5G移动通信系统是实现人、机、物互联的新型通信网络,是经济社会向数字化转型的重要驱动力量,可支撑各个领域的数字化、网络化和智能化,带来生产方式、生活方式的新变革。自2019年4月在韩国正式投入商用以来,5G网络已经逐步渗透到社会的各个领域,成为引领科技创新、实现产业升级的基础性平台。本节将基于5G网络的典型应用场景,简要介绍5G网络的应用场景、性能指标与网络特点。
1.1.1.1 应用场景
国际电信联盟(international typographical union,ITU)规定了5G网络的三大主要应用场景,分别为增强型移动宽带(enhanced mobile broadband,eMBB)、超可靠和低时延通信(ultra-reliable and low latency communications,URLLC)、大规模机器类型通信(massive machine type communications,mMTC) 。
eMBB场景主要面向用户的移动宽带通信,旨在满足人们对多媒体业务、服务、数据的获取及交互需求,这些需求随着社会的发展在不断演进更新,相应地也需要5G网络为用户提供更高的传输速率及更完善的网络覆盖。eMBB的典型应用包括超高清视频直播和分享、虚拟现实、高速上网等大流量宽带业务。
URLLC场景主要面向一些特殊部署及应用领域,这些领域对网络的吞吐量、时延、可靠性都有极高的要求。典型应用包括工业生产过程的无线控制、远程医疗手术、自动车辆驾驶、运输安全保障等,这些应用中出现任何差错、时延都将产生严重后果。所以,在URLLC场景下,系统的时延和可靠性是关键指标。
mMTC场景主要面向海量终端接入场景,典型应用包括以智能仪表、环境监测等为代表的大规模物联网部署与应用。mMTC场景需要支持海量终端接入,同时兼顾成本、功耗的要求,以满足大规模部署条件 。
1.1.1.2 性能指标
围绕三大典型应用场景,ITU无线电通信部门(ITU-R)经过多次讨论和意见征集,最终在报告《IMT—2020无线接口技术性能最低要求》(ITU-R M.2410-0) 中对5G性能指标进行了定义,主要性能指标如表1-1所示。
表1-1 ITU定义的主要性能指标
1.1.1.3 网络特点
5G移动通信系统不是无线通信技术的简单升级换代,而是一次重大的技术变革。5G网络由传统的通信网络演进为网络功能虚拟化、架构服务化、计算边缘化、网络能力开放化、决策智能化的新型网络,可满足多维度的用户需求。
1.网络功能虚拟化
网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)是指通过虚拟化技术,将网络功能整合到符合行业标准的高容量服务器、交换机和存储上,实现网络功能与硬件设备的解耦。在传统网络架构中,网元设备为专用硬件,软硬件一体化的封闭架构造成了通信网络的日益臃肿、扩展性受限、价格昂贵等问题。为克服传统网络架构存在的缺陷,2012年10月,美国电话电报公司(AT&T)、威瑞森通信公司(Verizon)等运营商在全球软件定义网络(software defined network,SDN)暨OpenFlow世界大会上首次提出了NFV的概念。同年11月,隶属欧洲电信标准化协会(European telecommunications standards institute,ETSI)的网络功能虚拟化行业规范组(network functions virtualization industry specification group,NFV ISG)正式成立,负责制定NFV软硬件基础设施的要求和架构规范,并负责推进NFV的实现。
