5G应用发展分析

胡建英

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023）

1 5G特征

移动通信网络从诞生之初到2020年有50年发展历程，移动通信速率每10年上升千倍，1G至4G主要面向个人通信及简单物联网应用，5G则面向万物互联，真正实现泛在连接。

国际标准化组织3GPP定义了5G的三大场景：增强型移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）、超可靠、低时延通信（URLLC）。其中，eMBB针对的是满足高速接入业务的需求，也就是峰值速率、容量、频谱效率、移动性，网络能效相对4G得到了进一步提升。mMTC针对的是满足大规模的物联网接入需求，这个特性让5G网络可以容纳极大数量的设备，尤其对于IoT场景来说至关重要。uRLLC，这个特性注重网络的高可靠性和超低时延，对于有实时性要求的网络任务来说是必备的解决方案。

整体来看，相比4G网络，5G网络具有如下特征：（1）更高速率，相比4G技术，5G峰值速率增长数十倍，从4G的100 Mb/s提高至10～20 Gb/s，每个用户至少100 Mb/s；（2）更多连接，物联网连接数支持100万连接/km2，比4G技术高10倍；（3）更低时延，5G的空口时延低至1 ms，比4G技术低10倍。

2 5G网络能力

5G能实现20 Gb/s的峰值容量、100 Mb/s的用户体验速率、1 ms的端到端时延、高达100倍的网络能耗效率提升以及每平方千米100万连接数等。这些能力是5G网络最基本的能力，是4G网络在能力上的量的飞跃。而5G更大的能力是5G高容量云原生的特点所带来的特色能力：万物互联、网络切片和边缘计算。

2.1 万物互联

目前，4G网络也能实现部分领域的物连网，但4G网络能力有限，5G高并发、低时延的特点才能支持万物互联。到5G网络，有机构测评每个人可能有15个以上类终端连接，包括穿戴品、家居使用物品等，同时城市大脑的神经元可通过5G延伸至需要感触的任何角落。可以说，4G以前网络是以人为中心的网络，5G时代人物互联、物物互联会随着传感技术和智慧应用的发展迅速壮大，实现真正的万物互联。

2.2 网络切片

网络切片就是将一张物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，满足不同客户、不同业务同网络承载需求，每个人、企业、业务都可获得逻辑独立的网络资源，且各切片相互隔离，互不干扰。因此，当某一个切片中产生错误或故障时，并不会影响其他切片。通俗来讲，5G切片就是将5G网络切出多张虚拟网络，从而支持更多业务承载。

5G网络要实现端到端的切片，需要实现对资源的智能化管控，需要引入NFV和SDN技术，NFV即网络功能的虚拟化，SDN即软件定义网络，这两项技术使得网络切片得以实现。要想实现端到端的网络切片，必须实现网络的软化和可管可控，软化NFV是先决条件，如5GC（5G核心网）就实现了传统网络设备的软硬件分离，软件则由不同的功能单元实现，硬件由通用服务器统一承载，以满足不同业务的需求。SDN是实现网络的可管可控和灵活调度的先决条件，NFV实现功能软化，SDN实现软化功能的灵活调度。也就是说，这两项功能使得网络资源能实现灵活重组，可以为多行业、多业务、多客户提供端到端的虚拟专网，为行业、业务、客户提供个性化服务。

5G应用越来越丰富，为了满足不同客户的需求，运营商存在灵活组装不同网络资源的诉求，网络切片正好满足了运营商灵活配置不同带宽、容量、延迟、吞吐量和连接密度等特性的需求。这不仅能加速服务提供的速度，而且可以降低成本，提升效益和客户体验。另外，网络切片使得用户使用网络也可以获得更快的业务上线、更优的业务组合、更好的业务体验以及更优惠的网络租赁费用。

2.3 边缘计算（MEC）

移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC），是5G网络的特有网元。MEC是靠近数据源头或客户侧的集计算、存储、网络和应用于一体的服务平台，是云网融合的特色产物。

