5G十大細(xì)分應(yīng)用場景研究

彭建 周鈺哲 孫美玉 滕學(xué)強(qiáng)

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡稱，作為4G通信技術(shù)的延伸，將在全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程中擔(dān)負(fù)著不可替代的重要使命。5G時(shí)代，“人”與“人”、“人”與“物”和“物”與“物”之間原有的互聯(lián)互通界線將被打破，所有的“人”和“物”都將存在于一個(gè)有機(jī)的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)里，數(shù)據(jù)或者信息將通過最優(yōu)化的方式進(jìn)行傳遞。從全球視角來看，目前5G無論是在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)還是網(wǎng)絡(luò)部署等方面都取得了階段性的成果，5G落地的最后一環(huán)——應(yīng)用場景正逐漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

（一）5G性能指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)相較于4G ，在傳輸速率方面，5G峰值速率為10-20Gbps，提升了10—20倍，用戶體驗(yàn)速率將達(dá)到0.1Gbps—1Gbps，提升了10—100倍;流量密度方面，5G目標(biāo)值為10Tbs/km2，提升了100倍;網(wǎng)絡(luò)能效方面，5G提升了100倍;可連接數(shù)密度方面，5G每平方公里可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量高達(dá)100萬個(gè)，提升了10倍;頻譜效率方面，5G相對(duì)于4G提升了3—5倍;端到端時(shí)延方面，5G將達(dá)到1ms級(jí)，提升了10倍;移動(dòng)性方面，5G支持時(shí)速高達(dá) 500km/h的通信環(huán)境，提升了1.43倍。

為了達(dá)到性能指標(biāo)的要求，5G將綜合運(yùn)用大規(guī)模多天線技術(shù)（Massive MIMO）、新型多址、新型信息編碼、毫米波通信、超密集組網(wǎng)、D2D等關(guān)鍵技術(shù)。除此之外，5G還將引入全新的構(gòu)架解決方案——允許在通用物理信息基礎(chǔ)設(shè)施上創(chuàng)建一組邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，稱之為“網(wǎng)絡(luò)切片”。網(wǎng)絡(luò)切片可以根據(jù)垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)需求量身定制，使5G能夠真正成為全社會(huì)共用的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施。

5G十大應(yīng)用場景

ITU定義了5G三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）及低時(shí)延高可靠通信（uRLLC）。eMBB 場景主要提升以“人”為中心的娛樂、社交等個(gè)人消費(fèi)業(yè)務(wù)的通信體驗(yàn)，適用于高速率、大帶寬的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。mMTC和uRLLC則主要面向物物連接的應(yīng)用場景，其中eMTC 主要滿足海量物聯(lián)的通信需求，面向以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景;uRLLC則基于其低時(shí)延和高可靠的特點(diǎn)，主要面向垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求。本報(bào)告立足ITU定義的三大應(yīng)用場景，并結(jié)合當(dāng)前5G應(yīng)用的實(shí)際情況和未來發(fā)展趨勢(shì)，主要研究VR/AR、超高清視頻、車聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧電力、智能工廠、智能安防、個(gè)人AI助理以及智慧園區(qū)等十大應(yīng)用場景。

5G對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的影響

1.核心產(chǎn)業(yè)。5G所具有的高速率、廣覆蓋、低時(shí)延特性，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行各業(yè)數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)前提和基礎(chǔ)平臺(tái)。依托技術(shù)領(lǐng)先、產(chǎn)業(yè)先發(fā)和市場龐大等優(yōu)勢(shì)，5G的快速發(fā)展將帶動(dòng)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)取得突破性進(jìn)展。由于5G高速率大帶寬的要求，需要優(yōu)先進(jìn)行骨干網(wǎng)升級(jí)，將明顯驅(qū)動(dòng)光模塊、光纖光纜等通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展，預(yù)計(jì)2021年光模塊產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到140億元，光纖光纜產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到500億元。由于5G頻段提升，5G基站數(shù)量會(huì)大幅增加，預(yù)計(jì)宏基站2021年將建成50萬個(gè)，微基站將突破150萬個(gè)，這將進(jìn)一步帶動(dòng)射頻等通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長，預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到860億元。綜合分析預(yù)計(jì)5G核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模將在2025年達(dá)到1萬億元。

2.相關(guān)產(chǎn)業(yè)。5G和大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)結(jié)合，催生多種新應(yīng)用、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式，推動(dòng)VR/AR、超高清視頻、車聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)等產(chǎn)業(yè)升級(jí)，極大地滿足了消費(fèi)領(lǐng)域的多樣化、高層次需求。預(yù)計(jì)在5G帶動(dòng)相關(guān)垂直行業(yè)市場規(guī)模將在2025年達(dá)到3萬億元。

虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：融合5G的VR/AR產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步充分滲透互動(dòng)娛樂、智能制造、醫(yī)療健康、教育商業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)其產(chǎn)生全新模式的變革。預(yù)計(jì)到2025年，全球VR/AR應(yīng)用市場規(guī)模將達(dá)到3000億元，其中我國市場將占超過35%。

超高清視頻：隨著網(wǎng)絡(luò)速率的提升、應(yīng)用終端的逐步完善，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也將向超高清視頻能力快速演進(jìn)。預(yù)計(jì)2025年，在5G的帶動(dòng)下超高清視頻應(yīng)用市場規(guī)模將達(dá)到約1.75萬億元。

車聯(lián)網(wǎng)：隨著5G技術(shù)與汽車工業(yè)的結(jié)合，汽車生產(chǎn)商如比亞迪、長安汽車、廣汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)等積極布局智能網(wǎng)聯(lián)汽車的生產(chǎn)。而運(yùn)營商、設(shè)備商（如中國聯(lián)通、百度、中興等）則通過與自動(dòng)駕駛垂直領(lǐng)域合作伙伴（如清華、大唐、福特、一汽等）的聯(lián)合創(chuàng)新來構(gòu)建協(xié)同化汽車駕駛生態(tài)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)到2025年，我國5G聯(lián)網(wǎng)汽車將達(dá)到1000萬輛，市場規(guī)模將達(dá)到約5000億元。

聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)：成熟的5G技術(shù)將增強(qiáng)無人機(jī)制造、各類傳感器、無人機(jī)運(yùn)營企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)，同時(shí)拓展5G電信運(yùn)營商、云服務(wù)商的業(yè)務(wù)范圍。預(yù)計(jì)到2025年，小型無人機(jī)軟件、硬件、應(yīng)用和服務(wù)等市場規(guī)模將達(dá)到約2000億元。

5G的商業(yè)模式

1.基于流量的商業(yè)模式。5G早期最先成熟的是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）應(yīng)用場景，該場景主要面向個(gè)人消費(fèi)者（2C），該場景下流量經(jīng)營仍然是運(yùn)營商的主要商業(yè)模式。5G時(shí)代，運(yùn)營商需要加快用戶分級(jí)的智能管道升級(jí)，實(shí)現(xiàn)差異化的流量收費(fèi)模式。

2.基于連接的商業(yè)模式。對(duì)于大連接場景，連接是基本收入來源。該場景下，可以單獨(dú)提供連接，也可能包括一些終端設(shè)備和模組，運(yùn)營商可以按照物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采用卡用戶收益（月/年）等方式收費(fèi)。

3.基于網(wǎng)絡(luò)切片的商業(yè)模式。5G時(shí)代，運(yùn)營商能夠根據(jù)不同垂直行業(yè)和特定區(qū)域定制化網(wǎng)絡(luò)切片以支撐相應(yīng)的業(yè)務(wù)開展。對(duì)于垂直行業(yè)用戶?？梢灾苯酉蜻\(yùn)營商購買網(wǎng)絡(luò)切片，一般采用按年計(jì)費(fèi)的方式。

4.基于完整解決方案的商業(yè)模式。對(duì)于某些垂直行業(yè)，如制造業(yè)，當(dāng)前制造業(yè)企業(yè)面臨數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。運(yùn)營商可以依托5G服務(wù)提供商的優(yōu)勢(shì)，為工業(yè)企業(yè)提供包括工廠內(nèi)外連接、設(shè)備終端數(shù)字化改造、平臺(tái)層一整套解決方案，按年度收取服務(wù)費(fèi)。相較于前幾種模式，該商業(yè)模式的附加值更高，但運(yùn)營商在垂直行業(yè)的專業(yè)對(duì)手更多，競爭也更加激烈。

細(xì)分應(yīng)用場景

（一）VR/AR。VR/AR是近眼現(xiàn)實(shí)、感知交互、渲染處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸和內(nèi)容制作等新一代信息技術(shù)相互融合的產(chǎn)物，新形勢(shì)下高質(zhì)量VR/AR業(yè)務(wù)對(duì)帶寬、時(shí)延要求逐漸提升，速率從25Mbps逐步提高到3.5Gbps，時(shí)延從30ms降低到5ms以下。伴隨大量數(shù)據(jù)和計(jì)算密集型任務(wù)轉(zhuǎn)移到云端，未來“Cloud VR+”將成為VR/AR與5G融合創(chuàng)新的典型范例。憑借5G超寬帶高速傳輸能力，可以解決VR/AR渲染能力不足、互動(dòng)體驗(yàn)不強(qiáng)和終端移動(dòng)性差等痛點(diǎn)問題，推動(dòng)媒體行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，在文化宣傳、社交娛樂、教育科普等大眾和行業(yè)領(lǐng)域培育5G的第一波“殺手級(jí)”應(yīng)用。

