5G无线技术及部署5G网络应用与典型案例

第十二章￿￿5G网络应用与典型案例
l ITU-R已于2015年6月定义了未来5G网络的三大类应用场景，分别是eMBB、mMTC和URLLC，并从吞吐率、时延、连接密度和频谱效率提升等8个维度定义
了对5G网络的能力要求。

l本章主要介绍5G网络的三大类应用场景，并介绍了三大类应用场景对应的典型行业应用。

l学完本课程后，您将能够：p掌握5G三大应用场景
p掌握5G三大行业应用案例
12.1 5G应用场景
12.2 5G行业应用案例
5G总体愿景
ITU 对IMT2020愿景的描述
Source: ITU R. M.[ IMT.VISION]
10Gbit/s
1百万连接每平方公里
1ms
eMBB （增强型
MBB ）
uRLLC （超高可靠性与超
低时延业务）
mMTC （海量连接的物
联网业务）IMT-2020 vs. IMT-Advanced ￿￿￿￿￿￿在关键性能指标上的对比
3x
1ms
1M devices/km
2
10Gbit/s
100X 峰值速率(Gbit/s)
用户体验速率(100Mbit/s)
频谱效率移动性(500km/h)
时延
连接数密度(设备/平方公里 )
区域流量能力(10Mbps/m 2 )
网络功耗效率
IMT-Advanced
IMT-2020
5G 愿景及关键性能
网络面临的挑战
0.1-1Gbps体验速率
数十Tbps/km2流量密度
百万级连接
低功耗、低成本
低时延、高可靠
回传网络容量压力信令过载、报头冗余传输路径冗长
网络运营能力网路演进要求感知和开发
能力不足
单一隧道
连接
提升运营水
平
网络协同能
力有限
关键能力指标
0.1-1Gbps体验速率
数十Tbps/km2流量密度
百万级连接
低功耗、低成本
低时延、高可靠
站间协同能力不足
回传网络容量压力
信令过载、报头冗余
传输路径冗长
5G之路上的重要关注
新空口
新架构
切片
Ability
Required
100万
连接
每平方公里
500
公里/小时
高铁
10Gbps
每连接
1毫秒
端到端时延
通过新技术的引入，提供更高速率、更
高频效、更低时延，更强覆盖
一个物理网络多个网络
分片适配不同产业
12.1.1￿eMBB应用
l eMBB应用主要包括高清视频、虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、三维（Three-Dimensional，3D）全息、MirrorSys
等等，这些应用对网络有一个共同的需求就是高带宽。

12.1.1￿eMBB应用
l5G由于采用了新的空口技术，使得空口频谱利用率更高，再加上更大的载波带宽，从而实现理论峰值速率达到10Gbps，在LTE的基础上提升了100倍。

由于5G网络
的吞吐量有了极大的提升，4K、8K超高清视频、VR、AR等高带宽业务就有了网络支撑。

l eMBB业务对于网络的诉求主要是带宽的提升，除此以外，eMBB业务对移动性和网络功耗效率同样有较高的要求。

l uRLLC业务对于网络的诉求主要是时延的降低、可靠性的增强，除此以外部分uRLLC业务如自动驾驶、无人机等对移动性同样有较高的要求。

制式端到端时延120km/h速度下的制动距离
3G100ms 3.33m
4G50ms 1.67m
5G1ms 3.3cm
l mMTC业务的特点是，连接设备数量庞大，这些设备通常传输相对少量的非延迟敏感数据。