5G之所以引入MEC，是因为5G网络要满足高速率、高并发或低时延的业务，但5G网络只解决了最靠近用户的最后一段接入需求。如果加上核心网络，就会降低时延等指标，因此内容、应用、计算向离业务最近的地方迁移是必然趋势。数据和核心网集中部署已不能满足产业需求，需随业务流向边缘，MEC生逢其时，其云网融合的特性非常利于切入行业，可有力推动5G与行业融合。

传统业务的实现模式是将主要应用程序下载到终端完成处理，因此对终端设备的要求比较高。有了MEC，就解决了上云赋能的问题，终端可以通过5G就近连到边缘云计算平台，依靠5G的传输能力和云端服务器的运算能力，做到即插即用，实现真正的多屏合一，达到流畅的用户体验效果。

5G网络大容量、高并发、低时延支持万物互联、网络切片，结合边缘计算能满足未来网络业务发展需要。

3 5G网络应用推进

技术的关键能力往往决定着其应用范围。从5G的高连接速率、大容量、高密度和低时关键能力这些指标可以预见5G使得万物互联将成为现实，智慧城市、智能家居、车联网、自动驾驶、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等应用场景得到网络环境支持，给人们生活乃至各行业带来影响，推进业务升级。在国际电信联盟（ITU）制定的5G标准（IMT-2020）中，即从5G的这3大关键性指标为依据，划分了5G未来的应用场景——eMBB、mMTC、URLLC。

5G网络建成后，5G会在大带宽应用上发展起来，eMBB即大带宽应用，这是4G MBB向5G eMBB自然演进，比特成本更低，因此会首先在2C市场发展起来，预计应用时间节点（2018—2021年），典型应用场景高清视频、VR/AR、云游戏以及车内信息娱乐；在2C市场，也会有大带宽需求场景，如无线视频监控等。热点数字化是运营商首要的变现区域，同时室内位置服务会变成5G室内数字化基础服务。

5G发展中后期，5G技术逐步成熟，产业链逐步建立，人物互联、物物交互更加频繁，通过uRLLC与mMTC两大特性赋能各个垂直行业，如工业控制、自动驾驶以及社会治理等。5G成为泛在网络接入的首选，典型应用如自动驾驶、联网无人机以及工业柔性制造等。

4 5G应用与产业发展

一些产业的发展是直接以5G网络新特性为前提的，或者说与5G网络特性紧密相关，如高清直播、云游戏以及无线监控等移动高带宽产业。但车联网、工业制造、更精细的社会治理，需要与大数据、人工智能以及物联网产业相互促进发展。产业的发展与技术的发展是同步的，或者说技术发展推动产业发展，反过来产业发展又会进一步推动技术完善。因此，5G相关技术发展对5G应用推进关系也非常密切，如AI、IoT甚至节能技术都会对5G的规模应用带来很大的影响。目前，云计算技术发展相对已经成熟，因此基于大带宽的应用，尤其是需要将计算、存储能力靠近边缘的媒体类应用应先发展起来。随着NFV和SDN技术的成熟，基于切片的专网应用、5G精细管道将会加大应用范围，最后随着IoT、AI、数字孪生、高精制造以及遥测遥感等技术的发展，未来基于万物互联和智慧城市相关的应用会更加丰富[1]。

以无人驾驶为例，目前提到5G应用，人们畅想最多的是无人驾驶，但5G的问世只是为无人驾驶进行快速的通信提供了保证，无人驾驶还需要大数据、AI以及物联网等技术的综合应用才能保障安全性。目前，国内外在无人驾驶的实现路径上更多关注将5G网络应用在车上，重点在于用5G网络提升车的智能性。而无人驾驶其实是车车、车路、车物、车及后台的相互交互，因此需要提升路的智能性。有人提出建设“智慧的路”“强大的云”和“智能的车”，三者结合才能实现真正的无人驾驶。