NFV技术的引入给5G网络带来了以下多方面的优势,受到了运营商的广泛支持。一是降低部署成本。5G网络的软件、硬件得以分离,使得运营商摆脱了对传统网元的依赖,降低了网络部署成本。二是使网络更加灵活。当网络需求变更时,运营商无须更换硬件设备,通过软件调整便可快速更新基础网络架构,使网络资源的运用更加灵活。三是提高网络运营、维护效率。借助NFV技术,运营商可以对网络资源和网络功能模块进行统一调度,从而提高网络运营、维护效率。
2.架构服务化
服务化架构(service-based architecture,SBA)是5G核心网的重要特征。在服务化框架下,传统的网元被拆分为若干种网络功能(network function,NF),每种NF不再采用传统的点对点通信方式,而是采用新型的服务化接口(service-based interface,SBI),通过类似总线的方式连接到系统中,使得NF的配置更加灵活、开放。4G网络主要由各个网元组成,网元之间由不同接口相连接,这种网络架构相对单一、固定,造成了网络升级、维护的不便。5G网络需要更灵活、更开放的弹性架构,以满足差异化定制、敏捷性服务的业务需求。经过长期讨论,2017年5月,SBA最终被第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project,3GPP)确认为5G核心网的统一架构。
采用SBA为5G网络带来了以下多方面的优势。一是服务更稳定。在SBA中,相同的NF可以组合为功能集群,当一个NF发生故障时,其他NF可继续为用户提供服务,不影响用户体验。二是维护效率更高。在SBA下,NF的注册、发现、状态检测都可以实现自动化,有效提高网络维护效率。三是网络部署更灵活。SBA下各个NF之间采用松耦合的连接方式,运营商可以根据需要灵活增加或者修改NF,而不会对其他NF产生影响。
3.计算边缘化
边缘计算是指在移动网络边缘部署具备计算、存储、通信等功能的硬件,并向用户提供服务环境和计算能力,通过靠近用户来减少网络操作和降低服务交付的时延,提高用户体验。在传统的移动网络架构中,所有信息必须传送到核心网进行集中处理,这种网络架构存在传输路径长、时延高的问题,无法满足5G网络低时延和高带宽的业务需求。因此,有必要在靠近用户的一端设立本地网络,提供计算、存储等能力,在降低数据时延的同时,减轻核心网的负荷。2014年,ETSI成立移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)工作组,并推动相关标准化工作。2016年,ETSI将此概念从移动通信网络延伸至其他无线接入网络,拓展为多接入边缘计算(multi-access edge computing,MEC)。
相比于集中部署的网络架构,边缘计算具有以下优势。一是保护数据安全。边缘计算架构中,大部分用户数据仅在边缘设备中处理,敏感信息不需要传输至中心云端,有效降低了数据泄露的风险。二是降低传输时延。通过边缘计算技术缩短用户数据的传输距离,缩短用户数据的传输时间,使得超低时延业务的部署成为可能。三是减少传输成本。边缘计算架构将用户面网元及业务处理能力下移到网络边缘,实现业务流量本地处理,可大幅度减轻核心网的网络负荷,有效降低数据传输成本。
4.网络能力开放化
网络能力开放化是指在整合和利用现有网络资源的基础上,采用统一接口对接第三方应用,实现网络能力的对外开放。通过网络能力开放,运营商可利用自身网络优势为第三方提供定制化、个性化服务,从而实现盈利模式创新,获得新的发展机遇。2014年12月,3GPP发布了TR 23.708研究报告,定义了移动通信网络的能力开放解决方案,规定了相应场景下的基本信令流程。5G网络中引入了网络开放功能(network exposure function,NEF)。NEF通过服务化接口与网络功能相连,将网络能力开放给第三方应用,实现网络能力与业务需求的有效对接,从而改善业务体验,优化网络资源配置。
