基于5G的行業應用發展研究

周永翔

基于5G的行業應用發展研究

周永翔

（國家知識產權局專利審查協作北京中心福建分中心，福建 福州 350001）

近年來，移動產業關于5G已經制定多年發展規劃，5G通信技術的應用也逐漸興起，且在中國通信工程中發揮著較為重要的作用。為了分析5G通信技術在推動各行業產業鏈發展過程中的應用途徑，針對5G通信技術的含義、5G通信技術的特點以及5G通信技術在各行業的應用進行了研究分析。

5G；通信系統；通信標準；傳輸速度

1 引言

隨著4G在全球范圍內規模商用，5G已成為全球業界的研發焦點，制定全球統一5G標準已經成為業界共識。ITU對5G系統的正式命名是IMT-2020，意指2020年左右商用的下一代通信系統。第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，外語縮寫為5G。5G網絡的理論傳輸速度超過10 Gbps（相當于下載速度1.25 GB/s）。由于物聯網尤其是互聯網汽車等產業的快速發展，其對網絡速度有著更高的要求，這無疑成為推動5G網絡發展的重要因素。因此全球各地均在大力推進5G網絡，以迎接下一波科技浪潮。

2 5G關鍵技術

2.1 5G頻譜

2.1.1 低頻段

低頻段（低于6 GHz）是5G系統基礎核心頻段，包括存量頻段和新頻段，用于連續覆蓋、高移動性場景。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5G與固定衛星業務（FSS）的頻率兼容性試驗（3.4～3.6 GHz）；3.5 GHz，5G試驗頻率，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，能滿足熱點容量補充和回傳的需求。美日韓已經將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，有可能實現全球協調一致；國內產業成熟需要時間，頻率發放需要更多協調，預計2022年后具備商用可能。

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

2.2 5G關鍵能力指標

5G系統關鍵能力指標相對4G系統相關指標的要求均有增強，5G采用全新的網絡架構，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力。

用戶體驗速率可達到0.1～1 Gbps，連接數密度可達到1 000 000/km2，時延為數毫秒，移動性大于500 km/h，峰值速率可達到幾十吉字節，流量密度可達到幾十太字節每平方千米。

用戶體驗速率指真實環境下用戶可獲得的最低傳輸速率，與以往只強調峰值速率的情況不同，業界普遍認為用戶體驗速率是5G最重要的性能指標，它真正體現了用戶可獲得的真實數據速率，也是與用戶感受最密切的性能指標[2]。

2.3 5G特點

2.3.1 大帶寬

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

2.3.2 低時延

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

2.3.3 全連接

5G每平方千米的連接用戶數是4G的100倍。3G/4G時代是人與人之間的連接，比如打電話，網上社交等，而5G時代是人與人、人與物、物與物之間的連接，萬物互聯。在5G時代，體育場等人流密集場所網絡容量不足的問題將不再發生。

3 基于5G的行業應用

3.1 部署場景

5G將同時考慮消費互聯網和產業互聯網的需求，具體包括移動寬帶、大規模低速率的M2M業務以及低時延高可靠的工業控制和車聯網等場景。面向2020年及未來，消費互聯網和產業互聯網將成為移動通信發展的主要驅動力。

3.2 業務應用

未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接，將不斷涌現各類新業務和新業務場景，5G技術所具有的高速率、低時延等特性會給消費互聯網業務、產業互聯網業務以及金融類業務帶來許多變化。

3.2.1 增強型移動寬帶場景用例

增強型移動寬帶場景促進5G的普及和價值創造，是現有4G價值的擴展和增強，最有可能產生近期影響。借助該場景廣覆蓋、大容量、高速率的特點，用戶可隨時隨地享受更一致的增強體驗。用于室內、戶外無線寬帶、AR/VR、企業通信、移動計算等領域。

3.2.2 低時延高可靠場景用例

低時延高可靠場景是5G中具有巨大增長潛力、創造巨大增長機會的領域，代表了移動技術的全新市場機會。借助該場景高可靠、低時延、安全的特點，用戶體會更多全新的移動技術應用。用于自動駕駛、無人機、工業自動化、遠程醫療等領域。

3.2.3 大連接低功耗場景用例

大連接低功耗（Masive machine type communications）場景支持物聯網擴大規模連接，促進移動技術在物聯網的應用和普及，從而在近期和中期產生變革性影響。借助該場景海量連接、低功率、成本低的特點，用戶體會移動技術對物聯網和垂直行業的顯著提升。用于智慧城市、智慧農業、智慧家庭、遠程跟蹤監控、零售業等領域。

