基于5G关键技术的行业应用研究

周壮 戴鹏 姬文源 苑伟涛

1.中国联合网络通信有限公司深圳市分公司 广东 深圳 518000

2. 中兴通讯股份有限公司 广东 深圳 518000

随着互联网信息技术和物联网技术的发展，人们追求更高速可靠的网络环境。用户需求不断发展，移动通信技术也在不断的更新换代，5G 作为新一代无线移动通信网络，在传输速率和资源利用方面都比 4G 通信有明显的提高，5G 通信时代的到来，结合物联网相关技术，能够带给人们更加先进的业务体验。通过对 5G 通信涉及到的关键技术进行探析，能够发现 5G 通信的相关技术表现在超高效能的无线传输技术和无线网络技术。对 5G 通信技术的应用，能够有效提高整个社会的运作效率和经济效益。

1、 5G 通信关键技术

1.1 多输入多输出（MIMO）天线技术

在 5G 移动通信技术的发展过程中，从多个方面强调了对频谱资源效率利用的重视程度，为此引入了大规模多输入多输出技术（即 MIM0 技术）。多输入多输出技术（MIMO）天线技术是通过利用多天线对信道衰弱进行相应的抑制，天线的数量与信道的容量关系呈正比。传统的 LTE 系统中，天线数量最多只能为 4 根，在LET-A 系统中， 天线数量最多不能超过 8 根，而在有源多天线技术当中，可支持的协作天线数量将达到 128 根。MIMO 系统能够对信道容量进行倍增，并对信号传输的稳定性和频谱的利用率具有一定的提高作用，在不同类型的无线通信中，比如 3G 系统、LTE 系统中，该技术都具有了广泛的应用。对于用户体验而言 MIMO 技术是巨大提升的技术保障。简而言之，大规模多天线技术是一种既能提升系统容量和峰值速率又能减少能量消耗和传输时延的潜在可行的关键技术。

1.2 毫米波频段技术

毫米波频段通信技术，也是 5G 通信射频的其中一个关键技术。移动通信技术的发展都离不开无线通信技术的支持和基础，当然，5G移动通信技术也不例外。在无线通信技术发展进程中，如何有更高的传输速率和更大的频谱容量资源是需要思考的重中之重。毫米波频段技术的优势显著，包括：传输质量高、元件尺寸小、强大的探测能力、机宽的带宽、波束窄、良好的安全保密性等，为 5G 系统中所需的大量频谱资源提供了有效的保障。在当前阶段中，4G的频谱资源已经无法满足大量用户的移动互联需求，频谱资源捉襟见肘，数据传输也经常出现卡顿和阻塞。因此当前的技术在面对 5G 移动通信技术更高传输速率和更大频谱容量的需求问题时，不得不要画一个问号。相对而言，毫米波频段的使用能够为无线通信网络提供大量未使用的频谱资源，世界各大通信巨头都加大了对此类技术的开发和研究。

1.3 新型多载波技术

在4G技术当中重要的多载波技术是正交频分复用技术（OFDM），但其对时频同步要求高、需要全频带配置统一的波形参数等问题的存在，在5G中仅做基本波形的考虑。5G除了传统的移动互联网场景，还定义了大规模物联网场景和低时延高可靠场景，不同的场景对载波也提出了不同的要求。同时，由于新业务和新技术层出不穷，为了避免一出现就落后的局面，多载波技术要具有良好的可扩展性和可配置性，实现向后兼容，并且可以和新型调制编码、新型多址和大规模天线等技术实现很好的结合。目前业界提出的新型多载波技术包括F-OFDM、UFMC以及FBMC技术等，能够克服OFDM目前所存在的时频同步敏感性。

1.4 网络切片技术

网络切片技术（Network Slicing）就是把运营商的物理网络切分成多个虚拟网络，每个网络适应不同的服务需求，实现网络功能虚拟化（ NFV ）和软件定义网络（ SDN ）这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的网络，以适应不同的场景。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这样可以大大节省部署的成本。

在同一个5G网络上，通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不同的网络，将其开放给不同的运营者，这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证，计费体系、管理体系也不同。在非切片网络中，各个业务提供商都只能使用一样的网络、一样的服务很多时候能力没有特化，针对特定业务无法控制，而在5G的切片网络中，可以向用户提供不一样的网络、不同的管理、不同的服务、不同的计费，让业务提供者更好地使用5G网络。

2、5G垂直行业应用

移动通讯技术从3G到4G，再演进到5G，聚焦点从人与人的连接，到人与物的连接，再到物与物的连接。移动业务也从3G、4G时代的2C(个人用户)场景自然延伸到2B(垂直行业)场景，也就是说5G开启了移动通信技术在垂直行业广泛应用的新时代。从标准上看，3GPP定义了5G三大业务场景：eMBB、uRLLC、mMTC。

