冬奧5G高性能無線網絡新技術進展與應用

周 旸，李宏平，趙晨光，常 旭（.中國聯通智網創新中心，北京 00048；.中國聯通北京分公司，北京 00048）

0 前言

歷屆奧運會都是新技術展示的舞臺，聚焦到移動網絡，更快、更高、更強的奧運精神與移動通信的發展也是高度契合，從2016 年里約奧運會的4G 網絡到2018 年平昌的5G 首秀，東京夏奧會如果不延期，可以預見也將對5G應用進行多方位展示，但是不足以大規模應用；而2022 年的北京冬奧會，將是一屆大規模使用5G技術的奧運盛會。

作為新一代信息技術的代表，5G 技術通過與人工智能、物聯網、云計算、大數據等技術的結合，已成為新一輪科技革命和產業變革的載體。到2022 年，隨著網絡、終端等技術及產業鏈成熟，5G 技術將與垂直行業不斷融合，推動新應用、新服務的爆發。

1 5G技術的發展及商用步伐

2020 年7 月3 日3GPP 宣布5G 標準第2 版規范R16 凍結，這意味著5G 進入了第2 階段。5G 的三大典型特征：超大帶寬也就是更快的上下行傳輸速率，超低時延即更迅捷的響應，超大鏈接是指同時服務更多的用戶、終端；而R16 是5G 增強版本，主要內容為eMBB功能增強、uRLLC增強功能及毫米波增強等，進一步增強了5G 網絡性能和競爭力，實現了從能用到好用，進一步增強了5G更好服務行業應用的能力，將為用戶帶來更優質的業務體驗，將進一步加速5G商用化進程。

從工信部披露的數據看，截至2020年6月，全球已經有44 個國家和地區的90 家運營商提供5G 業務，我國已有6 600萬部5G手機接入網絡，大大領先韓國、美國等先發國家。

圖1 示出的是冬奧會5G 高性能無線網絡新技術組網架構。

2 5G高性能無線網絡新技術介紹

5G 高性能無線網絡技術遵循“室內外聯合、宏微并舉、立體組網”的部署原則，并針對5G網絡覆蓋的場景，采用MEC、5G切片、毫米波等技術對通信資源進行靈活調度，滿足多用戶并發下的大數據包業務，滿足觀眾與媒體互聯網不同的訪問需求；建立轉播媒體專用無線局域網，利用5G回傳，實現多機位、多角度跟蹤直播等媒體服務。基于5G 網絡技術，構建“云-網-霧-端”網絡體系架構，實現高性能無線網絡。

2.1 5G網絡切片

3GPP R16 標準已經凍結，核心網、承載網及無線網三大段的切片方案已經基本成熟，運營商在統一的5G 網絡基礎設施上切出多個虛擬的端到端網絡服務于2C 和2B 場景，比如冬奧賽事直播、智慧觀賽、智慧安防、冬奧會觀眾上網等場景，應用與網絡協同，實現端到端的服務質量保障。

網絡切片就是將一個5G 物理網絡在邏輯上切割成多個虛擬的端到端的網絡，每個虛擬網絡之間，包括網絡內的設備、接入、傳輸和核心網，都是邏輯獨立的。切片之間邏輯隔離，任何一個虛擬切片網絡發生故障都不會影響到其他網絡切片。每個虛擬網絡切片就像是瑞士軍刀上的鉗子、鋸子一樣，具備不同的功能特點，面向不同的需求和服務。

目前根據應用場景的不同以及3GPP 的定義，可將5G 切片網絡分為3 種類型：增強移動寬帶（eMBB）、高可靠低時延通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）。增強移動寬帶主要服務于對帶寬有很高要求的業務場景，比如4K/8K高清視頻直播、VR/AR等場景。高可靠低時延通信主要應用于關鍵性任務，對時延和可靠性要求很高，比如工業應用和控制、交通安全和控制、遠程制造、遠程培訓、遠程手術等。海量機器類通信也就是大規模的物聯網服務，典型的應用場景比如智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景，具有小數據包、低功耗、海量連接等特點。

在奧運場景下，可以為賽事直播提供百兆帶寬和低時延的直播切片，為視頻監控提供穩定上行的監控切片，便于隨時搭建開通，還可為公眾用戶提供有保障的高性能上下行網絡切片。直播與其他業務共用5G網絡，通過切片相互隔離，資源獨享，保障奧運直播業務的穩定、安全。

