357 5G可以应用在哪里?

 

2021年9月28日

5G 会为我们带来什么?未来究竟如何?

下面,我们分别从 5G 与智慧生活、5G 与智慧城市、5G 与智慧生产等三个方面展望未来。

一、5G 与智慧生活

1.8K 超清视频

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目前一线城市光纤带宽最高为 500Mbs,而 5G 的传输速度理论上已经超越光纤。固定无线接入(WTTx)利用了移动网络技术而非传统的固定线路提供家庭互联网接入,从而 5G WTTx 不仅能提供超越光纤的网速,还有效解决了传统光纤宽带部署的困难、成本高等问题,且随着用户对带宽的需求越来越高,WTTx 可以更快地进行带宽提升的部署。5G 的网络切片技术可以实现在同一物理网络下提供不同的网络带宽,以满足不同的网络需求。5G 的到来使未来家庭网络接入更趋于无线化。目前 Verizon 和 AT&T 已在美国投资试点,用 5G 代替光纤入户。据华为预测,到 2020 年,3.5 亿户家庭有可能购买 WTTx 服务。

5G WTTx 会为我们带来更好的家庭娱乐体验。典型案例是超高清 8K 视频。截止 2016 年 8 月,全球 4K/UHD 电视用户已经占据 40% 以上份额,Sony 等大厂商也开始发布一系列成本更低的 4K/8K 电视,8K 视频的带宽需求超过 100Mbps,5G WTTx 快速部署的优势为超清视频普及提供了很好的支持。

2.游戏

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首先云游戏将受益于 5G。云游戏将玩家所有的操作处理、画面渲染和数据压缩全部放在云端进行,降低了设备终端的硬件要求。但目前大部分家庭仍然无法达到云游戏所需的网络性能,5G 能使终端的大量数据及时上传到云端处理并迅速回传,提供 4K 及超低延时的沉浸式游戏体验。

腾讯在 MWC19 上展示了与英特尔联手打造的云游戏平台“腾讯即玩”, 该平台结合 5G 技术与云端服务器,摆脱了硬件的束缚,同时省去下载游戏的时间,实现了 1080p60fps 以及低于 40ms 延时的高品质游戏的体验。

另外,与 AR/VR 功能结合的高响应触觉游戏设备为玩家带来全新的游戏感官维度,触觉响应的加入带来更加沉浸式的游戏体验。5G 的高带宽和低延时很好地满足 AR/VR 设备的要求,4K 画质使画面更加逼真,超低延时视频也减少了眩晕感,尤其是迅速响应的触觉反馈,使《头号玩家》中沉浸式游戏体验离我们越来越近。

游戏的宣传也将受益于 5G。随着 5G 带宽的提高,玩家可直接在 App Store、Google Play 中进行游戏的试玩,游戏运行也不再需要在设备上安装大容量的 APP,每个游戏厂家可将自家游戏集中在一个客户端上作为入口,所有游戏的处理全部放在云端进行,未来用户将不再为终端容量太小而担忧。

3.社交网络视频

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社交网络视频化是目前最显着的趋势。以短视频为代表的社交视频、以直播为代表的移动实时视频被越来越多的人所接受。传统社交网络也在视频领域做着积极的布局:Facebook、Twitter 推出直播视频;微信推出即刻视频,微博也在最新的更新中分出视频板块。视频社交比传统的文字、图片社交更具社交性与互动性,能把更多人实时地联系在了一起。

但人们并不满足于现状。人们对超清直播、360°直播、体育赛事场景下运动员视角直播、多人实时视频的互动等沉浸式视频的要求越来越高。Facebook 在 2017 年推出了 360°直播平台,主播只要用 Gear 360(2017)、Insta360 Nano / Air、Giroptic IO、Allie Camera 等设备与手机相连即可在 Facebook 上进行 4K 分辨率的 360°直播,观众可以直接在手机上或佩戴 VR 设备进行观看。这都需要 100Mbps 以上的带宽,5G 的到来可以给予更好的支持。

4.智能家居

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5G 对智能家居的贡献在于我们希望提供统一的无线局域协议标准。目前智能家居设备的连接协议都大不相同。以支持 HomeKit 的各厂家产品来看,飞利浦“秀”灯泡通过 Zigbee 协议与飞利浦桥接器连接以达到智能化控制;Eve Energy 智能插座通过蓝牙进行数据交互;D-Link 摄像头则通过 WiFi。总结来说,不同开发商都会采取不同的无线协议对智能家居设备进行控制,即使都采用相同的协议如 ZigBee 也需要各自的网关进行连接,这都会影响智能家居的协同性与场景体验。家居产品不同的耗电要求决定了不同的连接协议,部分非插电设备如门窗感应器等采用低功耗、短距离、低数据量的 ZigBee 协议会大大延长电池使用寿命,而插电设备如摄像头则倾向于 WiFi 连接以保证更好的网络连接和大数据传输。

