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2019年12月11日 星期三
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IMT-2020推進組:15個問題帶你看懂5G

更新時間:2019-06-12 11:15:55  

導讀

    中國5G時代真的來了!通過15個問題,IMT-2020(5G)推進組帶你看懂5G。

    綜合篇主要回答什么是5G,5G三大場景,5G關鍵性能指標,5G能為普通用戶帶來哪些新的體驗以及5G對經濟社會發展的影響。

    技術篇聚焦5G技術標準進展情況,與4G相比,5G的優勢以及5G核心網技術有哪些突破,5G是否有TDD和FDD模式以及5G網絡建設對光纖承載網的挑戰。

    應用篇回答了全球5G應用的進展情況、5G與高清視頻、車聯網、工業互聯網、醫療融合會給用戶帶來哪些新體驗。

綜合篇

    1、什么是5G?

    全球移動通信每十年出現新一代革命性技術。

    1G實現了模擬語音業務;

    2G完成了從模擬制式向數字制式的轉變,主要支持語音以及短信等低速數據業務;

    3G采用了碼分多址(CDMA)接入方式,實現了對移動多媒體業務的支持;

    4G以多輸入多輸出(MIMO)以及正交頻分多址接入(OFDM)為核心技術,開啟了移動互聯網新時代。

    5G從移動互聯網擴展到移動物聯網領域,服務對象從人與人通信拓展到人與物、物與物通信,將與經濟社會各領域深度融合,引發生產生活方式的深刻變革。

    2、5G的三大場景是什么?


    2015年國際電信聯盟(ITU)為5G定義了三大應用場景:

    增強移動寬帶(eMBB)主要面向移動互聯網流量爆炸式增長,為移動互聯網用戶提供更加極致的應用體驗;

    超高可靠低時延通信(URLLC)主要面向工業控制、遠程醫療、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業應用需求;

    海量機器類通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、環境監測等以傳感和數據采集為目標的應用需求。

    5G三大應用場景將全面支撐新模式、新業態的創新發展。

    3、5G的關鍵性能指標是什么?

    與4G相比,5G應用場景更加豐富,關鍵性能指標也更加多樣化。


    我國對5G需求開展了深入研究,提出了5G之花,包含9大性能指標的5G關鍵能力指標體系,除成本效率指標外,其他8個關鍵性能指標都被ITU采納,即用戶體驗速率、流量密度、峰值速率、連接數密度、空口時延、移動性、頻譜效率和能量效率,其中最突出的三個性能指標是用戶體驗速率、空口時延和連接數密度。

    5G用戶體驗速率可達100Mbps至1Gbps,是4G的10倍以上;

    空口時延低至1ms,是4G的1/10;

    連接數密度可達到100萬連接/平方公里,在同等頻譜資源條件下達到4G的50倍以上。

    5G實現網絡性能新的躍升,開啟萬物互聯、帶來無限遐想的新時代。

    4、5G能為普通用戶帶來哪些新的體驗?

    對于普通用戶而言,通過4G網絡可以享受到豐富多彩的移動互聯網業務,但受限于4G的速率和時延,虛擬現實(VR)、增強現實(AR)等業務體驗不佳,在地鐵、場館等人群密集地區存在網速下降、畫面卡頓的情況。

    相比4G,5G具備超高速率、超低時延、大容量等特性,將孕育新一輪移動互聯網業務的創新發展。

    5G支持VR/AR、4K/8K超高清視頻等顯示方式,通過將復雜的運算和處理放在云端服務器,降低終端復雜度。

    隨著5G的廣泛應用,從可穿戴設備、智能家居,到智慧城市的基礎設施都將接入5G網絡,實現萬物互聯。

    基于5G網絡,足不出戶,就可以遠程就診、組織全息視頻會議;出門在外,更可以隨時隨地與親人3D視頻通話、遠程控制家中空調和機器人等。

    VR/AR應用于在線教育上,能夠讓邊遠地區的人民享受更好的師資、更真實互動的授課。

    5G將為我們日常生活帶來極大便利和更多的驚喜。

    5、5G對經濟社會發展有哪些影響?

