2.4　5G應用

2.4.1　5G應用趨勢

5G移動通信技術的應用趨勢將主要體現在以下3個方面。

一是萬物互聯：從4G開始，智能家居行業已經興起，但只是處于初級階段的智能生活，4G不足以支撐“萬物互聯”，距離真正的“萬物互聯”還有很大的距離；而5G極大的流量將能為“萬物互聯”提供必要條件。

未來數年，物聯網的快速發展與5G的即將商用有著密不可分的關系。由于目前網絡條件的限制，很多物聯網的應用需求并不能得到有效滿足，這其中主要包括兩大場景：一是大規模物聯網連接，規模較大，每終端產生的流量較低，設備成本和功耗水平也相對較低；二是關鍵任務的物聯網連接，要求網絡具備高可靠、高可用、高帶寬以及低延時的特點。致力于提供更高速率、更短時延、更大規模、更低功耗的5G，將能夠有效滿足物聯網的特殊應用需求，從而實現自動化和交通運輸等領域的物聯網新應用，加快物聯網的落地和普及。事實上，在5G技術研發階段，各組織機構已經達成共識：物聯網將是5G重要的應用場景，也是5G最先部署和落地的應用場景。而在5G技術研發階段，物聯網的特殊需求也被各組織重點考慮。

二是生活云端化：如果5G時代到來，4K視頻甚至是5K視頻將能夠流暢、實時播放；云技術將會更好地被利用，生活、工作、娛樂將都有“云”的身影；另外，極高的網絡速率也意味著硬盤將被云盤所取締；隨時隨地可以將大文件上傳到云端。

5G的移動內容云化有兩個趨勢：從傳統的中心云到邊緣云（移動邊緣計算），再到移動設備云。由于智能終端和應用的普及，移動數據業務的需求越來越大，內容越來越多。為了加快網絡訪問速度，基于對用戶的感知，按需智能推送內容，提升用戶體驗。因此，開放實時的無線網絡信息，為移動用戶提供個性化、上下文相關的體驗。在移動社交網絡中，通常流行內容會得到在較近距離范圍內的大量移動用戶的共同關注。同時，由于技術進步，移動設備成為可以提供剩余能力（計算、存儲和上下文等）的“資源”，可以是云的一部分，即形成云化的虛擬資源，從而構成移動設備云。

三是智能交互：無論無人駕駛汽車間的數據交換還是人工智能的交互，都需要運用5G技術龐大的數據吞吐量及效率。由于只有1ms的延遲時間，在5G環境下，虛擬現實、增強現實、無人駕駛汽車、遠程醫療這些需要時間精準、網速超快的技術也將成為可能。而VR直播、虛擬現實游戲、智慧城市等應用都需要5G網絡來支撐。這些也將改變未來的生活。不僅手機和電腦能聯網，家電、門鎖、監控攝像機、汽車、可穿戴設備，甚至寵物項圈都能夠連接上網絡。設想幾個場景：寵物項圈聯網后，一旦寵物走失，找到它輕而易舉；冰箱聯網后，可適時提醒主人今天缺牛奶了；建筑物、橋梁和道路聯網后，可以實時監測建筑物質量，提前預防倒塌風險；企業和政府也能實時監控交通擁堵、污染等級以及停車需求，從而將有關信息實時傳送至民眾的智能手機；病人生命體征數據可以被記錄和監控，讓醫生更好地了解生活習慣與健康狀況的因果關系。

2.4.2　5G應用場景

相對于以往的歷代移動通信系統，5G不僅滿足人和人之間的通信，還將滲透到社會的各個領域，以用戶為中心構建全方位的信息生態系統。由于5G需要滿足人與人、人與物、物與物的信息交互，應用場景將更加復雜和精細化。為此，我國于2014年發布《5G愿景與需求》，定義了連續廣域覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠、低功耗大連接4類主要應用場景。2015年6月，ITU-R 5D完成了5G愿景建議書，定義5G系統將支持增強的移動寬帶、海量的機器間通信及超高可靠和超低時延通信三大類主要應用場景。ITU定義的5G主要應用場景如圖2.6所示。總體而言，兩者分類是一致的，均可分為移動互聯網和物聯網兩大類場景。

2.4.3　5G業務類型及特點

對于移動互聯網用戶，未來5G的目標是達到類似光纖速度的用戶體驗。而對于物聯網，5G系統應該支持多種應用，如交通、醫療、農業、金融、建筑、電網、環境保護等。其特點都是海量接入。圖2.7是5G在移動互聯網和物聯網上的一些主要應用。

數據流業務的特點是高速率，延時可以為50～100ms，交互業務的延時為5～10ms。現實增強和在線游戲需要高清視頻和幾十毫秒的延時。到2020年，云存儲將會匯集30%的數字信息量，意味著云與終端的無線互聯網速率須在光纖級別。