网络能力开放是连接运营商内部网络资源和外部应用的桥梁,典型应用场景包括以下几方面。一是业务能力开放。将5G网络策略能力向第三方开放,实现业务能力的灵活配置、自主选择及动态修改,包括业务策略、计费策略、网速与流量控制、网络切片的生命周期管理等。二是安全能力开放。允许第三方对5G网络安全策略进行配置与调整,包括身份认证、授权策略、黑白名单限制等。三是网络数据开放。将网络侧获得的数据向第三方共享,包括网络状态信息、终端位置、终端状态信息等。同时,第三方也可以向5G网络开放终端能力、终端预期行为等信息,以便运营商根据业务需求对网络进行优化和管理。
5.决策智能化
人工智能(artificial intelligence,AI)技术兴起于20世纪50年代,是利用计算机模拟人类智能行为科学的统称,它涵盖训练计算机使其能够完成自主学习、判断、决策等人类行为的范畴 。2017年5月,3GPP系统架构和服务工作组(3GPP TSG SA WG2)完成了自动化技术为5G网络赋能研究(study of enablers for network automation for 5G,eNA)(TR 23.791)的立项工作 ,将网络数据分析功能(network data analytics function,NWDAF)引入5G网络。NWDAF是一个负责数据感知分析的网络功能,可对5G网络中的数据进行自动感知和分析,使得网络易于维护和控制,提高网络资源的使用效率。
目前,人工智能在网络中的应用正逐步从概念验证阶段转为落地阶段,已经在网络故障分析、异常小区发现、智能节能、垃圾短信分析、网络质量监控与优化等场景下发挥作用,有效助力运营商提高服务质量,节约运营成本。
本节将从5G标准化、网络建设和融合应用三方面对5G发展情况进行介绍。
1.1.2.1标准化情况
1.国际标准化情况
制定5G标准的国际标准化组织主要包括ITU和3GPP。其中,ITU作为联合国负责信息通信技术事务的专门机构,通过开展5G需求愿景、技术趋势和频谱方案等方面的研究,主导全球5G标准的发展方向,并以5G愿景等阶段性研究成果为基础,研讨、评估相应的5G候选技术方案,指导3GPP等国际组织开展5G相关技术研究。
2015年,ITU将5G正式命名为IMT-2020 ,发布了5G愿景需求,明确了5G必须支持eMBB、URLLC和mMTC三大场景,随后,3GPP展开了5G技术标准化研究,以满足ITU对下一代移动通信网络提出的需求。2019年3月,3GPP宣布冻结第一个5G标准版本——R15,其支持eMBB及部分URLLC场景。2020年7月,3GPP冻结5G第一个演进版本标准——R16,其全面强化三大场景能力三角;同月,ITU-R的国际移动通信工作组(WP5D)第35次会议对包括3GPP 5G标准在内的七项候选技术标准进行了研究评估,最终将3GPP体系的5G标准确认为ITU认可的唯一5G标准。2022年6月,3GPP宣布R17标准冻结,进一步扩展强化了5G应用能力并提出了新的演进方向。至此,5G第一阶段三个版本的标准(R15、R16、R17)全部完成,从R18开始,将进入5G演进阶段。2021年4月,3GPP在第46次PCG(项目合作组)会议上正式将5G演进的名称确定为5G-Advanced,目前R18已完成立项,意味着5G技术研究和标准化工作已正式迈入第二阶段。5G标准发展脉络如图1-1所示。
图1-1 5G标准发展脉络
R15是5G的基础标准,实现“能用”。作为5G的第一个标准协议,R15重点完成eMBB和部分URLLC功能,满足市场最紧急的应用需求。其中,针对eMBB场景最关键的“速率”指标要求,R15一方面扩充更多频谱资源,提出移动毫米波技术,将5G的工作频谱延伸覆盖到毫米波的高频段,为5G实现高速连接奠定基础,并创新性地引入大规模天线阵列(massive MIMO),大量增加基站中的天线数量,对不同的用户形成独立的窄波束覆盖,提升基站覆盖能力;另一方面挖掘频谱资源潜力,设计基于正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)优化的波形和多址接入技术,实现更低时延的传输。针对URLLC场景,R15解决了部分使用需求,一方面通过拓宽子载波间隔同时缩减OFDM符号的数量来实现“低时延”,另一方面通过定义新的信道质量指示符(channel quality indication,CQI)与调制和编码方案(modulation and coding scheme,MCS)来支持“高可靠”。
