5G十大细分应用场景研究

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  5G是第五代移动通信技术的简称,作为4G通信技术的延伸,将在全社会数字化转型进程中担负着不可替代的重要使命。5G时代,“人”与“人”、“人”与“物”和“物”与“物”之间原有的互联互通界线将被打破,所有的“人”和“物”都将存在于一个有机的数字生态系统里,数据或者信息将通过最优化的方式进行传递。从全球视角来看,目前5G无论是在技术、标准、产业生态还是网络部署等方面都取得了阶段性的成果,5G落地的最后一环——应用场景正逐渐成为业界关注的焦点。
  (一)5G性能指标和关键技术相较于4G ,在传输速率方面,5G峰值速率为10-20Gbps,提升了10—20倍,用户体验速率将达到0.1Gbps—1Gbps,提升了10—100倍;流量密度方面,5G目标值为10Tbs/km2,提升了100倍;网络能效方面,5G提升了100倍;可连接数密度方面,5G每平方公里可联网设备的数量高达100万个,提升了10倍;频谱效率方面,5G相对于4G提升了3—5倍;端到端时延方面,5G将达到1ms级,提升了10倍;移动性方面,5G支持时速高达 500km/h的通信环境,提升了1.43倍。
  为了达到性能指标的要求,5G将综合运用大规模多天线技术(Massive MIMO)、新型多址、新型信息编码、毫米波通信、超密集组网、D2D等关键技术。除此之外,5G还将引入全新的构架解决方案——允许在通用物理信息基础设施上创建一组逻辑上独立的网络,称之为“网络切片”。网络切片可以根据垂直行业的业务需求量身定制,使5G能够真正成为全社会共用的新一代信息基础设施。
  5G十大应用场景
  ITU定义了5G三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)及低时延高可靠通信(uRLLC)。eMBB 场景主要提升以“人”为中心的娱乐、社交等个人消费业务的通信体验,适用于高速率、大带宽的移动宽带业务。mMTC和uRLLC则主要面向物物连接的应用场景,其中eMTC 主要满足海量物联的通信需求,面向以传感和数据采集为目标的应用场景;uRLLC则基于其低时延和高可靠的特点,主要面向垂直行業的特殊应用需求。本报告立足ITU定义的三大应用场景,并结合当前5G应用的实际情况和未来发展趋势,主要研究VR/AR、超高清视频、车联网、联网无人机、远程医疗、智慧电力、智能工厂、智能安防、个人AI助理以及智慧园区等十大应用场景。
  5G对相关产业的影响
  1.核心产业。5G所具有的高速率、广覆盖、低时延特性,为经济社会各行各业数字化智能化转型提供了技术前提和基础平台。依托技术领先、产业先发和市场庞大等优势,5G的快速发展将带动移动通信产业取得突破性进展。由于5G高速率大带宽的要求,需要优先进行骨干网升级,将明显驱动光模块、光纤光缆等通信设备产业优先发展,预计2021年光模块产业规模将达到140亿元,光纤光缆产业规模将达到500亿元。由于5G频段提升,5G基站数量会大幅增加,预计宏基站2021年将建成50万个,微基站将突破150万个,这将进一步带动射频等通信设备产业爆发式增长,预计产业规模将达到860亿元。综合分析预计5G核心产业规模将在2025年达到1万亿元。
  2.相关产业。5G和大数据、人工智能等新一代信息技术结合,催生多种新应用、新产品和新商业模式,推动VR/AR、超高清视频、车联网、联网无人机等产业升级,极大地满足了消费领域的多样化、高层次需求。预计在5G带动相关垂直行业市场规模将在2025年达到3万亿元。
  虚拟现实/增强现实:融合5G的VR/AR产业将进一步充分渗透互动娱乐、智能制造、医疗健康、教育商业等相关产业,推动其产生全新模式的变革。预计到2025年,全球VR/AR应用市场规模将达到3000亿元,其中我国市场将占超过35%。
  超高清视频:随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善,移动互联网和产业互联网也将向超高清视频能力快速演进。预计2025年,在5G的带动下超高清视频应用市场规模将达到约1.75万亿元。