但是,5G 的到来并不会马上改变现有的智能家居市场。对于感应器、开关等对网络要求不高的家居设备来说 5G 耗能高是首要问题,目前广泛采用的 ZigBee 协议下双节 5 号电池就可满足设备数年的使用。而且 5G 属于广域网,即使 5G 框架中的 LPWAN(低耗广域网)用在家庭中也是一种资源浪费。虽然不同设备采用了不同的无线网络协议,但智能家居平台如苹果 HomeKit、绿米 Auara 可以整合智能家居并达到自动化,如到家自动开门、日落自动开灯、温度低于某值开启空调等。所以,各协议共存在一段时间内仍是主流,5G 究竟能否提供统一的无线协议让我们拭目以待。

不过,当我们走出家门,5G 在智能家居就有了用武之地。NB-IoT(窄带物联网)作为 LPWAN(低功耗广域网)标准已在物联网领域实现了应用。多灵科技与中国电信及华为深度合作,推出了基于 NB-IoT 的智能门锁,基站通过 NB-IoT 与门锁进行通信,我们出门在外时 APP 端的操作通过基站直接对门锁进行控制。相信 5G LPWAN 的升级会为智能家居提供更好的体验。

5.智慧医疗

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人口老龄化问题越来越严重,随之而来的是健康问题,医疗对于我们来说越来越重要,5G 的到来也为智慧医疗带来了动力。智慧医疗有以下几种典型场景。

(1)远程健康监控。人们开始随时随地掌握自己的健康状况并对疾病采取及时有效的处理。移动医疗设备实时不间断地采集个人身体信息,上传到云端,医院可根据健康数据对患者进行实时医疗监控。结合 AI 模型可实现对健康状况进行智慧分析,从而提供精准及时的健康管理、用药指导,必要时可以提供相应的治疗计划。5G 的三大特征可以更好地支持医疗健康海量数据的实时传输、云服务及医疗物联设备的互联反馈。

(2)远程手术。偏远地区医疗资源相对匮乏,一旦需要急救时就可以进行远程手术来实现资源的有效调配。远程手术对实时性的要求极其高,这就需要超低的时延,5G 可以很好地满足。另外,由于远程手术无法直接临床进行,手术过程中的模拟触觉反馈对手术的效果极其重要,精确的力反馈是远程手术的重中之重,这决定了只有 5G 的超低时延和可靠性才能满足要求。力反馈的典型案例是法国 Belle Île enMer 医院的远程 B 超机器人,能够为偏远地区提供 B 超诊断服务,降低了就医成本,并已经达到可商用的程度。

(3)超级救护车。在救护车送往医院过程中利用 5G 进行超清实时通讯,帮助医生提前掌握病人情况并进行预处理,使手术效果实现最大化。

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二、5G 与智慧城市

1.智能安防

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(1)无人机安防巡检。无人机可以取代人类进行各种空中作业,如建筑物巡检、管道检漏、安全预防等。配备高精度监测仪的无人机产生的巨大实时数据需要 200Mbps 以上的带宽,实时传送视频也要求网络传输的超低时延性,5G 为无人机进行安防巡检提供了巨大支撑。

(2)智能监控。近年来随着 AI、大数据等前沿技术在安防领域的落地,安防系统摆脱了对人的依赖变得更加智能。人脸识别、行为识别等功能的实现,从事中处理到事前预警的转变都得益于 AI 等技术的成熟。

但新技术要想发挥出应有的实力需要超高清晰度视频的支持,这种视频产生的大量数据就需要 5G 来进行传输。对于预警类功能,5G 超低延时的特性也能很好地满足。而 5G 能实现海量设备连接,能让更多的摄像头设备接入网络,使监控的范围更加广阔。

张学友演唱会抓到逃犯正是利用了安检门上的监控摄像头,可以预见当 5G 到来后,监控系统会更上一个台阶。

2.智慧出行

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交通一直是城市的一个重要问题,如果道路上的一切都可以互联互通、相互感知,就可以有效解决拥堵问题,甚至交通事故的概率也可以降为零。V2X(Vehicle to Everything)即车联网通信主要包含了车对车(V2V)、车对基础设施(V2I)、车对网络(V2N)及车对行人(V2P)四类连接。