R16是5G的完整标准,致力“好用”。基于R15,R16从基础能力增强、全业务场景支持、垂直行业能力拓展三大方向入手,继续推动5G网络完善。其中,基础能力增强方面,通过服务化架构增强(eSBA)、网络切片增强(eNS)、位置服务增强(eLCS)等,提升运营商部署5G网络的基础能力稳定性和网络健壮性;全业务场景支持方面,通过引入5G超高可靠、低时延通信(5G-URLLC)、5G蜂窝物联网(5G-CIoT)等关键新特性,完成对5G独立部署架构下eMBB、URLLC、mMTC三大业务场景的支持;垂直行业能力拓展方面,引入支持垂直行业组网和专网建设的时间敏感网络(time-sensitive network,TSN)、5G局域网(local area network,LAN)、5G非公共网络(non-public network,NPN)等技术,在可靠性和时延上增强URLLC,并逐步完善5G车用无线通信技术(vehicle to X,V2X)等,满足工业互联网、车联网等垂直领域对5G技术的规模化应用需求。
R17是5G的增强标准,聚焦“智用”。基于R16,R17围绕“基础能力增强、终端能力增强、场景应用拓展”三大方面,进一步实现5G能力升级和应用探索。基础能力增强方面,R17根据5G前期实际部署情况进行“查漏补缺”,为5G系统的容量、覆盖、时延、能效和移动性等多项基础能力带来了更多增强特性,包括Massive MIMO增强、上行覆盖增强、终端节电、频谱扩展、集成接入回传增强、URLLC增强等。终端能力增强方面,R17提出一系列增强特性以改善用户体验。例如,MIMO增强功能可提升容量、吞吐量和电池续航;面向连接态和空闲态模式的节能新特性可延长电池续航;重传和更高传输功率可改善终端的网络覆盖范围;5G定位技术增强可改善定位精度和时延。场景应用拓展方面,R17引入降低能力(reduced capability,RedCap)轻量级的5G终端,降低协议复杂度并提高节能效率,满足可穿戴设备、工业传感器等物联网需求;引入非地面网络(non-terrestrial network,NTN)的5G NR支持,真正实现天地物联通信等。
R18是5G的全新起点,着力“演进”。R18是5G-Advanced的第一个重要版本,着眼于“卓越网络、智生智简、低碳高效” 三大目标推进5G-Advanced的演进,为5G数智化转型、高质量发展提供强劲动力。卓越网络方面,R18通过空天地一体增强、直连链路通信增强、上行覆盖增强等进一步增强覆盖能力;通过Massive MIMO演进、移动性增强、Sidelink增强等项目提升性能;通过扩展现实(extended reality,XR)增强、多播广播业务增强、高精度定位增强等项目扩展业务支持能力等。智生智简方面,R18通过引入人工智能和机器学习增强5G网络智能化程度,通过自组织网络(self-organizing network,SON)及最小化路测(minimization of drive test,MDT)增强组网和运维能力,通过服务质量(quality of experience,QoE)增强提升业务体验等。低碳高效方面,R18通过多级网络节能、低功耗信号传输、多载波增强、小带宽专网频率设计等提高5G网络能效。
2.国内标准化情况