（二）超高清視頻。作為繼數(shù)字化、高清化媒體之后的新一代革新技術(shù)，超高清視頻被業(yè)界認(rèn)為將是5G網(wǎng)絡(luò)最早實(shí)現(xiàn)商用的核心場景之一。超高清視頻的典型特征就是大數(shù)據(jù)、高速率，按照產(chǎn)業(yè)主流標(biāo)準(zhǔn)，4K、8K視頻傳輸速率至少為12M—40Mbps、48M—160Mbps，4G網(wǎng)絡(luò)己無法完全滿足其網(wǎng)絡(luò)流量、存儲(chǔ)空間和回傳時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)要求，5G網(wǎng)絡(luò)良好的承載力成為解決該場景需求的有效手段。當(dāng)前4K/8K 超高清視頻與5G技術(shù)結(jié)合的場景不斷出現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于大型賽事/活動(dòng)/事件直播、視頻監(jiān)控、商業(yè)性遠(yuǎn)程現(xiàn)場實(shí)時(shí)展示等領(lǐng)域，成為市場前景廣闊的基礎(chǔ)應(yīng)用。

（三）車聯(lián)網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)是智慧交通中最具代表性的應(yīng)用之一，通過5G等通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)“人—車—路—云”一體化協(xié)同，使其成為低時(shí)延、高可靠場景中最為典型的應(yīng)用之一。融入5G元素的車聯(lián)網(wǎng)體系將更加靈活，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)、車際、車載互聯(lián)網(wǎng)之間的信息互通，推動(dòng)與低時(shí)延、高可靠性密切相關(guān)的遠(yuǎn)控駕駛、編隊(duì)行駛、自動(dòng)駕駛具體場景的應(yīng)用。遠(yuǎn)駕駛，車輛由遠(yuǎn)程控制中心的司機(jī)進(jìn)行控制，5G用于解決其往返時(shí)延（RTT）需要小于10毫秒的要求。編隊(duì)行駛，主要應(yīng)用于卡車或貨車，提高運(yùn)輸安全和效率，5G用于解決3輛以上的編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)高可靠低時(shí)延要求。自動(dòng)駕駛，大部分應(yīng)用場景如緊急剎車，V2P、V2I、V2V、V2N 等多路通信同時(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集及處理量大，需要5G網(wǎng)絡(luò)滿足其大帶寬（10Gbps的峰值速率）、低時(shí)延（1毫秒）和超高連接數(shù)（1000億連接）、高可靠性（99.999%）和高精度定位等能力。

（四）聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)。5G網(wǎng)絡(luò)將賦予網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)超高清圖視頻傳輸（50M—150Mbps）、低時(shí)延控制（10-20ms）、遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)協(xié)作和自主飛行（100Kbps，500ms）等重要能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)設(shè)備的監(jiān)視管理、航線規(guī)范、效率提升。5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)將使無人機(jī)群協(xié)同作業(yè)和7×24小時(shí)不間斷工作成為可能，在農(nóng)藥噴灑、森林防火、大氣取樣、地理測繪、環(huán)境監(jiān)測、電力巡檢、交通巡查、物流運(yùn)輸、演藝直播、消費(fèi)娛樂等各種行業(yè)及個(gè)人服務(wù)領(lǐng)域獲得巨大發(fā)展空間。

（五）遠(yuǎn)程醫(yī)療。通過5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可承載醫(yī)療設(shè)備和移動(dòng)用戶的全連接網(wǎng)絡(luò)，對(duì)無線監(jiān)護(hù)、移動(dòng)護(hù)理和患者實(shí)時(shí)位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測，并在醫(yī)院內(nèi)業(yè)務(wù)服務(wù)器上進(jìn)行分析處理，提升醫(yī)護(hù)效率。借助5G、人工智能、云計(jì)算技術(shù)，醫(yī)生可以通過基于視頻與圖像的醫(yī)療診斷系統(tǒng)，為患者提供遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會(huì)診、應(yīng)急救援指導(dǎo)等服務(wù)，例如基于AI和觸覺反饋的遠(yuǎn)程超聲理論上需要30Mbps的數(shù)據(jù)速率和10ms的最大延時(shí)?；颊呖赏ㄟ^便攜式5G醫(yī)療終端與云端醫(yī)療服務(wù)器與遠(yuǎn)程醫(yī)療專家進(jìn)行溝通，隨時(shí)隨地享受醫(yī)療服務(wù)。