（1）增强移动宽带场景（eMBB），聚焦对带宽有极高要求的业务，提供 Gbit/s 级的高传输速率,如 4K 直播、VR/AR 等；

（2）低时延高可靠场景（uRLLC），聚焦辅助驾驶/自动驾驶、工业控制、远程手术、无人机控制等对时延极其敏感的业务，提供 ＜1 ms 的极低时延；

（3）低功耗大连接场景（mMTC），覆盖智慧城市、智慧农业、抄表业务等具有高连接密度的场景，提供每平方公里百万连接，助力物联网加速发展。

在充分了解相关行业的需求后，我国针对相关场景开展技术及产品研发，在 5G 网络环境下开展业务展示与应用示范，从而集中展现我国推动 5G 发展的最近进展，提升国际影响力，引领全球 5G产业发展。

2.1 智慧城市应用实例

2.1.1 基于5G的共享单车智能化管理

深圳联通联合中兴通讯，与市交委联合策划基于5G网络在科苑地铁站B出口进行共享单车5G智能化管理试点，在科苑地铁站B出口附近建设NSA的站点，规划与业务详情如下：

此次共享单车5G智能化管理演示使用5G转wifi的方案落地，通过wifi回传直播360全景摄像现况，自行车厂家的管理平台通过5G网络获取360摄像头全景进行自行车的停放规范化判定，详细方案如下：

基于5G的共享单车管理主要包括：通过5G网络将360全景摄像头拍摄的视频推至核心网机房视频服务器上，通过VR眼睛实时观看路面人车流现况及车辆停放现况。通过5G网络将推流至公网视频服务器，提供给自行车厂家作为车辆是否规范化停放的依据，支撑智能管理系统。此次的共享单车5G智能化管理试点基于5G的超大带宽特性，各环节重点关注大数据流的推送，而5G网络的大带宽可以给多用户停放的图片实时推送高度契合共享单车5G智能管理场景。此类应用场景后续也可为城市智能安防、智慧交通等垂直应用提供借鉴。

2.1.2 基于5G的远程医疗示教

深圳联通与南方医科大联合策划基于5G网络在南方医科大直播手术展示，展示主要涉及手术室直播回传画面，报告厅观看直播现场，为此共计建设2个SA站点进行覆盖，站点规划详情如下：

基于5G网络的大带宽和低时延特性，将手术直播推流至视频服务器上，浙江会场及南方医科大会议室通过大屏观看，国际专家或在国际出差的专家从视频服务器上获取相关手术结果，便于国际、国内专家根据手术结果判断病情走势，远程专家的接入及时提供更合理的抢救方案，同时对于罕见的手术病例，也可以通过远程示教方式，给非本地的医科学生提供一次宝贵的学习机会。在未来，还可以通过5G+VR/AR等技术，更加生动地传递手术细节，增强临场感，提升演示效果。

2.1.3 基于5G的应急抢救

深圳联通联合中兴通讯，与港大医院联合策划基于5G网络在港大医院进行智慧医疗展示，展示主要涉及两个场景室外120救护车与室内的抢救室（即室内港大医院的急诊科抢救室，室外港大医院停车场、篮球场的户外区域），为此共计建设两个SA站点进行覆盖，站点规划详情如下：

基于5G的应急抢救基于5G的大带宽和低时延特性，使用5G转wifi的方案落地，通过wifi分别从急诊科的抢救室内直播120救护车病人现况、直播B超现况更科学判断病情、单兵设备用于沟通专家与120救护车的急救措施从这三方面提高病人在送往医院过程中救治的及时性，详细方案如下：

B超直播：通过5G网络将B超推流至亚马逊（美国）服务器上，急诊科的抢救室指挥台通过5G网络从亚马逊服务器上及时获取B超结果通过大屏观看，国际专家或在国际出差的专家从亚马逊服务器上获取相关B超结果，便于国际、国内专家根据B超结果判断病情走势，及时提供更合理的抢救方案。

120救护车病人现况直播：通过5G网络将港大医院120救护车上的病人现况推流至视频服务器，港大医院指挥室专家通过5G网络获取视频服务器上120救护车病人现况通过大屏观看，综合指挥室专家给出的建议提供救治方案。

单兵指挥系统：单兵设备通过5G网络直接与指挥室对话，及时获取指挥室诊治方案并反馈治疗措施后现况。

总结

随着5G技术和行业应用需求的进一步碰撞，未来5G在各类垂直行业的应用必将不断升入，应用场景也将从eMMB向uRLLC和mMTC不断演进。在不久的将来，行业即将进入5G赋能万物互联时代，各大运营商应深度参与，激活并推动基于5G的行业应用产业发展，大力发展物联网技术和应用，与更多的合作伙伴共建物联大生态，为中国数字经济的蓬勃发展贡献新的力量。