2.2 5G毫米波

毫米波一般指波長為1～10 mm、頻率為30～300 GHz 的電磁波。相較于低頻段，毫米波頻段擁有豐富的頻譜資源，在載波帶寬上具有巨大優勢，可以實現400 和800 MHz 的大帶寬傳輸，通過不同運營商之間的共建共享，還可以支持超過800 MHz的超大帶寬，實現超高速率的數據傳輸，網絡性能大幅提升。同時毫米波波長短，元器件尺寸較小，便于設備的集成和小型化。隨著高容量、高速率、低時延業務發展，通信頻段必然向毫米波方向延伸，目前已經確定5G移動通信的基本架構將采用中低頻段+毫米波頻段相結合的通信方式。毫米波可進行靈活空口配置，適用于彈性網絡構建。隨著業務類型不斷豐富，垂直行業不斷涌現，通信業務類型和能力需求將會更加多樣化，現階段固定化的組網方式和資源配置難以滿足差異化的業務需求，未來通信系統需要具備更靈活的資源配置和協同融合的彈性網絡。目前在3GPP 標準框架下，毫米波每SLOT 周期為5G 低頻的1/4，可極大降低空口時延，也可以依據用戶業務需求進行靈活幀結構配置，滿足多樣化、差異化的彈性業務應用。

圖1 冬奧5G高性能無線網絡新技術組網架構

毫米波技術相對于5G低頻在帶寬、時延和靈活彈性空口配置等方面具有獨特的優勢，可以有效滿足未來無線通信系統容量、傳輸速率和差異化應用等需求。采用低頻段和毫米波頻段相結合的高低頻混合組網方式和靈活彈性的毫米波通信網絡部署將成為未來移動通信系統的基本架構，不過目前，與低頻段相比毫米波技術的落地應用仍面臨頻譜規劃、國產高頻器件產業能力、系統測試方案等眾多亟待推進解決的問題和技術挑戰，但隨著相關技術的不斷突破和高頻器件產業的持續發展，毫米波必將成為現階段乃至未來通信技術的重要組成部分。

在5G無線技術方面，目前美、日、韓等國已經完成5G 毫米波頻譜劃分并開始商用部署，產業鏈較為成熟，應用也比較廣泛，系統帶寬更大，適合用于人流密集、流量需求大的場所，解決熱點流量問題，在智慧場館中可用于2B 的賽事視頻采集。3GPP R15 中，毫米波和3.5 GHz 的NR 系統是同步標準化，目前已經形成2018.12.30 版本。毫米波標準成熟程度與3.5 GHz 的NR系統相同。廠家設備頻段以北美和日韓頻段為主。芯片和終端進度總體上落后于設備。

在應用方面，單獨依靠低頻段難以滿足增強移動寬帶業務需求，5G 網絡建設需要利用更大帶寬的高頻資源，通過高低頻率搭配分層立體組網，提高網絡性能，以滿足冬奧場館2B高速率賽事視頻采集的需求。

2.3 5G MEC

多接入邊緣計算（MEC）是在靠近人、物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

5G 時代，MEC 推動云計算平臺同移動網絡的融合，帶來新的商業生態和新的業務模式。MEC 既是一個資源計算平臺，又是一個無線網絡能力平臺。通過將移動接入網與互聯網業務深度融合，MEC 一方面可以改善用戶體驗，節省帶寬資源；另一方面通過將計算能力下沉到網絡邊緣位置，提供第三方應用集成，為移動邊緣入口的服務創新提供了想象空間。MEC 平臺的網絡連接是關鍵抓手，計算力是有效保障，網絡能力及開放是推進引擎。通過部署MEC 平臺，發揮5G 網絡優勢，充分挖掘無線網絡能力，為行業數字化轉型賦能，為未來創造更多網絡價值提供無限可能。

作為5G 網絡CU 分離特性的MEC，利用無線接入網絡就近提供電信用戶IT 所需服務和云端計算功能，從而創造出一個具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級服務環境，加速網絡中各項內容、服務及應用的快速下載，提供冬奧賽事直播、智慧觀賽等場景，讓用戶享有不間斷的高質量網絡體驗。MEC 與5G 網絡結合，提升體育賽事直播的時效性，并實現觀賽方式的創新。通過5G 網絡實現VR 和部分平面攝像機移動視頻數據采集回傳和反向控制，MEC 完成視頻數據本地分流，同時在MEC 完成視頻內容制作后向最終用戶推流分發，并在MEC上集成大數據平臺等應用。

3 結束語

相信5G 技術經過冬奧會場景的落地應用和實際業務大考，將會大大促進5G技術在各行各業的推廣和落地，尤其對于2B 行業豐富的應用場景，5G 技術將會充分地發揮作用；另外，隨著5G 技術的不斷演進以及3GPP R17 和R18 版本的推出，5G 技術將具備更多豐富、高級的能力和特性，結合已有的商用經驗和行業落地應用案例，5G技術勢必會“改變社會、改變生活”。