在物聯網中，有關數據采集的服務包括低速率業務，如讀表；還有高速率應用，如視頻監控。讀表業務的特點是海量連接、低成本終端、低功耗和小數據包。而視頻監控不僅要求高速率，部署密度也會很高。控制類的服務有時延敏感和不敏感的。前者有車聯網；后者包括家居生活中的各種應用。

5G的需求列舉了如下幾大應用場景：密集居住區、辦公室、商場、體育館、大型露天集會、地鐵系統、火車站、高速公路和高速鐵路。對于每一種應用場景，又有不同的業務類型組合，可以是業務的一種或幾種，在各個應用場景中的比例隨用戶比例而各異。

1.媒體類業務

媒體類業務包括用戶熟知的視頻類業務以及近10年來逐漸興起的虛擬現實（Virtual Reality，VR）、增強現實（Augmented Reality，AR）等。在5G環境下，這些業務在移動性、用戶體驗、性能提升等方面將有新的發展。

（1）大視頻業務。

據貝爾實驗室咨詢部門報告，2012年，移動設備的在線視頻觀看時長占全球在線視頻觀看總時長的22.9%；2014年，該比例上升至40.1%；2020年，33%的流量將由5G/4G等無線網絡承載，4K超清業務需要50Mbit/s的穩定帶寬，平均40Mbit/s的4G網絡已無法滿足。

5G技術的應用將帶來移動視頻點播/直播、視頻通話、視頻會議和視頻監控領域的飛速發展和用戶體驗質的飛躍。

移動高清視頻的普及，將由標清走向高清與超高清；高清、超高清游戲將普及，云與端的融合架構成為常態；視頻會議在5G時代任何位置的移動終端均可輕松實現且體驗更佳，實時視頻會議會讓用戶身臨其境。高清視頻監控將突破有線網絡無法到達或者布線成本過高的限制，輕松部署在任意地點，成本更低，5G時代的無線視頻監控將成為有線監控的重要補充而廣泛使用。

（2）虛擬現實業務。

虛擬現實技術利用電腦或其他智能計算設備模擬產生一個3度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，使用戶如同身臨其境一般。近年來，隨著芯片、網絡、傳感、計算機圖形學等技術的發展，虛擬現實技術取得了長足的進步，虛擬現實技術已成功應用于游戲、影視、直播、教育、工業仿真、醫療等領域。

隨著5G的發展、萬物互聯時代的到來，多數機構預測虛擬現實很可能成為下一代互聯網時代的流量入口，承載流量整合、軟件分發、信息共享等。近年來，一大批初創公司、IT巨頭和通信廠商等涌入虛擬現實領域。

主流虛擬現實設備分為連PC式頭盔和插手機式頭盔兩類。連PC式頭盔是目前的主流方向，主機完成運算和圖像渲染，通過HDMI線纜進行數據傳輸，預計2020年全球銷量達3 990萬臺，銷售收入達210億美元，主要面向具有深度游戲體驗需求的中高端用戶，通常需要配置可以感知用戶視覺、聽覺、觸覺、運動信息的傳感設備，為了保證用戶具有較強的存在感，需要對畫面進行精細繪制，頭盔與主機間需要傳輸大量數據，受限于現有無線網絡傳輸速率和傳輸時延，通常采用HDMI線纜連接，極大地限制了用戶的使用范圍，影響用戶體驗。5G較高的數據傳輸速率、低時延和較大的通信容量，將使用戶擺脫線纜的約束，盡情享受虛擬現實游戲帶來的快樂。

插手機式頭盔定位為入門級虛擬現實產品。該類型設備均價普遍在100美元以下，比較適合具有觀影與輕度游戲需求的用戶，是未來1～3年市場普及的主流設備。智能手機感知用戶頭部位姿信息、負責高質量視頻渲染，功耗大，很難長時間使用，同時受制于智能手機的計算能力較弱、視頻質量不高、有很強的顆粒感并且有一定的時延，體驗不佳。在5G環境下，該類型的應用采用云端配合的架構，頭盔僅負責獲取用戶頭部位姿信息和顯示視頻，計算能力要求較高的視頻渲染放在云端進行，通過無線網絡將渲染好的視頻幀傳遞給頭盔進行顯示，用戶可獲得長時間的高質量視頻觀影體驗。

