基于5G的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展研究

周永翔

基于5G的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展研究

周永翔

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作北京中心福建分中心，福建 福州 350001）

近年來，移動(dòng)產(chǎn)業(yè)關(guān)于5G已經(jīng)制定多年發(fā)展規(guī)劃，5G通信技術(shù)的應(yīng)用也逐漸興起，且在中國通信工程中發(fā)揮著較為重要的作用。為了分析5G通信技術(shù)在推動(dòng)各行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中的應(yīng)用途徑，針對(duì)5G通信技術(shù)的含義、5G通信技術(shù)的特點(diǎn)以及5G通信技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析。

5G；通信系統(tǒng)；通信標(biāo)準(zhǔn)；傳輸速度

1 引言

隨著4G在全球范圍內(nèi)規(guī)模商用，5G已成為全球業(yè)界的研發(fā)焦點(diǎn)，制定全球統(tǒng)一5G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為業(yè)界共識(shí)。ITU對(duì)5G系統(tǒng)的正式命名是IMT-2020，意指2020年左右商用的下一代通信系統(tǒng)。第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，外語縮寫為5G。5G網(wǎng)絡(luò)的理論傳輸速度超過10 Gbps（相當(dāng)于下載速度1.25 GB/s）。由于物聯(lián)網(wǎng)尤其是互聯(lián)網(wǎng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度有著更高的要求，這無疑成為推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。因此全球各地均在大力推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)，以迎接下一波科技浪潮。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1 5G頻譜

2.1.1 低頻段

低頻段（低于6 GHz）是5G系統(tǒng)基礎(chǔ)核心頻段，包括存量頻段和新頻段，用于連續(xù)覆蓋、高移動(dòng)性場(chǎng)景。明確候選頻段為3.3～3.4 GHz、3.4～3.6 GHz、4.4～4.5 GHz、4.8～5.0 GHz；積極推進(jìn)5G與固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）的頻率兼容性試驗(yàn)（3.4～3.6 GHz）；3.5 GHz，5G試驗(yàn)頻率，最有可能成為5G初期部署落地頻率。

2.1.2 高頻段

高頻段（高于6 GHz）擁有巨大的頻譜資源，能滿足熱點(diǎn)容量補(bǔ)充和回傳的需求。美日韓已經(jīng)將28 GHz劃為5G商用頻段；26 GHz和28 GHz頻段、38 GHz和42 GHz頻段可采用同一組射頻器件支持，有可能實(shí)現(xiàn)全球協(xié)調(diào)一致；國內(nèi)產(chǎn)業(yè)成熟需要時(shí)間，頻率發(fā)放需要更多協(xié)調(diào)，預(yù)計(jì)2022年后具備商用可能。

中國現(xiàn)階段主要關(guān)心6 GHz以下頻段的可用性。工信部已經(jīng)開始對(duì)3.3～3.6 GHz，4.8～5 GHz頻譜用于5G系統(tǒng)征求意見；同時(shí)，中國政府也正在積極研究毫米波頻段的頻譜需求，已經(jīng)公開征集對(duì)24.75～27.5 GHz、37～42.5 GHz或其他毫米波段5G系統(tǒng)頻率規(guī)劃的意見[1]。

2.2 5G關(guān)鍵能力指標(biāo)

5G系統(tǒng)關(guān)鍵能力指標(biāo)相對(duì)4G系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)的要求均有增強(qiáng)，5G采用全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和千億級(jí)的連接能力。

用戶體驗(yàn)速率可達(dá)到0.1～1 Gbps，連接數(shù)密度可達(dá)到1 000 000/km2，時(shí)延為數(shù)毫秒，移動(dòng)性大于500 km/h，峰值速率可達(dá)到幾十吉字節(jié)，流量密度可達(dá)到幾十太字節(jié)每平方千米。

用戶體驗(yàn)速率指真實(shí)環(huán)境下用戶可獲得的最低傳輸速率，與以往只強(qiáng)調(diào)峰值速率的情況不同，業(yè)界普遍認(rèn)為用戶體驗(yàn)速率是5G最重要的性能指標(biāo)，它真正體現(xiàn)了用戶可獲得的真實(shí)數(shù)據(jù)速率，也是與用戶感受最密切的性能指標(biāo)[2]。

2.3 5G特點(diǎn)

2.3.1 大帶寬

5G下載速度是4G的100倍。3G時(shí)代下載一部1G電影需要1 h，4G時(shí)代下載一部1 G電影需要20 min，而在5G時(shí)代下載一部10 G的4 K高清電影只要幾秒鐘。