在经历1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步的数十年历程后,我国已成为全球5G发展的重要领跑者,在5G标准必要专利(standard essential patent,SEP) 数量和标准制定方面均居全球第一阵营。
一是3GPP任职比例持续提升。根据欧洲智库报告,截至2021年10月,在3GPP已拥有的来自45个国家和地区共764个个体成员中,有185个来自中国,占比为24.21%,排名第一。同时,中国在3GPP技术规范组(TSG)和工作组(WG)的任职比例持续提升,从2012年的17%到2021年的36%,且领导职位(主席和副主席)人数在全球也处于领先地位(20个),随后是美国(12个)和韩国(7个)。
二是5G标准必要专利数量全球领先。截至2022年年底,全球声明的5G标准必要专利超过8.49万件,有效全球专利族 超过6.04万项;华为技术有限公司(以下简称华为)的有效全球专利族数量占比为14.59%,以较大的优势排名第一位,随后是高通(10.04%)、三星(8.80%) 。2022年,国内企业积极开展5G创新技术研究和5G国际标准研制,5G专利申请全面爆发,5G标准必要专利声明量在全球占比达39.9%,基本实现5G技术引领。
三是推动成为关键技术主导力量。以R17标准为例,国内三家基础电信企业牵头完成多个关键技术标准制定,为R17标准冻结、5G标准确立做出重要贡献。其中,中国移动主导30余个标准立项,提交技术提案3000余篇,标准影响力突出;中国电信牵头超级上行增强、网络覆盖提升、共建共享演进、非公共网络组网、系统干扰消除等18项技术标准制定,提交技术提案1000余篇,为提升5G网络支撑能力贡献力量;中国联通牵头完成NR QoE、高功率终端、CP/UP分离架构等国际标准立项,其中,NR QoE构建了5G首个基于用户业务质量采集、上报的新机制,为5G网络构建了5G新业务端到端业务体验保障的新能力。
1.1.2.2 网络建设情况
1.国际网络建设情况
网络建设稳步推进。截至2022年年底,5G已覆盖全球所有大洲,全球102个国家/地区的251家电信运营商推出基于3GPP标准的5G商用服务(包括移动或固定无线接入服务);5G网络已覆盖全球33.1%的人口,欧洲、美洲、亚洲、大洋洲地区41个国家/地区的5G网络人口覆盖率已超过50%;全球5G基站部署总量超过364万个,同比2021年(211.5万个)增长72% 。
5G专网正在起步。截至2022年年底,全球部署4G/5G专网的国家/地区达到72个。德国是最早开放5G专网频谱申请的国家之一,发放了257张5G专网频谱许可证;日本发放了百余张本地5G牌照,解决了本地5G推广面临的网络部署及运营成本高、技术难度大等问题;韩国MSIT发放了10张专网频率许可,获得专网频率的企业分别在智慧工厂、医疗、物流、媒体服务等领域开展试点应用;我国也为商飞公司发放了第一张5G专网频率许可。据GSA(全球移动供应商协会)数据统计,排名前五的专网领域分别是制造业(19.7%)、教育(11%)、矿业(9%)、电力(8%)、应急(7%)。从整体上看,5G专网发展提速,但整体仍处于探索期。
渗透效果有待加强。截至2022年年底,全球5G移动用户总数为10.1亿,在移动用户中渗透率 为12.1%。其中,中国5G移动用户数为5.61亿,在全球占比为55.4%,排名第一;其次是美国(1.4亿)、日本(0.47亿)、韩国(0.28亿)、德国(0.12亿) 。欧洲等其他国家发展相对较慢,5G移动用户数均在0.1亿以下。总体上,虽然5G商用国家较多,但大多仍处于起步期,渗透效果有待加强。
2.国内网络建设情况
5G网络覆盖持续增强。截至2022年年底,全国移动通信基站总数达1083万个,全年净增87万个;其中5G基站为231.2万个,全年新建5G基站88.7万个,在全国移动基站总数中占比超20%,在全球5G基站总数中占比超60%,规模居全球首位,已基本完全覆盖国内所有地级市、县城城区和乡镇镇区 。
