度。

自動駕駛：自動駕駛技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)從L2發(fā)展到了L5階段，每個階段的具體特征如表3所示。

自動駕駛由于涉及較高的安全性和可靠性，對網(wǎng)絡(luò)的要求非常嚴格。對于時延，要求小于5ms，可靠性大于99.999%。車輛在行駛過程中，由于需要高清地圖進行實時線路規(guī)劃，對于網(wǎng)絡(luò)下行帶寬的要求為1Gbps以上。該網(wǎng)絡(luò)要求同時需要支持200km/h以上的移動速度。

2.3.2? 5G與車聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合

從4G時代開始，就已經(jīng)有關(guān)于車聯(lián)網(wǎng)的標準——LTE- V。LTE-V可以提供最低20ms時延，約100Mbps下行速

率。在信息娛樂、交通效率、輔助安全三個場景中，LTE-V技術(shù)可以滿足業(yè)務(wù)的需求。

但是，在對車聯(lián)網(wǎng)要求最高的自動駕駛場景中，由于LTE-V的速率、安全性的局限，必須用到5G V2X技術(shù)，從而滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)1Gbps以上帶寬，控制數(shù)據(jù)5ms時延，99.999%可靠性。5G V2X的詳細數(shù)據(jù)，如表4所示。

3? 中興通訊創(chuàng)新的5G應(yīng)用解決方案

中興通訊以“5G先鋒”作為使命，不僅在5G專利、產(chǎn)品研發(fā)上進行了大量的投入，同時，在與5G相關(guān)的若干垂直行業(yè)，都進行了深度的研究和應(yīng)用探索。在主要垂直領(lǐng)域，形成了以5G為紐帶的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，正在逐步從技術(shù)驗證向產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化邁進。

3.1? 低時延VR游戲

中興通訊聯(lián)合中國移動提出的云VR方案（如圖1所示），可以解決VR用戶設(shè)備成本與性能體驗的矛盾——在5G網(wǎng)絡(luò)中部署MEC網(wǎng)元，并利用MEC的開放能力部署GPU集群，將VR游戲的圖像渲染處理放在邊緣云上;用戶可以使用價格較低的VR一體機，通過云端的圖形渲染，獲得上萬元高清主機才有的VR互動游戲體驗?？梢灶A計，VR游戲業(yè)將迎來新一輪爆發(fā)增長。

3.2? 360°全景直播

360°全景視頻需要4K乃至8K的分辨率，因?qū)捫枨筝^大，一直以來都是通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，這樣會帶來一個比較大的限制——攝像機一直需要拖著一根網(wǎng)線才能實現(xiàn)直播。中興通訊采用5G網(wǎng)絡(luò)作為全景視頻回傳的通道，解決了全景攝像機不能隨便移動的難題。

整個5G直播系統(tǒng)由三部分組成：風景區(qū)、5G系統(tǒng)、演示區(qū)。

風景區(qū)——全景攝像機架設(shè)在烏鎮(zhèn)西柵景區(qū)的觀光船上，通過設(shè)置在船內(nèi)的5G終端，將4K全景視頻數(shù)據(jù)實時傳送到5G網(wǎng)絡(luò)中。

5G系統(tǒng)——5G系統(tǒng)由5G NR基站和5G C核心網(wǎng)組成，將5G終端發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)匯聚到核心網(wǎng)，并傳送到演示區(qū)。

演示區(qū)——世界互聯(lián)網(wǎng)大會現(xiàn)場，這里由一臺視頻主機接收4K全景視頻數(shù)據(jù)，將畫面投放在電視墻上，同時還可以由VR進行第一視角的全景體驗。

這次直播通過3.5GHz 5G預商用基站覆蓋烏鎮(zhèn)西柵景區(qū)河道，景區(qū)游船上安裝高清攝像頭，拍攝圖像通過5G網(wǎng)絡(luò)實時上傳，隨著船只在水面緩緩行駛，一幅美麗的高清4K水鄉(xiāng)風景畫也徐徐在大會現(xiàn)場觀眾面前展開。

采用多個高清攝像頭合成廣角畫面對上行傳輸速率要求高，5G空口網(wǎng)絡(luò)上行速率在實測中能達到每秒數(shù)百兆，因此在復雜多變的外場真實環(huán)境下，4K高清畫面能夠高速、無損地被傳輸至展會現(xiàn)場的大屏幕上，觀眾就可通過高清全景直播游覽水鄉(xiāng)，身臨其境般直觀感受5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬的特性。其組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