2.3.2 低時(shí)延

5G傳輸時(shí)延是4G的1%。用針扎指尖，人的反應(yīng)速度29～200 ms，而5G的傳輸時(shí)延為1 ms。

2.3.3 全連接

5G每平方千米的連接用戶數(shù)是4G的100倍。3G/4G時(shí)代是人與人之間的連接，比如打電話，網(wǎng)上社交等，而5G時(shí)代是人與人、人與物、物與物之間的連接，萬物互聯(lián)。在5G時(shí)代，體育場(chǎng)等人流密集場(chǎng)所網(wǎng)絡(luò)容量不足的問題將不再發(fā)生。

3 基于5G的行業(yè)應(yīng)用

3.1 部署場(chǎng)景

5G將同時(shí)考慮消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求，具體包括移動(dòng)寬帶、大規(guī)模低速率的M2M業(yè)務(wù)以及低時(shí)延高可靠的工業(yè)控制和車聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景。面向2020年及未來，消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為移動(dòng)通信發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

3.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用

未來爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接，將不斷涌現(xiàn)各類新業(yè)務(wù)和新業(yè)務(wù)場(chǎng)景，5G技術(shù)所具有的高速率、低時(shí)延等特性會(huì)給消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及金融類業(yè)務(wù)帶來許多變化。

3.2.1 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景用例

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景促進(jìn)5G的普及和價(jià)值創(chuàng)造，是現(xiàn)有4G價(jià)值的擴(kuò)展和增強(qiáng)，最有可能產(chǎn)生近期影響。借助該場(chǎng)景廣覆蓋、大容量、高速率的特點(diǎn)，用戶可隨時(shí)隨地享受更一致的增強(qiáng)體驗(yàn)。用于室內(nèi)、戶外無線寬帶、AR/VR、企業(yè)通信、移動(dòng)計(jì)算等領(lǐng)域。

3.2.2 低時(shí)延高可靠場(chǎng)景用例

低時(shí)延高可靠場(chǎng)景是5G中具有巨大增長潛力、創(chuàng)造巨大增長機(jī)會(huì)的領(lǐng)域，代表了移動(dòng)技術(shù)的全新市場(chǎng)機(jī)會(huì)。借助該場(chǎng)景高可靠、低時(shí)延、安全的特點(diǎn)，用戶體會(huì)更多全新的移動(dòng)技術(shù)應(yīng)用。用于自動(dòng)駕駛、無人機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。

3.2.3 大連接低功耗場(chǎng)景用例

大連接低功耗（Masive machine type communications）場(chǎng)景支持物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大規(guī)模連接，促進(jìn)移動(dòng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和普及，從而在近期和中期產(chǎn)生變革性影響。借助該場(chǎng)景海量連接、低功率、成本低的特點(diǎn)，用戶體會(huì)移動(dòng)技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)的顯著提升。用于智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧家庭、遠(yuǎn)程跟蹤監(jiān)控、零售業(yè)等領(lǐng)域。

3.3 案例研究

3.3.1 5G+營商環(huán)境

場(chǎng)景描述：利用5G網(wǎng)絡(luò)在所有的行政審批大廳部署360°無線攝像頭，將大廳內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)辦公視頻回傳到VR平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)政務(wù)服務(wù)全程可見。

通過5G網(wǎng)絡(luò)+人工智能+政務(wù)服務(wù)可視化的方式，在所有的行政審批大廳部署360°無線攝像頭，實(shí)時(shí)對(duì)外展示政務(wù)服務(wù)大廳現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)情況，經(jīng)過人工智能實(shí)時(shí)分析，將大廳內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)辦公視頻回傳到VR平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)政務(wù)服務(wù)全程可見，發(fā)現(xiàn)群眾排隊(duì)過長、與工作人員發(fā)生爭執(zhí)等問題后，可以第一時(shí)間進(jìn)行反饋。達(dá)到了服務(wù)提升目標(biāo)，提升了政務(wù)服務(wù)質(zhì)量，政府管理者及人民群眾實(shí)時(shí)掌握了辦事大廳的情況，同時(shí)，幫助政府管理者對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警及研判。

3.3.2 5G+新媒體

場(chǎng)景描述：通過360°全景攝像機(jī)以及高速的5G網(wǎng)絡(luò)，將高清視頻/AR/VR視頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給觀眾，為觀眾提供全新的比賽觀賞方式。觀眾能360°沉浸式地體驗(yàn)賽場(chǎng)的各個(gè)角落，從多個(gè)角度觀賞同一賽事/晚會(huì)，還可以切換到運(yùn)動(dòng)員的休息室、等待區(qū)等，獲得“身臨其境”式的絕佳體驗(yàn)。