5G专网部署不断加快。我国5G专网市场规模保持高速发展。2020年7月,中国移动率先推出5G专网业务,随后中国联通和中国电信也相继发力5G专网领域,三大运营商自此加速5G专网业务布局,不断推进设备成熟和应用落地。截至2022年年底,我国已部署超1.4万个5G行业虚拟专网,为行业提供稳定、可靠、安全的基础设施,加速5G与千行百业融合发展 。
5G用户占比突破三成。根据工业和信息化部发布的2022年通信业统计公报,截至2022年年底,我国5G移动电话用户数达5.61亿,较2021年年底净增2.06亿,5G移动用户渗透率为33.3%,较2021年年底提高11.7个百分点,用户规模进一步扩大,远超全球平均渗透水平(12.1%)。据全球移动通信系统协会数据,预计到2025年,中国5G连接总数将增至8.92亿,超过半数的移动连接将使用5G 。
1.1.2.3 融合应用情况
1.国外融合应用情况
5G的超高速率、超低时延、超大连接特点不仅为消费互联网领域带来全新体验,更将成为千行百业的创新基础,应用场景获得极大拓展。各国均以顶层设计为牵引,加速推进5G融合应用探索,呈现个人应用与垂直行业应用共同发展的趋势,整体落地成效明显,部分行业已经开始复制推广,促进5G应用向规模化发展阶段迈进。
1)韩国顶层设计强化支持,应用布局系统推进
韩国作为最先开展5G商用的国家,持续通过发布国家战略促进5G创新应用发展。事实上,2019—2021年,韩国政府围绕“5G+”战略连续发布年度推进计划,每年通过成效回顾、需求梳理、目标制定,系统牵引应用市场发展。2021年8月,韩国政府再度发布《“5G+”融合服务扩散战略》,在保障“5G+”战略落实的基础上,在沉浸式内容、智慧工厂、自动驾驶汽车、智慧城市、智慧医疗五大5G核心服务方面引导5G产业培育。同时,韩国政府通过建立“5G+”工作委员会、建立产业联盟和支持部门等方式,促进政产学研等多类主体合作开展“5G+”创新;通过政府率先投资、优惠政策倾斜、项目资金支持等方式,推动实现“5G+”融合应用示范与规模化发展,确保战略落实。
整体看来,韩国“5G+”融合应用成果已逐步显现。在个人应用领域,韩国以文娱体等内容服务为突破口,以自营平台或与专业平台建立合作等方式,将5G个人用户与内容服务捆绑,实现高清视频直播、VR/AR、5G云游戏、流媒体等应用输出。在垂直行业应用方面,韩国在工厂、城市、交通、医疗等领域重点发力,全面开展试点应用并逐步进入商业化阶段。
2)美国重点保障网络建设,军事领域应用占据主导
全球主要有sub-6(中低频段)、毫米波(中高频段)两种5G频段。其中,sub-6因传播范围大、建网成本低成为全球5G主导频段,而美国大量的sub-6频段被军方占用,因此主要依靠毫米波部署商用5G。受限于高频段5G网络部署的高成本,美国在5G基础部署、规模应用等方面进展缓慢。为弥补频谱劣势,2018年以来,美国围绕提高频谱利用效率、改善基础设施建设颁布了一系列政策文件,包括《5G快速计划》( 5G FAST Plan )、《新兴技术及其对非联邦频谱需求的预期影响》( Emerging Technologies And Their Expected Impact On Non-Federal Spectrum Demand )等,并成立频谱战略工作组,统筹推进5G网络部署进程。同时,美国通过组建领导和实施5G发展的高层联邦机构与部门,专职研究并推进5G应用布局。
目前来看,美国5G以军事领域应用为主,已围绕军事训练、智能后勤、军事专用网络、通信能力等方面,共在12个军事基地开展包括VR/AR军事训练系统、AR单兵作战系统、智能仓库、自动驾驶、远程维修和保障等在内的5G技术应用测试,但总体上仍处于探索和验证时期。
