基于5G的行业应用发展研究

周永翔

基于5G的行业应用发展研究

周永翔

（国家知识产权局专利审查协作北京中心福建分中心，福建 福州 350001）

近年来，移动产业关于5G已经制定多年发展规划，5G通信技术的应用也逐渐兴起，且在中国通信工程中发挥着较为重要的作用。为了分析5G通信技术在推动各行业产业链发展过程中的应用途径，针对5G通信技术的含义、5G通信技术的特点以及5G通信技术在各行业的应用进行了研究分析。

5G；通信系统；通信标准；传输速度

1 引言

随着4G在全球范围内规模商用，5G已成为全球业界的研发焦点，制定全球统一5G标准已经成为业界共识。ITU对5G系统的正式命名是IMT-2020，意指2020年左右商用的下一代通信系统。第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写为5G。5G网络的理论传输速度超过10 Gbps（相当于下载速度1.25 GB/s）。由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动5G网络发展的重要因素。因此全球各地均在大力推进5G网络，以迎接下一波科技浪潮。

2 5G关键技术

2.1 5G频谱

2.1.1 低频段

低频段（低于6 GHz）是5G系统基础核心频段，包括存量频段和新频段，用于连续覆盖、高移动性场景。明确候选频段为3.3～3.4 GHz、3.4～3.6 GHz、4.4～4.5 GHz、4.8～5.0 GHz；积极推进5G与固定卫星业务（FSS）的频率兼容性试验（3.4～3.6 GHz）；3.5 GHz，5G试验频率，最有可能成为5G初期部署落地频率。

2.1.2 高频段

高频段（高于6 GHz）拥有巨大的频谱资源，能满足热点容量补充和回传的需求。美日韩已经将28 GHz划为5G商用频段；26 GHz和28 GHz频段、38 GHz和42 GHz频段可采用同一组射频器件支持，有可能实现全球协调一致；国内产业成熟需要时间，频率发放需要更多协调，预计2022年后具备商用可能。

中国现阶段主要关心6 GHz以下频段的可用性。工信部已经开始对3.3～3.6 GHz，4.8～5 GHz频谱用于5G系统征求意见；同时，中国政府也正在积极研究毫米波频段的频谱需求，已经公开征集对24.75～27.5 GHz、37～42.5 GHz或其他毫米波段5G系统频率规划的意见[1]。

2.2 5G关键能力指标

5G系统关键能力指标相对4G系统相关指标的要求均有增强，5G采用全新的网络架构，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力。

用户体验速率可达到0.1～1 Gbps，连接数密度可达到1 000 000/km2，时延为数毫秒，移动性大于500 km/h，峰值速率可达到几十吉字节，流量密度可达到几十太字节每平方千米。

用户体验速率指真实环境下用户可获得的最低传输速率，与以往只强调峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验速率是5G最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能指标[2]。

2.3 5G特点

2.3.1 大带宽

5G下载速度是4G的100倍。3G时代下载一部1G电影需要1 h，4G时代下载一部1 G电影需要20 min，而在5G时代下载一部10 G的4 K高清电影只要几秒钟。

2.3.2 低时延

5G传输时延是4G的1%。用针扎指尖，人的反应速度29～200 ms，而5G的传输时延为1 ms。

2.3.3 全连接

5G每平方千米的连接用户数是4G的100倍。3G/4G时代是人与人之间的连接，比如打电话，网上社交等，而5G时代是人与人、人与物、物与物之间的连接，万物互联。在5G时代，体育场等人流密集场所网络容量不足的问题将不再发生。

3 基于5G的行业应用

3.1 部署场景

5G将同时考虑消费互联网和产业互联网的需求，具体包括移动宽带、大规模低速率的M2M业务以及低时延高可靠的工业控制和车联网等场景。面向2020年及未来，消费互联网和产业互联网将成为移动通信发展的主要驱动力。

3.2 业务应用

未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接，将不断涌现各类新业务和新业务场景，5G技术所具有的高速率、低时延等特性会给消费互联网业务、产业互联网业务以及金融类业务带来许多变化。

3.2.1 增强型移动宽带场景用例

增强型移动宽带场景促进5G的普及和价值创造，是现有4G价值的扩展和增强，最有可能产生近期影响。借助该场景广覆盖、大容量、高速率的特点，用户可随时随地享受更一致的增强体验。用于室内、户外无线宽带、AR/VR、企业通信、移动计算等领域。

3.2.2 低时延高可靠场景用例

低时延高可靠场景是5G中具有巨大增长潜力、创造巨大增长机会的领域，代表了移动技术的全新市场机会。借助该场景高可靠、低时延、安全的特点，用户体会更多全新的移动技术应用。用于自动驾驶、无人机、工业自动化、远程医疗等领域。

