5G十大細分應用場景研究

彭建 周鈺哲 孫美玉 滕學強

5G是第五代移動通信技術的簡稱，作為4G通信技術的延伸，將在全社會數字化轉型進程中擔負著不可替代的重要使命。5G時代，“人”與“人”、“人”與“物”和“物”與“物”之間原有的互聯互通界線將被打破，所有的“人”和“物”都將存在于一個有機的數字生態系統里，數據或者信息將通過最優化的方式進行傳遞。從全球視角來看，目前5G無論是在技術、標準、產業生態還是網絡部署等方面都取得了階段性的成果，5G落地的最后一環——應用場景正逐漸成為業界關注的焦點。

（一）5G性能指標和關鍵技術相較于4G ，在傳輸速率方面，5G峰值速率為10-20Gbps，提升了10—20倍，用戶體驗速率將達到0.1Gbps—1Gbps，提升了10—100倍;流量密度方面，5G目標值為10Tbs/km2，提升了100倍;網絡能效方面，5G提升了100倍;可連接數密度方面，5G每平方公里可聯網設備的數量高達100萬個，提升了10倍;頻譜效率方面，5G相對于4G提升了3—5倍;端到端時延方面，5G將達到1ms級，提升了10倍;移動性方面，5G支持時速高達 500km/h的通信環境，提升了1.43倍。

為了達到性能指標的要求，5G將綜合運用大規模多天線技術（Massive MIMO）、新型多址、新型信息編碼、毫米波通信、超密集組網、D2D等關鍵技術。除此之外，5G還將引入全新的構架解決方案——允許在通用物理信息基礎設施上創建一組邏輯上獨立的網絡，稱之為“網絡切片”。網絡切片可以根據垂直行業的業務需求量身定制，使5G能夠真正成為全社會共用的新一代信息基礎設施。

5G十大應用場景

ITU定義了5G三大應用場景：增強型移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）及低時延高可靠通信（uRLLC）。eMBB 場景主要提升以“人”為中心的娛樂、社交等個人消費業務的通信體驗，適用于高速率、大帶寬的移動寬帶業務。mMTC和uRLLC則主要面向物物連接的應用場景，其中eMTC 主要滿足海量物聯的通信需求，面向以傳感和數據采集為目標的應用場景;uRLLC則基于其低時延和高可靠的特點，主要面向垂直行業的特殊應用需求。本報告立足ITU定義的三大應用場景，并結合當前5G應用的實際情況和未來發展趨勢，主要研究VR/AR、超高清視頻、車聯網、聯網無人機、遠程醫療、智慧電力、智能工廠、智能安防、個人AI助理以及智慧園區等十大應用場景。

5G對相關產業的影響

1.核心產業。5G所具有的高速率、廣覆蓋、低時延特性，為經濟社會各行各業數字化智能化轉型提供了技術前提和基礎平臺。依托技術領先、產業先發和市場龐大等優勢，5G的快速發展將帶動移動通信產業取得突破性進展。由于5G高速率大帶寬的要求，需要優先進行骨干網升級，將明顯驅動光模塊、光纖光纜等通信設備產業優先發展，預計2021年光模塊產業規模將達到140億元，光纖光纜產業規模將達到500億元。由于5G頻段提升，5G基站數量會大幅增加，預計宏基站2021年將建成50萬個，微基站將突破150萬個，這將進一步帶動射頻等通信設備產業爆發式增長，預計產業規模將達到860億元。綜合分析預計5G核心產業規模將在2025年達到1萬億元。

2.相關產業。5G和大數據、人工智能等新一代信息技術結合，催生多種新應用、新產品和新商業模式，推動VR/AR、超高清視頻、車聯網、聯網無人機等產業升級，極大地滿足了消費領域的多樣化、高層次需求。預計在5G帶動相關垂直行業市場規模將在2025年達到3萬億元。

虛擬現實/增強現實：融合5G的VR/AR產業將進一步充分滲透互動娛樂、智能制造、醫療健康、教育商業等相關產業，推動其產生全新模式的變革。預計到2025年，全球VR/AR應用市場規模將達到3000億元，其中我國市場將占超過35%。

超高清視頻：隨著網絡速率的提升、應用終端的逐步完善，移動互聯網和產業互聯網也將向超高清視頻能力快速演進。預計2025年，在5G的帶動下超高清視頻應用市場規模將達到約1.75萬億元。