（六）智慧電力。5G技術(shù)將在智慧電力的多個(gè)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用。在發(fā)電領(lǐng)域特別是在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域需實(shí)現(xiàn)高效的分布式電源接入調(diào)控，5G可滿足其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸、遠(yuǎn)程調(diào)度與協(xié)調(diào)控制、多系統(tǒng)高速互聯(lián)等功能。在輸變電領(lǐng)域，具有低時(shí)延和大帶寬特性的定制化的5G電力切片可以滿足智能電網(wǎng)高可靠性、高安全性的要求，提供輸變電環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障定位等智能服務(wù)。在配電領(lǐng)域，以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)可以支持實(shí)現(xiàn)智能分布式配電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)故障處理過程的全自動(dòng)進(jìn)行。在電力通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)建設(shè)領(lǐng)域，通信網(wǎng)將不再局限于有線方式，尤其在山地、水域等復(fù)雜地貌特征中，5G網(wǎng)絡(luò)部署相比有線方式成本更低，部署更快。

（七）智能工廠。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，5G獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)切片支持企業(yè)實(shí)現(xiàn)多用戶和多業(yè)務(wù)的隔離和保護(hù)，大連接的特性滿足工廠內(nèi)信息采集以及大規(guī)模機(jī)器間通信的需求，5G工廠外通信可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程問題定位以及跨工廠、跨地域遠(yuǎn)程遙控和設(shè)備維護(hù)。在智能制造過程中，高頻和多天線技術(shù)支持工廠內(nèi)的精準(zhǔn)定位和高寬帶通信，毫秒級(jí)低時(shí)延技術(shù)將實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人之間和工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器設(shè)備前所未有的互動(dòng)和協(xié)調(diào)，提供精確高效的工業(yè)控制。在柔性制造模式中，5G可滿足工業(yè)機(jī)器人的靈活移動(dòng)性和差異化業(yè)務(wù)處理的高要求，提供涵蓋供應(yīng)鏈、生產(chǎn)車間和產(chǎn)品全生命周期制造服務(wù)。智能工廠建設(shè)過程中，5G可以替代有線工業(yè)以太網(wǎng)，節(jié)約建設(shè)成本。

（八）智能安防。視頻監(jiān)控是智能安防最重要的一個(gè)組成部分，5G超過10Gbit/s的高速傳輸速率和毫秒級(jí)低時(shí)延將有效提升現(xiàn)有監(jiān)控視頻的傳輸速度和反饋處理速遞，將使智能安防實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制和提前預(yù)警，做出更有效的安全防范措施。安防監(jiān)控范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，獲取到更多維的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在公交車、警車、救護(hù)車、火車等移動(dòng)的交通工具上的實(shí)時(shí)監(jiān)控將成為可能。森林防火、易燃易爆品等監(jiān)管人員無法接近的危險(xiǎn)環(huán)境開展監(jiān)測的成本將大幅下降。在家庭安防領(lǐng)域，5G將使單位流量的資費(fèi)費(fèi)率進(jìn)一步下降，將推動(dòng)智能安防設(shè)備將走入普通家庭。

（九）個(gè)人AI設(shè)備。5G時(shí)代將有更多的可穿戴設(shè)備加入虛擬AI助理功能，個(gè)人AI設(shè)備可借助5G大帶寬、高速率和低延時(shí)的優(yōu)勢(shì)，充分利用云端人工智能和大數(shù)據(jù)的力量，實(shí)現(xiàn)更快速精準(zhǔn)的檢索信息、預(yù)訂機(jī)票、購買商品、預(yù)約醫(yī)生等基礎(chǔ)功能。另外，對(duì)于視障人士等特殊人群，通過佩戴連接5G的AI設(shè)備能夠大幅提升生活質(zhì)量。除了消費(fèi)者領(lǐng)域外，個(gè)人AI設(shè)備將應(yīng)用在企業(yè)業(yè)務(wù)中，制造業(yè)工人通過個(gè)人AI設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)收到來自云端最新的語音和流媒體指令，能夠有效提高工作效率和改善工作體驗(yàn)。

（十）智慧園區(qū)。智慧園區(qū)是指運(yùn)用信息和通信技術(shù)感測、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，對(duì)民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)。在5G時(shí)代，利用5G高速率、低時(shí)延、大連接的特性，將智能工廠、智慧出行、智慧醫(yī)療、智慧家居、智慧金融等多種應(yīng)用場景融于園區(qū)中，為園區(qū)中的人創(chuàng)造更美好的工作和生活環(huán)境，為園區(qū)產(chǎn)城融合提供新的路徑。

總而言之，5G網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋等“天然”特性，結(jié)合人工智能、移動(dòng)邊緣計(jì)算、端到端網(wǎng)絡(luò)切片、無人機(jī)等技術(shù)，在VR/AR、超高清視頻、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)及智能制造、電力、醫(yī)療、智慧城市等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景，5G與垂直行業(yè)的“無縫”融合應(yīng)用必將帶來個(gè)人用戶及行業(yè)客戶體驗(yàn)的巨大變革。