（3）增強現實業務。

增強現實技術是在虛擬現實基礎上發展起來的一項技術，借助計算機圖形技術和可視化技術將虛擬對象準確疊加在物理世界中，呈現給用戶感知效果更豐富的新環境。通信技術的發展、移動智能終端處理能力的增強、移動傳感器設備的性能提升為在智能終端上增強現實業務的普及提供了基礎，為分層次打造個性化的信息服務提供了必要的支撐條件，也將極大地促進移動互聯網在教育、游戲、促銷和購物、社交網絡、商業統計、旅游等業務的創新。據Digi-Capital預測，至2020年，增強現實/虛擬現實市場份額將達到1 500億美元。其中，增強現實占1 200億美元，虛擬現實占300億美元。目前，增強現實還處于市場啟動期。

一個典型的增強現實業務處理流程如圖2.8所示。用戶開啟增強現實應用，通過攝像頭采集圖像，對圖像進行壓縮，通過無線網絡將其上傳到服務端進行圖像識別，然后依據識別結果獲取虛擬信息，并通過無線網絡將其傳遞給智能終端側，由跟蹤注冊模塊獲取虛擬信息疊加位置，并由渲染模塊最終將虛擬信息與真實場景進行融合渲染，展示給用戶。較好的用戶體驗對實時性提出了很高的要求，在5G環境下，可以很好地解決查詢圖像和虛擬信息傳輸帶來的網絡傳輸時延長的問題，可以將跟蹤模塊和渲染模塊轉移到服務端/云端，無線網絡將渲染好的圖像傳遞給智能終端，同步解決了增強現實應用導致的手機耗電問題。

2.物聯網業務應用

5G將滲透到物聯網等領域，與工業設施、醫療器械、醫療儀器、交通工具等進行深度融合，全面實行萬物互聯，有效滿足工業、醫療、交通等垂直行業的信息化服務需要。

人與物聯網的實時交互，會因為5G而更加精彩紛呈。

（1）智能汽車、交通運輸和基礎設施。

智能汽車、交通運輸和基礎設施是物聯網業務應用，如圖2.9所示。

交通行業主要有3個挑戰：一是出行效率；二是駕駛安全和聯網安全；三是可持續的能源消耗模式。有效應對方案是萬物互聯+網絡協作+信息融合+智能分析決策。在網絡本身連接之上，通過多源、異構信息的融合創造出更多的價值，服務于高效、安全的交通出行。

車聯網技術屬于低時延、高可靠應用場景，通過終端直通技術，可以實現在汽車之間、汽車與路側設備間的通信，從而實現汽車主動安全控制與自動駕駛。V2X（Vehicle To X）自主安全駕駛，在99.999%的傳輸可靠性下可將時延縮小到ms級，還支持多種場景的防碰撞檢測與告警/車速導引、車車安全和交叉路口協同等。通過車與車、車與路邊設備的通信，實現汽車的主動安全，比如緊急剎車的告警、汽車緊急避讓、紅綠燈緊急信號切換等。在未來，這些會成為汽車自動駕駛業務的關鍵技術。

車在公路上高速行駛，可將經過的道路有結冰或者有動物/小孩橫穿公路的信息可以通過V2I（Vehicle To Infrastructure）發到基礎設施上。基礎設施可以再通過網絡對周邊車輛進行提醒，從而提高車輛出行的安全性。

車對車（Vehicle To Vehicle，V2V）的產品，如后面有警車或醫療急救車出現，可以通過車與車的溝通，把信息發送給前方100m范圍內同行的汽車，提醒后者緊急事件的發生，加快對應急車輛通行的支撐。

公交樞紐站和公交站臺可以把公交汽車、其他汽車、地鐵、飛機等交通工具的聯網信息整合起來，做成智能出行的指引助手，幫助用戶選擇用什么方式出行，也可以提供手機實時支付功能，幫助用戶購票。

（2）遠程設備的關鍵控制。

遠程設備的關鍵控制也是物聯網業務應用，如圖2.10所示。

正如巴塞羅那通信展上的遠程控制挖掘機，坐在巴塞羅那的會場便可以通過現有的LTE網絡遠程控制2 500km之外的一臺挖掘機。未來，在諸如遠程礦山挖掘、礦山運輸等對安全有著極高要求的環境里或在危險、有害健康的環境里，5G網絡技術可以實現安全作業。

有了5G技術，遠程醫療將不再是夢想，超短的時延使醫生能實施2 000km的遠程診療和順暢的異地遠程手術，偏遠地區的病患也能享受優質醫療資源。

（3）人與物聯網的交互。

人與物聯網的交互如圖2.11所示。騎自行車的人在經過十字路口或視線不太好的地方時，網絡會根據騎行人的位置、方向和周邊路況進行適配，判斷會不會有相撞的風險，通過頭盔的振動來提醒要注意車速、安全等。

在未來的5G時代，萬物互聯將促進IPv6地址的大規模應用，類似6LoWPAN的低功耗IPv6技術將迎來應用的春天。