    5G將全面構筑經濟社會發展的關鍵信息基礎設施,驅動傳統領域的數字化、網絡化和智能化升級,帶來生產方式、生活方式新變革。

    一是擴大升級信息消費。5G的高帶寬、低時延等特性將進一步提升移動互聯網用戶體驗,促進信息消費從低水平的供需平衡向高水平遷移,助力我國信息消費的持續加速和擴大升級。

    二是促進數字經濟高質量發展。5G作為通用目的技術,與云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術結合,將會成為我國傳統產業加速技術改造和跨界整合的孵化器,推動工業、醫療、交通、能源等傳統產業的數字化、智能化、網絡化發展,提升信息化水平,催生新產品、新模式和新業態,成為數字經濟發展的強勁驅動力。

    三是創造社會服務新方式。 5G與電子政務、智慧城市的建設相結合,將推進政府決策科學化、社會治理精準化。5G可以大規模應用于教育、文化、醫療、體育等公共事業,通過與虛擬現實、人工智能等技術結合,提供遠程教育、遠程醫療診斷、虛擬現實體育賽事直播等新服務、新模式,改善公共服務的用戶體驗,提升公共服務效率。

    5G將構建起全新的移動網絡基礎設施,不僅可以帶動信息通信制造業和服務業全產業鏈增長,更重要的是,還可以加速5G技術與工業、農業、交通、能源等垂直行業的融合,全面改造提升傳統產業,同時,加快培植新技術新業態新產業,在新一輪科技革命和產業變革中贏得主動,創造出巨大的經濟價值。

    預計2020-2025年期間,我國5G商用直接帶動的經濟總產出達10.6萬億元,直接創造的經濟增加值達3.3萬億元;間接拉動的經濟總產出約24.8萬億元,間接帶動的經濟增加值達8.4萬億元。

技術篇

    6、5G技術標準進展情況?

    5G國際標準由第三代合作伙伴計劃(3GPP)制定,3GPP由來自中美日韓、歐洲、印度的7個通信標準化組織組成,它制定了3G、4G、5G等國際標準。

    2018年6月,3GPP發布了全球統一的5G國際標準(第一版本)。考慮到5G運營商擁有的頻譜、業務定位、部署節奏的不同,5G國際標準支持NSA(非獨立組網)和SA(獨立組網)兩類架構。

    在NSA架構中,無線技術采用5G標準,核心網仍采用4G標準,主要支持5G增強移動寬帶業務。

    在SA架構中,無線和核心網絡均采用5G標準,支持增強移動寬帶和基礎低時延高可靠業務,支持網絡切片、邊緣計算等功能。

    3GPP正在研制5G第二版本國際標準,計劃2020年3月發布,該版本將更好地支持車聯網、工業互聯網等行業增強應用場景。

    7、與4G相比,5G無線技術有哪些優勢?

    在體系架構方面, 5G為支持三大應用場景,采用了靈活的全新系統設計,如靈活參數和幀結構等。

    在關鍵技術方面,為了支持高速率傳輸和更優覆蓋,5G采用LDPC(低密度奇偶校驗碼)、Polar新型信道編碼方案、性能更強的大規模天線技術等。為了支持低時延、高可靠特性,5G采用短幀、快速反饋、多層/多站數據重傳等技術。

    在頻段方面,5G針對中低頻段和高頻段設計了統一的技術方案,中低頻段滿足覆蓋和容量需求,支持100MHz基礎信道帶寬,高頻段滿足在熱點區域提升容量的需求,支持400MHz基礎信道帶寬。

    8、與4G相比,5G核心網技術有哪些突破?