3)日本专网布局优势突出,区域规模化应用加速
日本2020东京奥运会及残奥会成为推动5G发展的重要助力。2020年3月底,为配合奥运赛事举办,日本三大电信运营商NTT DoCoMo 、KDDI 和SoftBank相继推出5G商用服务,宣布日本正式进入5G时代。
个人应用领域,日本主要利用5G技术在超高清视频、虚拟现实(virtual reality,VR)、增强现实(augmented reality,AR)等增强移动宽带服务方面发力。例如,2020东京奥运会,应用5G网络和AR设备传输动态高清实时图像,增强观赛体验等。垂直行业应用领域,日本政府在5G专网领域布局较早,自2019年年底便开始正式接受5G专网服务频谱牌照申请,鼓励地方政府、企业部署本地5G专网并开展应用开发与试验验证,以便更好满足局部区域内个性化、多样化的行业应用需求。同时,日本政府以项目遴选的方式,重点资助开发可复制的应用示范案例,降低5G应用部署成本,加速相关应用在其他地区的规模化应用推广。
2.国内融合应用情况
自2019年6月6日正式进入5G商用以来,我国在“以建促用”的发展理念下,以高效的建设节奏带动5G应用的渗透、普及。2021年7月,工业和信息化部联合中央网络安全和信息化委员会办公室、国家发展和改革委员会、教育部等九部门印发了《5G应用“扬帆”行动计划(2021—2023年)》(工信部联通信〔2021〕77号),不仅明确了我国未来三年重点行业的5G应用发展方向和目标,还确定了5G在15个垂直行业的发展目标、应用场景,提出了具体落地措施和方法。各地政府也结合区域产业优势,因地制宜出台了5G产业应用政策,推动了5G特色化应用落地推广与规模化应用。在中央与地方产业政策的合力推动下,各地5G融合应用发展动力持续增强,解决方案不断深入,部分应用已从探索验证、试点示范,进入规模复制、全面推广阶段,逐渐形成“3+4+ N ”的融合应用体系,即三大应用方向、四大通用应用和 N 类创新应用 ,如图1-2所示。
图1-2 5G融合应用体系
1)三大应用方向初具雏形
在应用方向上,5G重点面向生活消费、社会治理、产业转型三大领域,致力于实现智慧化生活、数字化治理和产业数字化。
在智慧化生活方向,5G可打破时空局限,在媒体娱乐、家居、医疗等多个场景优化生活体验。在文娱方面,2022北京冬奥会依托5G网络,实现4K画质的360度自由视角、8K VR超高清直播等创新观赛应用,让观众获得“身临其境”的沉浸式体验。在家居方面,利用5G高带宽、低时延和低功耗的特点,可实现多台家居设备的便捷互联、一体控制,提升生活体验。在医疗方面,可结合4K/8K超高清视频、触觉感知系统等,实现远程会诊、远程手术等,提高应急能力。
在数字化治理方向,5G可为出行、电网管理和公共安全等多个领域带来新型智慧应用,提升社会治理能力和效率。在出行方面,可支持车辆自动驾驶、室内远程驾驶、智能交通规划等,提高出行效率;在电网管理方面,可结合远程控制设备与高清摄像头,支持远程维护、智能配电等,实现高效、错峰用电;在公共安全方面,可结合人工智能、超清视频,支持超清安防监控、无人机安防巡检,实现潜在危险智能识别与实时预警。
在产业数字化方向,5G技术已在第一、二、三产业 的诸多领域实现应用布局,融入研发、生产、管理、服务等各环节,可实现人、物、机器等各要素之间的全连接,推动传统生产及服务智慧化转型升级。例如,在农业方面,依托5G网络,通过传感器、语音识别、图片分析等,已实现智能种植、智能畜牧及利用无人机进行大面积农作物养护等;在工业方面,利用VR、多工厂数据互联及远程触觉感知技术设备等,已实现遥控机器人远程作业、大范围物流调度、场外物流追踪定位等;在服务业方面,借助5G的高速率传输实现高铁通信娱乐等。
2)四大通用应用奠定基础
在通用应用方面,在5G赋能相关领域的过程中,4K/8K超高清视频、VR/AR、无人机/车/船、机器人四大应用成为各种5G应用场景下的通用能力。