3.2.3 大连接低功耗场景用例

大连接低功耗（Masive machine type communications）场景支持物联网扩大规模连接，促进移动技术在物联网的应用和普及，从而在近期和中期产生变革性影响。借助该场景海量连接、低功率、成本低的特点，用户体会移动技术对物联网和垂直行业的显著提升。用于智慧城市、智慧农业、智慧家庭、远程跟踪监控、零售业等领域。

3.3 案例研究

3.3.1 5G+营商环境

场景描述：利用5G网络在所有的行政审批大厅部署360°无线摄像头，将大厅内现场办公视频回传到VR平台，实现政务服务全程可见。

通过5G网络+人工智能+政务服务可视化的方式，在所有的行政审批大厅部署360°无线摄像头，实时对外展示政务服务大厅现场服务情况，经过人工智能实时分析，将大厅内现场办公视频回传到VR平台，实现政务服务全程可见，发现群众排队过长、与工作人员发生争执等问题后，可以第一时间进行反馈。达到了服务提升目标，提升了政务服务质量，政府管理者及人民群众实时掌握了办事大厅的情况，同时，帮助政府管理者对突发事件进行预警及研判。

3.3.2 5G+新媒体

场景描述：通过360°全景摄像机以及高速的5G网络，将高清视频/AR/VR视频信号实时传送给观众，为观众提供全新的比赛观赏方式。观众能360°沉浸式地体验赛场的各个角落，从多个角度观赏同一赛事/晚会，还可以切换到运动员的休息室、等待区等，获得“身临其境”式的绝佳体验。

具体案例：沈阳世博园灯展5G+4KVR现场直播，基于人脸识别、人工智能等技术，通过智能机器人完成智能摄像工作，并向外输出4K视频；2019春晚实现中国首例5G+4K视频传输。2019年央视春晚的最大亮点之一就是全方位的科技驱动和技术创新。

3.3.3 5G+智能制造

场景描述：5G网络助力智能制造。通过5G网络+人工智能+AR的方式，将5G网络部署到工业生产车间中，取代原有的工控网络传输方式，帮助企业节省网络设备成本，同时将人工智能、AR等技术应用到生产制造过程中，实现工业制造业转型升级。

“智慧车间”通过5G网络所承载的精准室内定位系统，可以把车间内摆放的零配件定位误差缩小在3 cm以内，这样一来工匠们通过室内导航设备，需要时能很快找到零配件；“智慧车间”利用5G网络对数控机床的运行数据进行实时采集，再与云端数据模型进行不间断比对，一旦发现异常，在短时间内就能立刻告警，解决了无法实现远程高清运维及高清设备巡检等工作难点。

具体案例：2018年宝马铁西厂区、大东厂区、沈阳机床集团共建设5G基站19座，目前，主要应用场景为厂区监控、智能巡检、远程维护，助力沈阳工业基地崛起。

3.4 5G+交通

场景描述：基于5G技术，天津港实现了对无人驾驶集装箱卡车的远程视频监控，加速推进了无人驾驶技术在港口的应用转化。天津基于5G助力天津港提升安全管理性能，再树行业标杆。

3.5 5G+医疗

场景描述：全球首例基于5G网络的远程手术取得成功。北京301医院、福建医大孟超肝胆医院联合开展基于5G网络的全球首例手术。

主刀医生坐在机器旁通过实时传送的高清视频画面，利用几个小指环轻松操纵远在50 km外的手术钳和电刀。5G技术将开辟远程医疗技术的广泛应用，未来机器人手术很有可能给专业外科医生为世界各地有需要的人实施手术带来很大希望，大大降低患者就医成本。

3.6 5G+驾驶

场景描述：2018-06上海举行的世界移动大会上，中国联通利用5G网络进行了国内首个超远程智能驾驶车实验，位于上海的调度员对1 300 km外位于北京市房山区新兴产业前沿技术研究院的外场测试车辆进行了驾驶测试。

4 结束语

本文针对5G在各行各业的具体应用进行了详细研究。从4G到5G，万物互联带来新机遇。4G时代通过娱乐、电子商务和智能应用改变生活，5G则依托家居、交通、农业、教育、工业、服务和教育等万物互联改变社会，改变人们的生活。网络的演进突破了技术瓶颈，满足了高速传输、高清视频、无线直播等场景的需求，极大地拓展了许多行业应用的领域，为各行各业发展企业类行业应用创造了新的机会。

［1］王胡成，徐晖，程志密，等.5G网络技术研究现状和发展趋势［J］.电信科学，2015（9）：12-16.

［2］叶国华.探析当前5G技术的发展现状及挑战［J］.中国新通信，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，硕士研究生，通信中级工程师，主要研究方向为现代通信系统与通信信号处理。

〔编辑：张思楠〕