5G产业发展需要与其他产业协同发展，也需要结合其他技术发展。具体来讲，具有超级连接能力的5G网络，需要与数字化驱动技术、实时大数据、云技术以及人工智能等技术融为一体，才能带来5G产业的革命性变化。

5 5G应用领域

5G的高带宽、高并发和低时延特性，决定了其在以下领域会形成规模应用。

5.1 高带宽个人娱乐

5G高带宽接入，结合MCE及CDN下沉，以下高带宽业务会在5G发展初期得到规模应用。

5.1.1 超高清视频

4G阶段已能实现高清视频的体验效果，超高清视频的画面分辨率定义在4K及以上，4K、8K超高清视频的画面分辨率分别是高清视频的4倍和16倍。按照H.265 标准（350～1 000压缩比），4K视频传输的传输速率至少为12～40 Mb/s，8K视频传输的传输速率至少为48～160 Mb/s。现有4G网络很难满足4K/8K的传输需求，只有5G网络能有效满足4K的视频传输需求，并支持8K视频传输需求。目前，超高清视频与5G技术结合的场景已得到验证和应用，如2019年军运会前夕，5G+4K+VR直播长江灯光秀就是典型应用，5G网络规模建成后可以预见到将广泛应用于大型赛事/活动/事件直播、视频监控、商业性远程现场实时展示等领域[2]。

5.1.2 VR/AR

目前，4G网络能满足部分VR/AR的需求，但发展缓慢，最后VR/AR基本为本地应用。为了追求更好的效果，VR/AR远程接入应用需要网络的速率从兆比特逐步提高到千兆比特，时延从数十毫秒级别降低至毫秒级别以下。这个网络指标只有在5G阶段能充分满足5G超宽带高速传输能力和超低时延能力，可以提高VR/AR渲染效果，增强互动体验。受到资费、使用方便性等因素的影响，未来云端VR/AR有望成为5G的典型应用。预计未来依托5G网络实现的云端VA/AR会在文化宣传、社交娱乐以及教育科普等行业领域得到广泛应用。

5.1.3 5G游戏

5G网络的大带宽、低时延，被认为将颠覆传统游戏行业，会出现大量的云端游戏。手游、PC游戏、主机游戏等游戏有望在5G时代被云端化。将来游戏放在云端平台处理好，玩家无需购买昂贵的高性能设备就可以体验一些大型重度游戏。5G游戏有可能会是5G网络流量拉动的主力军。

5.2 联网无人机

联网无人机需要网络提供远程控制、高清图像传输、状态监控、精准定位及安全等能力，对速率、时延、定位和覆盖都提出了非常高的要求，而5G网络将赋予无人机超高清图像视频传输（50～150 Mb/s）、低时延控制（10～20 ms）、远程联网协作和自主飞行（100 kb/s，500 ms）等重要能力，可以实现对联网无人机设备的监视管理、航线规范、效率提升。联网无人机可应用于基础设施巡检、农业种植、物流、监控和救援等领域。

5.3 智慧城市

感知、传输、存储、计算是智慧城市建设必备的四大能力。5G将与物联网、AI等技术结合从数据采集、移动传输、实时响应、室内外连续定位及创新应用5个方面助力智慧城市建设。

智慧城市的建设，需要探知城市每个角落，如水电煤气、交通、空气、人流和管线等，采集这些数据，经过5G网络传输到智慧城市的决策中心，经过分析计算，为城市决策提供数据支撑，实现应急等实时响应。同时，相比GPS，5G网络可以实现室内外的连续精准定位，为公安等条线的案情追踪等类似业务提供支撑。基于5G网络及采集数据，可以实现智慧城市的各类创新应用，如智慧交通（实现路况快速感知和实时调度）、公共设施管理以及智慧井盖等，对损坏的公共设施能快速感知和快速处理，从而更好地服务百姓。