能力增强方面,5G可支持未来视频图像分辨率从模拟、标清、高清向4K/8K超高清演进,促进视频采、编、存、传、播等各环节变革,推动新一轮数字内容产业升级;5G可解决VR/AR渲染能力不足、互动体验不强和终端移动性差等痛点问题,在降低对终端硬件要求的同时提升沉浸体验;5G为网联无人机/车/船赋予实时超高清图传、远程低时延控制、海量数据处理等重要能力,使得无人机/车/船载荷的形式不断演进,极大丰富应用形式;5G为云化机器人远程操作、自组织与协同合作等提供必要的大速率、低时延、高可靠的无线通信网络支撑,可降低成机器人规模化部署成本,为云端机器人赋能千行百业提供可能。
应用范围方面,该四类应用正逐步成为各个行业应用的重要组件。4K/8K超高清视频广泛应用于广播电视、医疗健康、工业制造、智慧交通、安防监控等领域,极大地驱动以视频为核心的行业应用示范。5G+超高清视频技术为数字化生产生活和社会治理方式变革提供了新要素、新工具,为远程医疗、远程教育、慢直播等新经济发展提供了关键助力。VR/AR支持医疗、交通、教育、购物、游戏、影视等领域创新型应用,如5G+AR远程会诊系统、AR查房、VR监护室远程观察及指导系统等解决方案,能有效提高诊疗效率等。5G+无人机/车/船和机器人,在环保、工业、交通、医疗、安防、物流等行业快速推广应用,如利用无人机/车/船进行巡防、巡检,利用机器人开展自主作业,解放人力,提高效率,并避免作业过程中的人员伤害等。
3) N 类创新应用加速导入
基于5G技术的持续演进,推动在工业互联网、医疗健康、智能电网、智慧金融、智慧城市等领域形成 N 类创新应用,为5G赋能持续加注创新力量。
基础电信企业是推动5G应用发展的主力军。截至2022年9月底,中国移动深耕19个细分行业,打造了1.8万个5G商业化项目。其中,智慧城市项目有4900个,覆盖全国340余个地市县;智慧工厂项目有2300余个,打造世界级5G“灯塔工厂”;服务医疗机构2000余家,打造5G急救车1800辆;智慧电力项目有400余个,涵盖火电、水电、风电、核电等多个领域。中国联通打造超过12000个5G规模应用的“商品房”项目,服务超过3800个行业专网客户。中国电信通过开展“5G点亮行动”,在全国100%的地市点亮5G商用项目,推动5G应用向多领域全行业拓展;中国电信5GDICT项目超1.3万个,覆盖了“扬帆”行动计划中工业、交通物流、医疗、教育等15个行业,打造了一批业内标杆。
重点领域5G应用开始规模复制。2022年,智慧矿山、工业互联网、车联网等行业已进入快速发展阶段 。例如,在智慧矿山领域,通过打造5G+智能综采、智能掘进、辅助运输等典型场景,5G已应用于全国200余家矿山。在工业互联网领域,5G融合应用在建项目超过3100个,培育形成了远程设备操控、机器视觉质检、生产能效管控等20个典型应用场景,形成了规模复制推广的良好基础。在车联网领域,北京、天津、江苏、广东、重庆等13个省市已向相关企业颁发了车联网直连通信频率使用许可,建设了超过50个智能网联汽车示范区,完成了3500多千米的智能化道路升级,30余个城市和多条高速公路部署了4000余台路侧通信单元,累计发放了800余张自动驾驶道路测试牌照,测试总里程超1000万千米 。
创新应用支撑体系已初步构建。2019年,工业和信息化部指导成立5G应用产业方阵(5G application industry array,5G AIA),组织评定5G融合应用创新中心,遴选具有广泛影响力的5G应用解决方案供应商,开展面向5G应用创新的技术和产业服务,促进5G与经济社会各行业融合应用和规模推广。截至2022年,5G应用产业方阵已分三批评定了5G融合应用创新中心32家,面向制造业、能源等10余个领域形成了近200家5G应用解决方案供应商 ,初步构建了5G融合应用创新支撑体系。