2019年07月16日 星期二
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imt-2020推进组:15个问题带你看懂5g

更新时间:2019-06-12 11:15:55  

导读

    中国5g时代真的来了!通过15个问题,imt-2020(5g)推进组带你看懂5g。

    综合篇主要回答什么是5g,5g三大场景,5g关键性能指标,5g能为普通用户带来哪些新的体验以及5g对经济社会发展的影响。

    技术篇聚焦5g技术标准进展情况,与4g相比,5g的优势以及5g核心网技术有哪些突破,5g是否有tdd和fdd模式以及5g网络建设对光纤承载网的挑战。

    应用篇回答了全球5g应用的进展情况、5g与高清视频、车联网、工业互联网、医疗融合会给用户带来哪些新体验。

综合篇

    1、什么是5g?

    全球移动通信每十年出现新一代革命性技术。

    1g实现了模拟语音业务;

    2g完成了从模拟制式向数字制式的转变,主要支持语音以及短信等低速数据业务;

    3g采用了码分多址(cdma)接入方式,实现了对移动多媒体业务的支持;

    4g以多输入多输出(mimo)以及正交频分多址接入(ofdm)为核心技术,开启了移动互联网新时代。

    5g从移动互联网扩展到移动物联网领域,服务对象从人与人通信拓展到人与物、物与物通信,将与经济社会各领域深度融合,引发生产生活方式的深刻变革。

    2、5g的三大场景是什么?


    2015年国际电信联盟(itu)为5g定义了三大应用场景:

    增强移动宽带(embb)主要面向移动互联网流量爆炸式增长,为移动互联网用户提供更加极致的应用体验;

    超高可靠低时延通信(urllc)主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求;

    海量机器类通信(mmtc)主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

    5g三大应用场景将全面支撑新模式、新业态的创新发展。

    3、5g的关键性能指标是什么?

    与4g相比,5g应用场景更加丰富,关键性能指标也更加多样化。


    我国对5g需求开展了深入研究,提出了5g之花,包含9大性能指标的5g关键能力指标体系,除成本效率指标外,其他8个关键性能指标都被itu采纳,即用户体验速率、流量密度、峰值速率、连接数密度、空口时延、移动性、频谱效率和能量效率,其中最突出的三个性能指标是用户体验速率、空口时延和连接数密度。

    5g用户体验速率可达100mbps至1gbps,是4g的10倍以上;

    空口时延低至1ms,是4g的1/10;

    连接数密度可达到100万连接/平方公里,在同等频谱资源条件下达到4g的50倍以上。

    5g实现网络性能新的跃升,开启万物互联、带来无限遐想的新时代。

    4、5g能为普通用户带来哪些新的体验?

    对于普通用户而言,通过4g网络可以享受到丰富多彩的移动互联网业务,但受限于4g的速率和时延,虚拟现实(vr)、增强现实(ar)等业务体验不佳,在地铁、场馆等人群密集地区存在网速下降、画面卡顿的情况。

    相比4g,5g具备超高速率、超低时延、大容量等特性,将孕育新一轮移动互联网业务的创新发展。

    5g支持vr/ar、4k/8k超高清视频等显示方式,通过将复杂的运算和处理放在云端服务器,降低终端复杂度。

    随着5g的广泛应用,从可穿戴设备、智能家居,到智慧城市的基础设施都将接入5g网络,实现万物互联。

    基于5g网络,足不出户,就可以远程就诊、组织全息视频会议;出门在外,更可以随时随地与亲人3d视频通话、远程控制家中空调和机器人等。

    vr/ar应用于在线教育上,能够让边远地区的人民享受更好的师资、更真实互动的授课。

    5g将为日常生活带来极大便利和更多的惊喜。

    5、5g对经济社会发展有哪些影响?

    5g将全面构筑经济社会发展的关键信息基础设施,驱动传统领域的数字化、网络化和智能化升级,带来生产方式、生活方式新变革。

    一是扩大升级信息消费。5g的高带宽、低时延等特性将进一步提升移动互联网用户体验,促进信息消费从低水平的供需平衡向高水平迁移,助力我国信息消费的持续加速和扩大升级。

    二是促进数字经济高质量发展。5g作为通用目的技术,与云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术结合,将会成为我国传统产业加速技术改造和跨界整合的孵化器,推动工业、医疗、交通、能源等传统产业的数字化、智能化、网络化发展,提升信息化水平,催生新产品、新模式和新业态,成为数字经济发展的强劲驱动力。

    三是创造社会服务新方式。 5g与电子政务、智慧城市的建设相结合,将推进政府决策科学化、社会治理精准化。5g可以大规模应用于教育、文化、医疗、体育等公共事业,通过与虚拟现实、人工智能等技术结合,提供远程教育、远程医疗诊断、虚拟现实体育赛事直播等新服务、新模式,改善公共服务的用户体验,提升公共服务效率。

    5g将构建起全新的移动网络基础设施,不仅可以带动信息通信制造业和服务业全产业链增长,更重要的是,还可以加速5g技术与工业、农业、交通、能源等垂直行业的融合,全面改造提升传统产业,同时,加快培植新技术新业态新产业,在新一轮科技革命和产业变革中赢得主动,创造出巨大的经济价值。

    预计2020-2025年期间,我国5g商用直接带动的经济总产出达10.6万亿元,直接创造的经济增加值达3.3万亿元;间接拉动的经济总产出约24.8万亿元,间接带动的经济增加值达8.4万亿元。

技术篇

    6、5g技术标准进展情况?