    5G核心網采用全新的服務化架構,支持網絡虛擬化/軟件定義網絡(NFV/SDN)、網絡切片等技術,實現靈活部署和差異化業務。

    5G采用全服務化架構,通過模塊化網絡功能,支持按需調用、功能重構,通過服務化描述,易于實現能力開放,有利于引入第三方業務開發。

    5G采用NFV/SDN技術,通過硬件通用化、軟件模塊化,實現云化組網,網絡功能部署靈活,資源調度高效;基于邊緣計算,支持基于應用的網關選擇和邊緣分流。

    5G采用網絡切片技術,可以定制出功能、特性服務各不相同的多個邏輯網絡,靈活服務于不同需求的行業用戶。

    9、5G是否有TDD和FDD模式?

    TDD(時分雙工)是指在同一個頻率的不同時間分別發送和接收數據。FDD(頻分雙工)是在不同的頻率上分別發送和接收數據。TDD僅占用一段頻率,FDD需要占用成對的兩段頻率。

    5G支持TDD和FDD兩種雙工模式,兩者的技術方案基本相同。由于5G信道帶寬高達百MHz,難以找到成對的頻率資源,目前全球的5G頻率主要是TDD模式,商用5G網絡均采用TDD模式。

    10、5G網絡建設對光纖承載網的挑戰?

    5G承載網絡面臨的主要挑戰是超大帶寬、超低時延和聯合管控三個問題。

    為解決基站超大帶寬數據傳輸問題,需提升網絡容量。5G中低頻基站所需傳輸帶寬為2~5Gbit/s,是4G基站的10-15倍左右。我國基站接入環線路帶寬需從現網的大量1Gbit/s和少量10Gbit/s,需快速擴容或新建到50Gbit/s乃至100Gbit/s;核心和匯聚層網絡帶寬需要通過建設多個100Gbit/s、200Gbit/s乃至400Gbit/s系統,滿足Tbit/s容量要求。

    為保證超低時延業務,需加強光纖網絡拓撲優化。車聯網、智能電網、工業互聯網等業務都對端到端低時延性能提出了更嚴格的指標要求。5G承載網絡時延指標為幾個us到幾十個us的超低時延要求,需結合各類業務應用場景,加強網絡拓撲規劃和時延指標分配等才能滿足超低時延挑戰。

    為支持網絡切片等服務,需要實施聯合管控。5G提出了三大類業務場景的網絡切片全生命周期管控需求,因此5G承載網絡不僅要在數據面支持帶寬資源的軟硬隔離能力,還要在管控面支持5G業務編排的聯合管控架構和標準北向接口,實現面向垂直行業等新興業務的網絡切片管控和性能監測運營服務能力。

應用篇

    11、全球5G應用進展情況如何?

    全球5G應用處于起步階段,各方正在積極探索各類5G應用。

    根據中國信息通信研究院監測,全球75個國家的運營商在5G試驗中進行了107項應用測試,其中應用場景與AR/VR相關的最多,測試較多的其他三類應用是固定無線接入、高清視頻傳輸及物聯網相關應用。

    在5G商用應用方面,2018年底美國電信運營商Verizon和AT&T推出5G商用服務,其業務是5G家庭寬帶服務和移動熱點業務,終端為5G客戶端設備和家用路由器。

    韓國5G商用業務重點放在企業客戶,KT商用面向的第一個企業客戶是汽車零部件制造商,LG U+與機械公司合作開發5G遠程控制挖掘機,SK Telecom宣布將在首爾建設一個由其5G網絡提供支持的交通系統。

    日本運營商重點研究車聯網編隊行駛、遠程醫療、智能工廠、應急救災等應用。

    中國積極推動5G在工業互聯網、車聯網、智慧城市等領域應用,加快推動5G應用產業發展。2018年成功舉辦首屆5G應用征集大賽,孵化一批5G特色應用。2019第二屆5G應用征集大賽正在火熱進行中。

    5G跨行業應用仍然面臨諸多挑戰。行業企業參與力度有限,需求的深度挖掘不足,商業模式不清晰,應用生態體系尚需完善,存在跨行業的技術、產業及監管壁壘。

    12、5G與高清視頻融合,用戶帶來哪些新體驗?目前進展如何?