具體案例：沈陽世博園燈展5G+4KVR現(xiàn)場(chǎng)直播，基于人臉識(shí)別、人工智能等技術(shù)，通過智能機(jī)器人完成智能攝像工作，并向外輸出4K視頻；2019春晚實(shí)現(xiàn)中國首例5G+4K視頻傳輸。2019年央視春晚的最大亮點(diǎn)之一就是全方位的科技驅(qū)動(dòng)和技術(shù)創(chuàng)新。

3.3.3 5G+智能制造

場(chǎng)景描述：5G網(wǎng)絡(luò)助力智能制造。通過5G網(wǎng)絡(luò)+人工智能+AR的方式，將5G網(wǎng)絡(luò)部署到工業(yè)生產(chǎn)車間中，取代原有的工控網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，幫助企業(yè)節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本，同時(shí)將人工智能、AR等技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)制造過程中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

“智慧車間”通過5G網(wǎng)絡(luò)所承載的精準(zhǔn)室內(nèi)定位系統(tǒng)，可以把車間內(nèi)擺放的零配件定位誤差縮小在3 cm以內(nèi)，這樣一來工匠們通過室內(nèi)導(dǎo)航設(shè)備，需要時(shí)能很快找到零配件；“智慧車間”利用5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，再與云端數(shù)據(jù)模型進(jìn)行不間斷比對(duì)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，在短時(shí)間內(nèi)就能立刻告警，解決了無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清運(yùn)維及高清設(shè)備巡檢等工作難點(diǎn)。

具體案例：2018年寶馬鐵西廠區(qū)、大東廠區(qū)、沈陽機(jī)床集團(tuán)共建設(shè)5G基站19座，目前，主要應(yīng)用場(chǎng)景為廠區(qū)監(jiān)控、智能巡檢、遠(yuǎn)程維護(hù)，助力沈陽工業(yè)基地崛起。

3.4 5G+交通

場(chǎng)景描述：基于5G技術(shù)，天津港實(shí)現(xiàn)了對(duì)無人駕駛集裝箱卡車的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，加速推進(jìn)了無人駕駛技術(shù)在港口的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。天津基于5G助力天津港提升安全管理性能，再樹行業(yè)標(biāo)桿。

3.5 5G+醫(yī)療

場(chǎng)景描述：全球首例基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程手術(shù)取得成功。北京301醫(yī)院、福建醫(yī)大孟超肝膽醫(yī)院聯(lián)合開展基于5G網(wǎng)絡(luò)的全球首例手術(shù)。

主刀醫(yī)生坐在機(jī)器旁通過實(shí)時(shí)傳送的高清視頻畫面，利用幾個(gè)小指環(huán)輕松操縱遠(yuǎn)在50 km外的手術(shù)鉗和電刀。5G技術(shù)將開辟遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的廣泛應(yīng)用，未來機(jī)器人手術(shù)很有可能給專業(yè)外科醫(yī)生為世界各地有需要的人實(shí)施手術(shù)帶來很大希望，大大降低患者就醫(yī)成本。

3.6 5G+駕駛

場(chǎng)景描述：2018-06上海舉行的世界移動(dòng)大會(huì)上，中國聯(lián)通利用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了國內(nèi)首個(gè)超遠(yuǎn)程智能駕駛車實(shí)驗(yàn)，位于上海的調(diào)度員對(duì)1 300 km外位于北京市房山區(qū)新興產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)研究院的外場(chǎng)測(cè)試車輛進(jìn)行了駕駛測(cè)試。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)5G在各行各業(yè)的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究。從4G到5G，萬物互聯(lián)帶來新機(jī)遇。4G時(shí)代通過娛樂、電子商務(wù)和智能應(yīng)用改變生活，5G則依托家居、交通、農(nóng)業(yè)、教育、工業(yè)、服務(wù)和教育等萬物互聯(lián)改變社會(huì)，改變?nèi)藗兊纳?。網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)突破了技術(shù)瓶頸，滿足了高速傳輸、高清視頻、無線直播等場(chǎng)景的需求，極大地拓展了許多行業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域，為各行各業(yè)發(fā)展企業(yè)類行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。

［1］王胡成，徐暉，程志密，等.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.電信科學(xué)，2015（9）：12-16.

［2］葉國華.探析當(dāng)前5G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)［J］.中國新通信，2016（7）：26-19.

F49

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.068

2095－6835（2019）13－0155－02

周永翔（1983—），男，福建人，碩士研究生，通信中級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代通信系統(tǒng)與通信信號(hào)處理。

〔編輯：張思楠〕