車聯網：隨著5G技術與汽車工業的結合，汽車生產商如比亞迪、長安汽車、廣汽集團、上汽集團等積極布局智能網聯汽車的生產。而運營商、設備商（如中國聯通、百度、中興等）則通過與自動駕駛垂直領域合作伙伴（如清華、大唐、福特、一汽等）的聯合創新來構建協同化汽車駕駛生態系統。預計到2025年，我國5G聯網汽車將達到1000萬輛，市場規模將達到約5000億元。

聯網無人機：成熟的5G技術將增強無人機制造、各類傳感器、無人機運營企業的產品和服務，同時拓展5G電信運營商、云服務商的業務范圍。預計到2025年，小型無人機軟件、硬件、應用和服務等市場規模將達到約2000億元。

5G的商業模式

1.基于流量的商業模式。5G早期最先成熟的是增強移動寬帶（eMBB）應用場景，該場景主要面向個人消費者（2C），該場景下流量經營仍然是運營商的主要商業模式。5G時代，運營商需要加快用戶分級的智能管道升級，實現差異化的流量收費模式。

2.基于連接的商業模式。對于大連接場景，連接是基本收入來源。該場景下，可以單獨提供連接，也可能包括一些終端設備和模組，運營商可以按照物聯網設備采用卡用戶收益（月/年）等方式收費。

3.基于網絡切片的商業模式。5G時代，運營商能夠根據不同垂直行業和特定區域定制化網絡切片以支撐相應的業務開展。對于垂直行業用戶。可以直接向運營商購買網絡切片，一般采用按年計費的方式。

4.基于完整解決方案的商業模式。對于某些垂直行業，如制造業，當前制造業企業面臨數字化、網絡化和智能化轉型的挑戰。運營商可以依托5G服務提供商的優勢，為工業企業提供包括工廠內外連接、設備終端數字化改造、平臺層一整套解決方案，按年度收取服務費。相較于前幾種模式，該商業模式的附加值更高，但運營商在垂直行業的專業對手更多，競爭也更加激烈。

細分應用場景

（一）VR/AR。VR/AR是近眼現實、感知交互、渲染處理、網絡傳輸和內容制作等新一代信息技術相互融合的產物，新形勢下高質量VR/AR業務對帶寬、時延要求逐漸提升，速率從25Mbps逐步提高到3.5Gbps，時延從30ms降低到5ms以下。伴隨大量數據和計算密集型任務轉移到云端，未來“Cloud VR+”將成為VR/AR與5G融合創新的典型范例。憑借5G超寬帶高速傳輸能力，可以解決VR/AR渲染能力不足、互動體驗不強和終端移動性差等痛點問題，推動媒體行業轉型升級，在文化宣傳、社交娛樂、教育科普等大眾和行業領域培育5G的第一波“殺手級”應用。

（二）超高清視頻。作為繼數字化、高清化媒體之后的新一代革新技術，超高清視頻被業界認為將是5G網絡最早實現商用的核心場景之一。超高清視頻的典型特征就是大數據、高速率，按照產業主流標準，4K、8K視頻傳輸速率至少為12M—40Mbps、48M—160Mbps，4G網絡己無法完全滿足其網絡流量、存儲空間和回傳時延等技術指標要求，5G網絡良好的承載力成為解決該場景需求的有效手段。當前4K/8K 超高清視頻與5G技術結合的場景不斷出現，廣泛應用于大型賽事/活動/事件直播、視頻監控、商業性遠程現場實時展示等領域，成為市場前景廣闊的基礎應用。

（三）車聯網。車聯網是智慧交通中最具代表性的應用之一，通過5G等通信技術實現“人—車—路—云”一體化協同，使其成為低時延、高可靠場景中最為典型的應用之一。融入5G元素的車聯網體系將更加靈活，實現車內、車際、車載互聯網之間的信息互通，推動與低時延、高可靠性密切相關的遠控駕駛、編隊行駛、自動駕駛具體場景的應用。遠駕駛，車輛由遠程控制中心的司機進行控制，5G用于解決其往返時延（RTT）需要小于10毫秒的要求。編隊行駛，主要應用于卡車或貨車，提高運輸安全和效率，5G用于解決3輛以上的編隊網絡高可靠低時延要求。自動駕駛，大部分應用場景如緊急剎車，V2P、V2I、V2V、V2N 等多路通信同時進行，數據采集及處理量大，需要5G網絡滿足其大帶寬（10Gbps的峰值速率）、低時延（1毫秒）和超高連接數（1000億連接）、高可靠性（99.999%）和高精度定位等能力。