3.3? 無人機監(jiān)控視頻直播

中興通訊聯(lián)合中國電信、大疆創(chuàng)新，在雄安新區(qū)聯(lián)合進行了基于5G網(wǎng)絡(luò)的無人機監(jiān)控視頻直播。

目前，無人機無論在個人娛樂還是在行業(yè)的應(yīng)用都已經(jīng)非常廣泛了，但是當前的無人機拍攝，由于缺乏高速的視頻回傳通道，還無法做到實時直播。大疆創(chuàng)新提供的直播無人機可以回傳1080P的實時視頻，通過編碼和5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸，可以在遠端的演示區(qū)，實時觀看無人機的飛行直播。

整個5G直播系統(tǒng)由三部分組成：風景區(qū)、5G系統(tǒng)、演示區(qū)。

風景區(qū)——中興的5G直播系統(tǒng)，無人機在景區(qū)上空飛行，實時視頻數(shù)據(jù)經(jīng)由遙控器、視頻編碼器、5G終端傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)中。

5G系統(tǒng)——5G系統(tǒng)由5G NR基站和5GC核心網(wǎng)組成，將5G終端發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)匯聚到核心網(wǎng)，并傳送到演示區(qū)。

演示區(qū)——演示區(qū)是雄安新落成的市民中心，這里由一臺視頻主機接收1080P視頻數(shù)據(jù)，將畫面投放在電視墻上。

其組網(wǎng)圖如圖3所示。

3.4? 無人駕駛聯(lián)網(wǎng)實驗

中興通訊聯(lián)合中國電信、百度，在雄安新區(qū)完成了國內(nèi)首個5G網(wǎng)絡(luò)下的無人駕駛車測試。

本次實驗自動駕駛車內(nèi)放置了中興5G終端，測試路線5km區(qū)域覆蓋了5G信號。通過測試，驗證了車輛在中速行駛條件下（50km/h），無人駕駛所需要的高精地圖，通過5G網(wǎng)絡(luò)實時下載，需求速率為500Mbps，5G網(wǎng)絡(luò)完全可以滿足需求。測試組網(wǎng)驗證場景如圖4所示。

自動駕駛測試場景如下：

（1）自動駕駛車輛1在5G網(wǎng)絡(luò)下載地圖并自動設(shè)計路線PlanA;

（2）A路線發(fā)生突發(fā)情況，自動駕駛車輛2將信息在5G網(wǎng)絡(luò)下上報;

（3）自動駕駛車輛1在5G網(wǎng)絡(luò)實時更新高清地圖，并快速根據(jù)信息調(diào)整行駛路線至PlanB路線。

4? 結(jié)? 論

5G的技術(shù)已經(jīng)成熟，5G網(wǎng)絡(luò)也離人們越來越近，5G究竟能夠給社會帶來多大的變化？很大程度上并不取決于5G技術(shù)本身。筆者長期從事5G在應(yīng)用領(lǐng)域的推廣工作，深刻感受到，5G需要的并非是“推廣”，而是“賦能”。5G是一個連接的載體，被連接者才是5G時代的主角。在5G產(chǎn)業(yè)化的過程中，既會有大量傳統(tǒng)行業(yè)因此受益起飛，也會有新興的行業(yè)和商業(yè)模式出現(xiàn)。

人類社會已經(jīng)經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，每一次革命都對人類的工作和生活方式帶來了巨大的變化。5G、云計算、人工智能，這些新的技術(shù)已然蓬勃發(fā)展，并在很多領(lǐng)域取得了令人驚艷的成果。我們當前尚無法預測這些技術(shù)的積累是否會帶來第四次工業(yè)革命，但有一點毋庸置疑：積極擁抱新技術(shù)和新變化，勇立潮頭，是對未知將來最佳的應(yīng)對方式。

參考文獻：

[1] 小火車，好多魚.大話5G [M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[2] 程琳琳.5G時代，運營商可以在哪些垂直行業(yè)“獲利”？ [J].通信世界，2018（26）：38.

作者簡介：汪競飛（1979.10-），男，漢族，安徽無為人，5G業(yè)務(wù)總監(jiān)，資深架構(gòu)師，工程師，研究生，MBA畢業(yè)于上海交通大學安泰經(jīng)濟與管理學院，本科畢業(yè)于西安電子科技大學通行工程學院，長期從事5G與垂直行業(yè)相結(jié)合的領(lǐng)域研究，牽頭推進5G與垂直行業(yè)合作伙伴的聯(lián)合業(yè)務(wù)示范，組織構(gòu)建以5G網(wǎng)絡(luò)為紐帶的全新產(chǎn)業(yè)生態(tài)，研究方向：5G垂直行業(yè)應(yīng)用。