    以大帶寬和低時延為特點的超高清視頻類業務被認為是5G時代的先期落地應用。

    一方面傳統視頻向4K/8K的演進讓用戶實現了“看得清楚”,與5G的融合更可提供“不卡不頓不轉圈”的觀影體驗;另一方面虛擬/增強現實強調“身臨其境”的沉浸式體驗,5G可助力打造高度沉浸感和強交互的應用場景。

    5G與視頻的融合可滲透到采集、制作及應用的各個環節。例如,5G為4K/8K和VR的節目直播提供創新應用,2019年央視春晚第一次使用5G實現了分會場的信號回傳;5G與VR的融合可支持在自然風光、歷史名勝及革命老區等旅游景區中開展360度全景拍攝及直播,為景區預覽、紅色教育、旅游社交提供沉浸式體驗。

    13、5G與車聯網融合,為用戶帶來哪些新體驗?目前進展如何?

    5G為車聯網提供了低時延、高可靠、大帶寬的無線通信保障,借助于“人-車-路-云”的全方位連接和信息交互,車聯網不僅可以為用戶提供娛樂導航、共享出行等信息服務,還能支持駕駛安全、以及未來的自動駕駛服務。

    基于市場需求和技術成熟度,當前主要實現駕駛安全和交通效率類應用。例如,車輛與車輛之間,通過廣播車輛位置、運動狀態等信息,可以實現十字交叉路口碰撞預警、緊急剎車預警等主動安全應用;經過聯網改造的紅綠燈等路側基礎設施,可以實現紅綠燈誘導通行、車速引導等交通效率提升應用等。

    隨著技術的不斷演進,產業界也開展自動駕駛應用的示范驗證。例如,在礦山等惡劣工況場景下,通過將實時視頻等感知信息回傳以及車輛控制信息下發,實現遠程遙控駕駛應用。

    14、5G與工業互聯網融合應用前景如何?

    5G與工業互聯網融合逐步從生產輔助向工業生產核心業務發展,將深刻影響工業生產模式和產品形態。

    5G促進工業企業生產模式的變革。通過5G技術實現人員、設備及環境的全方位互聯及生產設備的遠程實時控制,推動工業生產自動化、網絡化及智能化發展。例如,青島港利用5G網絡,實現港口裝卸區、運輸區的海面潮汐、船舶集裝箱的視頻監控,以及吊車等設備的遠程實時控制,成為全球首個5G智慧港口。

    5G將促進形成新的工業產品形態。5G與云計算、大數據、人工智能等技術的結合,使工業設備擺脫線纜的限制,更易于實現產線的柔性化。例如,以5G無線替代現場總線,可實現生產線的生產種類、批次、批量的快速調整。華為、愛立信等ICT企業與工業企業聯合,研發基于5G的移動機器人和物料小車等新型產品。

    15、5G與醫療融合,為用戶帶來哪些新體驗?

    5G技術與醫療領域的創新融合將催生出多種無線醫療場景。5G可支持基于視頻與圖像交互的醫療診斷與指導類應用,如實時調閱患者影像診斷信息的移動查房、采用醫療服務機器人的遠程查房、遠程實時會診、應急救援指導、無線手術示教和無線專科診斷等。5G可支持基于視頻與力反饋的遠程操控類應用,如遠程機器人超聲檢查、遠程機器人內窺鏡檢查和遠程機器人手術。

    基于5G的遠程醫療,使得廣大基層偏遠地區的群眾不需要專門去北上廣等大城市大醫院看病,在家就可以享受優質的醫療服務,有助于緩解我國醫療資源發展不充分不平衡等難題。

    關于IMT-2020(5G)推進組

    IMT-2020(5G)推進組于2013年2月由我國工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動成立,組織架構基于原IMT-Advanced推進組,是聚合移動通信領域產學研用力量、推動第五代移動通信技術研究、開展國際交流與合作的基礎工作平臺。

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