需要降低设备成本，并大幅延长电池续航时间。

l mMTC业务对于网络的诉求主要是连接能力要增强，除此以外，部分mMTC业务对网络功耗
效率同样要求很高。

如智能抄水表、智能抄燃气表、智慧农业中的智能传感器,这些终端需要和网络之间交互信号，那么就需要对终端供电，在水表或燃气表上接上一根电源线显然是不合适的，目前行业的通用做法是通过电池供电，为了让一节电池工作更长的时间就需要增强网络功耗效率。

l12.2.1￿Cloud￿VR
VR又称为虚拟现实，通过相关设备遮挡用户的现实视线，将其感官带入一个独立且全新的虚拟空间，为用户提供更深入、代入感更强的体验。

随着5G的商用，到2021年中国VR市场经济规模将达到近300亿元，主要来自于VR直播、影视以及VR游戏业务场景。

l12.2.1￿Cloud￿VR
VR业务的技术实现是图片经过服务器渲染，再通过网络传递到VR终端。

传统VR 主要通过本地专用服务器对图片渲染，再通过有线网络传递给终端，而Cloud VR和传统VR最大的差异在Cloud VR的图像渲染和处理由云端服务器来处理。

传统VR
Cloud VR
VR/AR/MR 等业务对速率提出更高需求
VR:￿Oculus Rift 和Touch
MR: Microsoft HoloLens
AR
行业代表：
看到的一切都是虚拟的
可以与现实和虚拟物体交互
在真实环境上叠加了一层
信息屏
VR ：Virtual Reality 虚拟现实￿AR ：Augmented Reality 增强现实MR ：Mixed Reality 混合现实￿
VR 演进
Cloud VR
主机
VR
手机+显示盒
本地内容+胖终端Cloud VR+瘦终端
用户体验
直接放入手机，方便，但效果差，容
易头晕
有绳，行动不便；PC VR头显笨重，佩戴不方便
云渲染降低了对终端的要求。

头显实现无绳化，便于更多类 型终端接入
用户成本很低，甚至9.9元包邮
PC+PC VR头显，总费用高达1万元以上通过业务运行环境云化、一体机播放解码等方案，有效降低终端成本，一体机终端售价可降低到2000元人民币以内
内容版权离线内容管控难度大，无版权保障离线内容管控难度大，无版权保障内容管控容易，版权有保障
商业前景已经退出主流市场
单用户消费成本高，内容缺乏，推广难
降低用户成本，容易进入千家万户，促进生态繁荣
纸盒
VR
Cloud VR 需要5G 网络支持
l
考虑到未来VR 使用场景无处不在，Cloud VR 实现了终端的无线化，并通过云端服务器完成图像渲染，极大地降低终端成本并提升了用户体验。

l
Cloud VR 对移动网络带来了更高的要求，比如，入门级的体验需要100Mbps 带宽和10ms 时延，而极致的体验则需要9.4Gbps 和2ms 的低时延，只有5G 网络才能满足VR 极致体验的诉
求。

Mobile VR
PC VR
5G NR
Cloud VR
无处不VR ，5G+VR 成为MWC 高热度场
景之一￿
Ooredoo 展出首款5G “飞的”，并提供VR 模拟飞行体验（华为出镜
）
STC VR 太空舱受到追捧，排起长龙
KT 展示5G+360
视频
HTC 发布新一代VR 一体机VIVE FOCUS PLUS
Turkcell ￿Cloud VR 游戏体验者云集
VR/AR不仅仅是娱乐，还在改变传统商业和教育
l12.2.2￿自动驾驶
随着技术的发展，自动驾驶主要运用高级驾驶员辅助系统（Advanced Driver Assistant System，ADAS）和蜂窝车联网(Cellular Vehicle-to-Everything，C-V2X)
ADAS的车辆基于车辆搭载的车载摄像头、
雷达、激光和超声波等传感器，探测光、热、
压力或其它用于监测汽车状态的变量，可以用
于盲点监测、车道偏离警告、车道保持辅助和
碰撞警告等功能。

但是ADAS这种单车智能技
术交互性差，而且单车传感器又有局限性。

比
如，雨雪雾天气容易受影响，探测距离短，成
本高昂等等。

l12.2.2￿自动驾驶
随着技术的发展，自动驾驶主要运用高级驾驶员辅助系统（Advanced Driver Assistant System，ADAS）和蜂窝车联网(Cellular Vehicle-to-Everything，C-V2X) C-V2X属于智能汽车。