（四）聯網無人機。5G網絡將賦予網聯無人機超高清圖視頻傳輸（50M—150Mbps）、低時延控制（10-20ms）、遠程聯網協作和自主飛行（100Kbps，500ms）等重要能力，可以實現對聯網無人機設備的監視管理、航線規范、效率提升。5G網聯無人機將使無人機群協同作業和7×24小時不間斷工作成為可能，在農藥噴灑、森林防火、大氣取樣、地理測繪、環境監測、電力巡檢、交通巡查、物流運輸、演藝直播、消費娛樂等各種行業及個人服務領域獲得巨大發展空間。

（五）遠程醫療。通過5G和物聯網技術可承載醫療設備和移動用戶的全連接網絡，對無線監護、移動護理和患者實時位置等數據進行采集與監測，并在醫院內業務服務器上進行分析處理，提升醫護效率。借助5G、人工智能、云計算技術，醫生可以通過基于視頻與圖像的醫療診斷系統，為患者提供遠程實時會診、應急救援指導等服務，例如基于AI和觸覺反饋的遠程超聲理論上需要30Mbps的數據速率和10ms的最大延時。患者可通過便攜式5G醫療終端與云端醫療服務器與遠程醫療專家進行溝通，隨時隨地享受醫療服務。

（六）智慧電力。5G技術將在智慧電力的多個環節得到應用。在發電領域特別是在可再生能源發電領域需實現高效的分布式電源接入調控，5G可滿足其實時數據采集和傳輸、遠程調度與協調控制、多系統高速互聯等功能。在輸變電領域，具有低時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高可靠性、高安全性的要求，提供輸變電環境實時監測與故障定位等智能服務。在配電領域，以5G網絡為基礎可以支持實現智能分布式配電自動化，實現故障處理過程的全自動進行。在電力通信基礎設施建設建設領域，通信網將不再局限于有線方式，尤其在山地、水域等復雜地貌特征中，5G網絡部署相比有線方式成本更低，部署更快。

（七）智能工廠。在工業互聯網領域，5G獨立網絡切片支持企業實現多用戶和多業務的隔離和保護，大連接的特性滿足工廠內信息采集以及大規模機器間通信的需求，5G工廠外通信可以實現遠程問題定位以及跨工廠、跨地域遠程遙控和設備維護。在智能制造過程中，高頻和多天線技術支持工廠內的精準定位和高寬帶通信，毫秒級低時延技術將實現工業機器人之間和工業機器人與機器設備前所未有的互動和協調，提供精確高效的工業控制。在柔性制造模式中，5G可滿足工業機器人的靈活移動性和差異化業務處理的高要求，提供涵蓋供應鏈、生產車間和產品全生命周期制造服務。智能工廠建設過程中，5G可以替代有線工業以太網，節約建設成本。

（八）智能安防。視頻監控是智能安防最重要的一個組成部分，5G超過10Gbit/s的高速傳輸速率和毫秒級低時延將有效提升現有監控視頻的傳輸速度和反饋處理速遞，將使智能安防實現遠程實時控制和提前預警，做出更有效的安全防范措施。安防監控范圍將進一步擴大，獲取到更多維的監控數據。在公交車、警車、救護車、火車等移動的交通工具上的實時監控將成為可能。森林防火、易燃易爆品等監管人員無法接近的危險環境開展監測的成本將大幅下降。在家庭安防領域，5G將使單位流量的資費費率進一步下降，將推動智能安防設備將走入普通家庭。

（九）個人AI設備。5G時代將有更多的可穿戴設備加入虛擬AI助理功能，個人AI設備可借助5G大帶寬、高速率和低延時的優勢，充分利用云端人工智能和大數據的力量，實現更快速精準的檢索信息、預訂機票、購買商品、預約醫生等基礎功能。另外，對于視障人士等特殊人群，通過佩戴連接5G的AI設備能夠大幅提升生活質量。除了消費者領域外，個人AI設備將應用在企業業務中，制造業工人通過個人AI設備能夠實時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。

（十）智慧園區。智慧園區是指運用信息和通信技術感測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息，對民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求做出智能響應。在5G時代，利用5G高速率、低時延、大連接的特性，將智能工廠、智慧出行、智慧醫療、智慧家居、智慧金融等多種應用場景融于園區中，為園區中的人創造更美好的工作和生活環境，為園區產城融合提供新的路徑。

總而言之，5G網絡具有大帶寬、低時延、高可靠、廣覆蓋等“天然”特性，結合人工智能、移動邊緣計算、端到端網絡切片、無人機等技術，在VR/AR、超高清視頻、車聯網、無人機及智能制造、電力、醫療、智慧城市等領域有著廣闊應用前景，5G與垂直行業的“無縫”融合應用必將帶來個人用戶及行業客戶體驗的巨大變革。