    5g国际标准由第三代合作伙伴计划(3gpp)制定,3gpp由来自中美日韩、欧洲、印度的7个通信标准化组织组成,它制定了3g、4g、5g等国际标准。

    2018年6月,3gpp发布了全球统一的5g国际标准(第一版本)。考虑到5g运营商拥有的频谱、业务定位、部署节奏的不同,5g国际标准支持nsa(非独立组网)和sa(独立组网)两类架构。

    在nsa架构中,无线技术采用5g标准,核心网仍采用4g标准,主要支持5g增强移动宽带业务。

    在sa架构中,无线和核心网络均采用5g标准,支持增强移动宽带和基础低时延高可靠业务,支持网络切片、边缘计算等功能。

    3gpp正在研制5g第二版本国际标准,计划2020年3月发布,该版本将更好地支持车联网、工业互联网等行业增强应用场景。

    7、与4g相比,5g无线技术有哪些优势?

    在体系架构方面, 5g为支持三大应用场景,采用了灵活的全新系统设计,如灵活参数和帧结构等。

    在关键技术方面,为了支持高速率传输和更优覆盖,5g采用ldpc(低密度奇偶校验码)、polar新型信道编码方案、性能更强的大规模天线技术等。为了支持低时延、高可靠特性,5g采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术。

    在频段方面,5g针对中低频段和高频段设计了统一的技术方案,中低频段满足覆盖和容量需求,支持100mhz基础信道带宽,高频段满足在热点区域提升容量的需求,支持400mhz基础信道带宽。

    8、与4g相比,5g核心网技术有哪些突破?

    5g核心网采用全新的服务化架构,支持网络虚拟化/软件定义网络(nfv/sdn)、网络切片等技术,实现灵活部署和差异化业务。

    5g采用全服务化架构,通过模块化网络功能,支持按需调用、功能重构,通过服务化描述,易于实现能力开放,有利于引入第三方业务开发。

    5g采用nfv/sdn技术,通过硬件通用化、软件模块化,实现云化组网,网络功能部署灵活,资源调度高效;基于边缘计算,支持基于应用的网关选择和边缘分流。

    5g采用网络切片技术,可以定制出功能、特性服务各不相同的多个逻辑网络,灵活服务于不同需求的行业用户。

    9、5g是否有tdd和fdd模式?

    tdd(时分双工)是指在同一个频率的不同时间分别发送和接收数据。fdd(频分双工)是在不同的频率上分别发送和接收数据。tdd仅占用一段频率,fdd需要占用成对的两段频率。

    5g支持tdd和fdd两种双工模式,两者的技术方案基本相同。由于5g信道带宽高达百mhz,难以找到成对的频率资源,目前全球的5g频率主要是tdd模式,商用5g网络均采用tdd模式。

    10、5g网络建设对光纤承载网的挑战?

    5g承载网络面临的主要挑战是超大带宽、超低时延和联合管控三个问题。

    为解决基站超大带宽数据传输问题,需提升网络容量。5g中低频基站所需传输带宽为2~5gbit/s,是4g基站的10-15倍左右。我国基站接入环线路带宽需从现网的大量1gbit/s和少量10gbit/s,需快速扩容或新建到50gbit/s乃至100gbit/s;核心和汇聚层网络带宽需要通过建设多个100gbit/s、200gbit/s乃至400gbit/s系统,满足tbit/s容量要求。

    为保证超低时延业务,需加强光纤网络拓扑优化。车联网、智能电网、工业互联网等业务都对端到端低时延性能提出了更严格的指标要求。5g承载网络时延指标为几个us到几十个us的超低时延要求,需结合各类业务应用场景,加强网络拓扑规划和时延指标分配等才能满足超低时延挑战。

    为支持网络切片等服务,需要实施联合管控。5g提出了三大类业务场景的网络切片全生命周期管控需求,因此5g承载网络不仅要在数据面支持带宽资源的软硬隔离能力,还要在管控面支持5g业务编排的联合管控架构和标准北向接口,实现面向垂直行业等新兴业务的网络切片管控和性能监测运营服务能力。

应用篇

    11、全球5g应用进展情况如何?