智能主要体现
在汽车搭载的各种传感器借助蜂窝无线
移动通信网络将信息传递给周围的车辆、
路边基础设施、行人或者云端，实现车
与万物的连接。

未来基于5G的5G-V2X可
以充分利用5G的产业圈，降低C-V2X的
部署成本。

有了5G, 十字路口不再拥塞
l5G时代，自动驾驶将成为现实，同样目的地的车辆将进行车队编排，成为一个组。

也许不久的将来红绿灯将会消失。

5G
4G
3G 3.3cm
167cm
333cm
系统时延
自动驾驶由于安全性，需要很低的时延.
驾驶时速: 120公里/小时
5G
4G 3G 1毫秒
50 毫秒
100 毫秒
增加的制动距离
自动驾驶对低时延的需求
关键控制点：将自动驾驶决策可靠性大幅度提高
5G 切入点
l
当前自动驾驶主要采用视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器等设备进行单车运行
l
采用5G 的车联网大大增强对车辆周边环境的感知（基于雷达传感器摄像头的单车系统无法实现非视距，全天候）
l
高清地图，车车/车路传感器数据交换等需要极大容量和较低时延
Platooning，车辆编队自动驾驶，节省人力降低能源消耗
<5ms
99.999%
网络时延
网络可靠性
5~20ms
网络时延
传输速率
自动编队驾驶
远程驾驶
运输车队
危险作业
穿梭巴士
50Mbps
全自动驾驶
90%
交通事故 31%
石油消耗
5G 使能自动驾驶将会改变未来出行和运输模式
无人机应用逐渐成熟，5G可以扩展无人机低空飞行覆盖范围
5G无人机在部分领域已经得到了广泛的应用。

12.2 5G行业应用案例l12.2.3￿智能监控
12.2 5G行业应用案例l12.2.3￿智能监控
机器人控制
传感器网络辅助
系统
动作控制
状态监测增强现实时延
1ms~5ms 100ms 10ms 可靠性1e-81e-81e-5数率
~Mbps
~Kbps
~Gbps
连接类型多样化，性能需求差异化，通信模式多样化￿
德国工业4.0 5G 测试床
低时延高可靠
超大连接
大带宽
5G 为智能制造提供高效率、高质量、低成本的网络连接
大规模的物联网：万物互连，万物互通
共享单车智慧城市
IoT构建更好的连接社会
智能电表智能停车场
<1Mbps 10Mbps 100Mbps >1Gbps
速率
>1s
100m
s 10ms 1ms
时延
虚拟现实
触觉互联网增强现实
多人视频会议
办公云
自动驾驶
实时游戏
灾难预警
车载紧急电话
传感器
远程控制
移动视频
私有云
v
Source: GSMA & 华为无线 X Labs
其它维度稳
定
性
，连接数…
…
不同业务对网络要求差异巨大
业务间差异对比以及对5G 网络能力的要求
l
未来的业务对网络要求各具不同，因此需要未来网络具备强大的弹性。

l
该图是5GPPP 定义的5G 网络能力模型。

5G 是新应用，新商业模式，新产业的平台
移动物联网
消费者
• 通用网络业务
• 个性化，一致的用户体验
垂直行业
• 易于分享5G 架构• 按需分配的网络分片
• 易于部署和运维
• 业务灵活，使能新商业
运营商
移动互联
网
5G = 平台
本章总结
l本章先介绍了5G网络的三大应用场景，分别为eMBB、URLLC、mMTC，再介绍了三大应用场景对应的行业应用案例，分别为eMBB对应的Cloud VR、URLLC对应的自动驾驶和mMTC对应的智能监控。

l通过本章的学习，读者应该对5G网络的主要应用场景有了更加清晰的认识，并对5G使能行业应用有了进一步的了解。