  车联网:随着5G技术与汽车工业的结合,汽车生产商如比亚迪、长安汽车、广汽集团、上汽集团等积极布局智能网联汽车的生产。而运营商、设备商(如中国联通、百度、中兴等)则通过与自动驾驶垂直领域合作伙伴(如清华、大唐、福特、一汽等)的联合创新来构建协同化汽车驾驶生态系统。预计到2025年,我国5G联网汽车将达到1000万辆,市场规模将达到约5000亿元。
  联网无人机:成熟的5G技术将增强无人机制造、各类传感器、无人机运营企业的产品和服务,同时拓展5G电信运营商、云服务商的业务范围。预计到2025年,小型无人机软件、硬件、应用和服务等市场规模将达到约2000亿元。
  5G的商业模式
  1.基于流量的商业模式。5G早期最先成熟的是增强移动宽带(eMBB)应用场景,该场景主要面向个人消费者(2C),该场景下流量经营仍然是运营商的主要商业模式。5G时代,运营商需要加快用户分级的智能管道升级,实现差异化的流量收费模式。
  2.基于连接的商业模式。对于大连接场景,连接是基本收入来源。该场景下,可以单独提供连接,也可能包括一些终端设备和模组,运营商可以按照物联网设备采用卡用户收益(月/年)等方式收费。
  3.基于网络切片的商业模式。5G时代,运营商能够根据不同垂直行业和特定区域定制化网络切片以支撑相应的业务开展。对于垂直行业用户。可以直接向运营商购买网络切片,一般采用按年计费的方式。
  4.基于完整解决方案的商业模式。对于某些垂直行业,如制造业,当前制造业企业面临数字化、网络化和智能化转型的挑战。运营商可以依托5G服务提供商的优势,为工业企业提供包括工厂内外连接、设备终端数字化改造、平台层一整套解决方案,按年度收取服务费。相较于前几种模式,该商业模式的附加值更高,但运营商在垂直行业的专业对手更多,竞争也更加激烈。   細分应用场景
  (一)VR/AR。VR/AR是近眼现实、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息技术相互融合的产物,新形势下高质量VR/AR业务对带宽、时延要求逐渐提升,速率从25Mbps逐步提高到3.5Gbps,时延从30ms降低到5ms以下。伴随大量数据和计算密集型任务转移到云端,未来“Cloud VR ”将成为VR/AR与5G融合创新的典型范例。凭借5G超宽带高速传输能力,可以解决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,推动媒体行业转型升级,在文化宣传、社交娱乐、教育科普等大众和行业领域培育5G的第一波“杀手级”应用。
  (二)超高清视频。作为继数字化、高清化媒体之后的新一代革新技术,超高清视频被业界认为将是5G网络最早实现商用的核心场景之一。超高清视频的典型特征就是大数据、高速率,按照产业主流标准,4K、8K视频传输速率至少为12M—40Mbps、48M—160Mbps,4G网络己无法完全满足其网络流量、存储空间和回传时延等技术指标要求,5G网络良好的承载力成为解决该场景需求的有效手段。当前4K/8K 超高清视频与5G技术结合的场景不断出现,广泛应用于大型赛事/活动/事件直播、视频监控、商业性远程现场实时展示等领域,成为市场前景广阔的基础应用。
  (三)车联网。车联网是智慧交通中最具代表性的应用之一,通过5G等通信技术实现“人—车—路—云”一体化协同,使其成为低时延、高可靠场景中最为典型的应用之一。融入5G元素的车联网体系将更加灵活,实现车内、车际、车载互联网之间的信息互通,推动与低时延、高可靠性密切相关的远控驾驶、编队行驶、自动驾驶具体场景的应用。远驾驶,车辆由远程控制中心的司机进行控制,5G用于解决其往返时延(RTT)需要小于10毫秒的要求。编队行驶,主要应用于卡车或货车,提高运输安全和效率,5G用于解决3辆以上的编队网络高可靠低时延要求。自动驾驶,大部分应用场景如紧急刹车,V2P、V2I、V2V、V2N 等多路通信同时进行,数据采集及处理量大,需要5G网络满足其大带宽(10Gbps的峰值速率)、低时延(1毫秒)和超高连接数(1000亿连接)、高可靠性(99.999%)和高精度定位等能力。
  (四)联网无人机。5G网络将赋予网联无人机超高清图视频传输(50M—150Mbps)、低时延控制(10-20ms)、远程联网协作和自主飞行(100Kbps,500ms)等重要能力,可以实现对联网无人机设备的监视管理、航线规范、效率提升。5G网联无人机将使无人机群协同作业和7×24小时不间断工作成为可能,在农药喷洒、森林防火、大气取样、地理测绘、环境监测、电力巡检、交通巡查、物流运输、演艺直播、消费娱乐等各种行业及个人服务领域获得巨大发展空间。