    全球5g应用处于起步阶段,各方正在积极探索各类5g应用。

    根据中国信息通信研究院监测,全球75个国家的运营商在5g试验中进行了107项应用测试,其中应用场景与ar/vr相关的最多,测试较多的其他三类应用是固定无线接入、高清视频传输及物联网相关应用。

    在5g商用应用方面,2018年底美国电信运营商verizon和at&t推出5g商用服务,其业务是5g家庭宽带服务和移动热点业务,终端为5g客户端设备和家用路由器。

    韩国5g商用业务重点放在企业客户,kt商用面向的第一个企业客户是汽车零部件制造商,lg u+与机械合作开发5g远程控制挖掘机,sk telecom宣布将在首尔建设一个由其5g网络提供支持的交通系统。

    日本运营商重点研究车联网编队行驶、远程医疗、智能工厂、应急救灾等应用。

    中国积极推动5g在工业互联网、车联网、智慧城市等领域应用,加快推动5g应用产业发展。2018年成功举办首届5g应用征集大赛,孵化一批5g特色应用。2019第二届5g应用征集大赛正在火热进行中。

    5g跨行业应用仍然面临诸多挑战。行业企业参与力度有限,需求的深度挖掘不足,商业模式不清晰,应用生态体系尚需完善,存在跨行业的技术、产业及监管壁垒。

    12、5g与高清视频融合,用户带来哪些新体验?目前进展如何?

    以大带宽和低时延为特点的超高清视频类业务被认为是5g时代的先期落地应用。

    一方面传统视频向4k/8k的演进让用户实现了“看得清楚”,与5g的融合更可提供“不卡不顿不转圈”的观影体验;另一方面虚拟/增强现实强调“身临其境”的沉浸式体验,5g可助力打造高度沉浸感和强交互的应用场景。

    5g与视频的融合可渗透到采集、制作及应用的各个环节。例如,5g为4k/8k和vr的节目直播提供创新应用,2019年央视春晚第一次使用5g实现了分会场的信号回传;5g与vr的融合可支持在自然风光、历史名胜及革命老区等旅游景区中开展360度全景拍摄及直播,为景区预览、红色教育、旅游社交提供沉浸式体验。

    13、5g与车联网融合,为用户带来哪些新体验?目前进展如何?

    5g为车联网提供了低时延、高可靠、大带宽的无线通信保障,借助于“人-车-路-云”的全方位连接和信息交互,车联网不仅可以为用户提供娱乐导航、共享出行等信息服务,还能支持驾驶安全、以及未来的自动驾驶服务。

    基于市场需求和技术成熟度,当前主要实现驾驶安全和交通效率类应用。例如,车辆与车辆之间,通过广播车辆位置、运动状态等信息,可以实现十字交叉路口碰撞预警、紧急刹车预警等主动安全应用;经过联网改造的红绿灯等路侧基础设施,可以实现红绿灯诱导通行、车速引导等交通效率提升应用等。

    随着技术的不断演进,产业界也开展自动驾驶应用的示范验证。例如,在矿山等恶劣工况场景下,通过将实时视频等感知信息回传以及车辆控制信息下发,实现远程遥控驾驶应用。

    14、5g与工业互联网融合应用前景如何?

    5g与工业互联网融合逐步从生产辅助向工业生产核心业务发展,将深刻影响工业生产模式和产品形态。

    5g促进工业企业生产模式的变革。通过5g技术实现人员、设备及环境的全方位互联及生产设备的远程实时控制,推动工业生产自动化、网络化及智能化发展。例如,青岛港利用5g网络,实现港口装卸区、运输区的海面潮汐、船舶集装箱的视频监控,以及吊车等设备的远程实时控制,成为全球首个5g智慧港口。

    5g将促进形成新的工业产品形态。5g与云计算、大数据、人工智能等技术的结合,使工业设备摆脱线缆的限制,更易于实现产线的柔性化。例如,以5g无线替代现场总线,可实现生产线的生产种类、批次、批量的快速调整。华为、爱立信等ict企业与工业企业联合,研发基于5g的移动机器人和物料小车等新型产品。

    15、5g与医疗融合,为用户带来哪些新体验?

    5g技术与医疗领域的创新融合将催生出多种无线医疗场景。5g可支持基于视频与图像交互的医疗诊断与指导类应用,如实时调阅患者影像诊断信息的移动查房、采用医疗服务机器人的远程查房、远程实时会诊、应急救援指导、无线手术示教和无线专科诊断等。5g可支持基于视频与力反馈的远程操控类应用,如远程机器人超声检查、远程机器人内窥镜检查和远程机器人手术。

    基于5g的远程医疗,使得广大基层偏远地区的群众不需要专门去北上广等大城市大医院看病,在家就可以享受优质的医疗服务,有助于缓解我国医疗资源发展不充分不平衡等难题。

    关于imt-2020(5g)推进组

    imt-2020(5g)推进组于2013年2月由我国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立,组织架构基于原imt-advanced推进组,是聚合移动通信领域产学研用力量、推动第五代移动通信技术研究、开展国际交流与合作的基础工作平台。

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