3.3 案例研究

3.3.1 5G+營商環境

場景描述：利用5G網絡在所有的行政審批大廳部署360°無線攝像頭，將大廳內現場辦公視頻回傳到VR平臺，實現政務服務全程可見。

通過5G網絡+人工智能+政務服務可視化的方式，在所有的行政審批大廳部署360°無線攝像頭，實時對外展示政務服務大廳現場服務情況，經過人工智能實時分析，將大廳內現場辦公視頻回傳到VR平臺，實現政務服務全程可見，發現群眾排隊過長、與工作人員發生爭執等問題后，可以第一時間進行反饋。達到了服務提升目標，提升了政務服務質量，政府管理者及人民群眾實時掌握了辦事大廳的情況，同時，幫助政府管理者對突發事件進行預警及研判。

3.3.2 5G+新媒體

場景描述：通過360°全景攝像機以及高速的5G網絡，將高清視頻/AR/VR視頻信號實時傳送給觀眾，為觀眾提供全新的比賽觀賞方式。觀眾能360°沉浸式地體驗賽場的各個角落，從多個角度觀賞同一賽事/晚會，還可以切換到運動員的休息室、等待區等，獲得“身臨其境”式的絕佳體驗。

具體案例：沈陽世博園燈展5G+4KVR現場直播，基于人臉識別、人工智能等技術，通過智能機器人完成智能攝像工作，并向外輸出4K視頻；2019春晚實現中國首例5G+4K視頻傳輸。2019年央視春晚的最大亮點之一就是全方位的科技驅動和技術創新。

3.3.3 5G+智能制造

場景描述：5G網絡助力智能制造。通過5G網絡+人工智能+AR的方式，將5G網絡部署到工業生產車間中，取代原有的工控網絡傳輸方式，幫助企業節省網絡設備成本，同時將人工智能、AR等技術應用到生產制造過程中，實現工業制造業轉型升級。

“智慧車間”通過5G網絡所承載的精準室內定位系統，可以把車間內擺放的零配件定位誤差縮小在3 cm以內，這樣一來工匠們通過室內導航設備，需要時能很快找到零配件；“智慧車間”利用5G網絡對數控機床的運行數據進行實時采集，再與云端數據模型進行不間斷比對，一旦發現異常，在短時間內就能立刻告警，解決了無法實現遠程高清運維及高清設備巡檢等工作難點。

具體案例：2018年寶馬鐵西廠區、大東廠區、沈陽機床集團共建設5G基站19座，目前，主要應用場景為廠區監控、智能巡檢、遠程維護，助力沈陽工業基地崛起。

3.4 5G+交通

場景描述：基于5G技術，天津港實現了對無人駕駛集裝箱卡車的遠程視頻監控，加速推進了無人駕駛技術在港口的應用轉化。天津基于5G助力天津港提升安全管理性能，再樹行業標桿。

3.5 5G+醫療

場景描述：全球首例基于5G網絡的遠程手術取得成功。北京301醫院、福建醫大孟超肝膽醫院聯合開展基于5G網絡的全球首例手術。

主刀醫生坐在機器旁通過實時傳送的高清視頻畫面，利用幾個小指環輕松操縱遠在50 km外的手術鉗和電刀。5G技術將開辟遠程醫療技術的廣泛應用，未來機器人手術很有可能給專業外科醫生為世界各地有需要的人實施手術帶來很大希望，大大降低患者就醫成本。

3.6 5G+駕駛

場景描述：2018-06上海舉行的世界移動大會上，中國聯通利用5G網絡進行了國內首個超遠程智能駕駛車實驗，位于上海的調度員對1 300 km外位于北京市房山區新興產業前沿技術研究院的外場測試車輛進行了駕駛測試。

4 結束語

本文針對5G在各行各業的具體應用進行了詳細研究。從4G到5G，萬物互聯帶來新機遇。4G時代通過娛樂、電子商務和智能應用改變生活，5G則依托家居、交通、農業、教育、工業、服務和教育等萬物互聯改變社會，改變人們的生活。網絡的演進突破了技術瓶頸，滿足了高速傳輸、高清視頻、無線直播等場景的需求，極大地拓展了許多行業應用的領域，為各行各業發展企業類行業應用創造了新的機會。

［1］王胡成，徐暉，程志密，等.5G網絡技術研究現狀和發展趨勢［J］.電信科學，2015（9）：12-16.

［2］葉國華.探析當前5G技術的發展現狀及挑戰［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，通信中級工程師，主要研究方向為現代通信系統與通信信號處理。

〔編輯：張思楠〕