  (五)远程医疗。通过5G和物联网技术可承载医疗设备和移动用户的全连接网络,对无线监护、移动护理和患者实时位置等数据进行采集与监测,并在医院内业务服务器上进行分析处理,提升医护效率。借助5G、人工智能、云计算技术,医生可以通过基于视频与图像的医疗诊断系统,为患者提供远程实时会诊、应急救援指导等服务,例如基于AI和触觉反馈的远程超声理论上需要30Mbps的数据速率和10ms的最大延时。患者可通过便携式5G医疗终端与云端医疗服务器与远程医疗专家进行沟通,随时随地享受医疗服务。
  (六)智慧电力。5G技术将在智慧电力的多个环节得到应用。在发电领域特别是在可再生能源发电领域需实现高效的分布式电源接入调控,5G可满足其实时数据采集和传输、远程调度与协调控制、多系统高速互联等功能。在输变电领域,具有低时延和大带宽特性的定制化的5G电力切片可以满足智能电网高可靠性、高安全性的要求,提供输变电环境实时监测与故障定位等智能服务。在配电领域,以5G网络为基础可以支持实现智能分布式配电自动化,实现故障处理过程的全自动进行。在电力通信基础设施建设建设领域,通信网将不再局限于有线方式,尤其在山地、水域等复杂地貌特征中,5G网络部署相比有线方式成本更低,部署更快。
  (七)智能工厂。在工业互联网领域,5G独立网络切片支持企业实现多用户和多业务的隔离和保护,大连接的特性满足工厂内信息采集以及大规模机器间通信的需求,5G工厂外通信可以实现远程问题定位以及跨工厂、跨地域远程遥控和设备维护。在智能制造过程中,高频和多天线技术支持工厂内的精准定位和高宽带通信,毫秒级低时延技术将实现工业机器人之间和工业机器人与机器设备前所未有的互动和协调,提供精确高效的工业控制。在柔性制造模式中,5G可满足工业机器人的灵活移动性和差异化业务处理的高要求,提供涵盖供应链、生产车间和产品全生命周期制造服务。智能工厂建设过程中,5G可以替代有线工业以太网,节约建设成本。
  (八)智能安防。视频监控是智能安防最重要的一个组成部分,5G超过10Gbit/s的高速传输速率和毫秒级低时延将有效提升现有监控视频的传输速度和反馈处理速递,将使智能安防实现远程实时控制和提前预警,做出更有效的安全防范措施。安防监控范围将进一步扩大,获取到更多维的监控数据。在公交车、警车、救护车、火车等移动的交通工具上的实时监控将成为可能。森林防火、易燃易爆品等监管人员无法接近的危险环境开展监测的成本将大幅下降。在家庭安防领域,5G将使单位流量的资费费率进一步下降,将推动智能安防设备将走入普通家庭。
  (九)个人AI设备。5G时代将有更多的可穿戴设备加入虚拟AI助理功能,个人AI设备可借助5G大带宽、高速率和低延时的优势,充分利用云端人工智能和大数据的力量,实现更快速精准的检索信息、预订机票、购买商品、预约医生等基础功能。另外,对于视障人士等特殊人群,通过佩戴连接5G的AI设备能够大幅提升生活质量。除了消费者领域外,个人AI设备将应用在企业业务中,制造业工人通过个人AI设备能够实时收到来自云端最新的语音和流媒体指令,能够有效提高工作效率和改善工作体验。
  (十)智慧园区。智慧园区是指运用信息和通信技术感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,对民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。在5G时代,利用5G高速率、低时延、大连接的特性,将智能工厂、智慧出行、智慧医疗、智慧家居、智慧金融等多种应用场景融于园区中,为园区中的人创造更美好的工作和生活环境,为园区产城融合提供新的路径。
  总而言之,5G网络具有大带宽、低时延、高可靠、广覆盖等“天然”特性,结合人工智能、移动边缘计算、端到端网络切片、无人机等技术,在VR/AR、超高清视频、车联网、无人机及智能制造、电力、医疗、智慧城市等领域有着广阔应用前景,5G与垂直行业的“无缝”融合应用必将带来个人用户及行业客户体验的巨大变革。
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