(1)V2V(Vehicle-To-Vehicle,车-车)可以用做车辆间信息交互和提醒,最典型的是用于车辆间防碰撞安全系统。

(2)V2I(Vehicle-To-Infrastructure,车-基础设施),车辆可以与道路甚至其他基础设施,例如交通灯、路障等通信,获取交通灯信号时序等道路管理信息。

(3)V2N(Vehicle-To-Network,车-互联网)是目前应用最广泛的车联网形式,其主要功能是使车辆通过移动网络,连接到云服务器,使用云服务器提供的导航、娱乐、防盗等应用功能。

(4)V2P(Vehicle-To-Pedestrian,车-行人)则是用作给道路上行人或非机动车安全警告。

同样还是 3GPP,在 2017 年 3 月与多方合作完成了基于蜂窝网络的 C-V2X 标准 LTE-V 的制定(Rel-16 C-V2X)。LTE-V 的首要特点是车辆无需依赖网络覆盖和蜂窝网络,实现车辆之间直接通信(V2V)、车辆行人之间直接通信(V2P)或车辆与道路基础设施之间互相通信(V2I)。

对于信息娱乐和非时延敏感信息安全用例(例如前方一公里有交通事故),C-V2X 也支持车辆在蜂窝频谱上通过移动网络(车对网络,V2N)与云端通信。在全球统一的 5.9 GHz ITS 频段中,C-V2X 能够利用低延迟直接通信技术发送安全信息(例如道路危险警告),而不受在支持车载信息和信息娱乐应用的商用蜂窝频谱频段上发送的 V2N 通信影响。

同时,C-V2X Rel-14 也为基于 5G 的 C-V2X 技术铺平了道路,可向着 5G C-V2X 平滑升级。基于 5G NR 的 Rel-16 C-V2X 直接通信也将一样无需依赖蜂窝网络。

基于 5G 的 C-V2X 也给予自动驾驶巨大动能。5G 的 eMBB 和 uRLLC 的优点使自动驾驶的汽车能够有效和其他车辆以及道路基础设施共享对道路、路况和周围环境的侦测信息。

这些功能旨在通过与其他车辆共享高吞吐量感应器,基于周围环境建立现实路况模型。此外,车辆能够使用基于 5G NR 的 C-V2X 向其他车辆传输他们的意图和计划行驶路线,具有更高的可预测性和准确性,可进一步优化自动驾驶的路线规划。

2017 年,上海汽车和华为共同首次成功展示了 5G 远程驾驶、华为和德国航天中心在慕尼黑共同测试了 5G 自动驾驶,认证了 5G 的超低时延为车辆的实时控制提供了保障。

智慧出行还有以下几种情景:

(1)智慧交通。红绿灯可根据车流量、天气、时间来调整信号;导航可以根据路况规划合理的出行方案避免拥堵, 结合 AR 的精准导航可精确显示道路上的一切信息,避免驾驶员的驾驶误判。

(2)货车的编队行驶。编队行驶提高了货物运输效率,车辆之间互联使在高速公路上自动编队行驶,在安全性上甚至可超过人类驾驶员。车辆较多的车队的同步行驶要求低时延的网络通讯,5G 可提供很好的支撑。

(3)智慧交控。2019 年 2 月 3 日,成都交警 5G 直升机+无人机飞行编队正式出动,在成都部分高速上开展道路交通管理、交通违法行为、交通事故现场等实施视频实时传输、空中飞行抓拍、空中现场勘查,从空中加强道路管控工作。这是成都市公安局交通管理局和中国电信成都分公司联合发布的全国首个 5G 智慧交通创新应用。利用 5G 高带宽、超低延时的优势,对路况进行实时回传,时延仅几毫秒,大大提升了交通管理的决策能力。

3.智慧能源

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能源领域结合 5G 将更加智能化,以节约能源并提高效率。电网、远程抄表、路灯是目前智能化发展的首要能源领域。

(1)智能电网

智能并网:不同的发电厂或发电系统需要统一接入国家电网,由电网统一向用户配电,这个过程是并网。发电有太阳能、风能等不同的发电方式。并网过程产生了海量的发电数据,及时、准确地将数据传输到控制主站决定了并网效率,也避免了能源的浪费与损耗。5G 的低延时及海量连接能够使并网系统实现优化。

精准负荷控制:精准负荷控制是在供电系统出现特殊情况如个别供电系统中断时,切除部分可中断负荷,最大程度保障企业产能、电网设备安全以及用户日常用电。毫秒级的精准负荷控制将海量可中断负荷集中起来进行精准实时控制,在紧急情况下可极速对负荷进行控制。同时接收不同用电终端的用电情况,精准地控制不同的用电需求,实现高效和错峰用电。

(2)远程抄表

智能水表、智能电表、智能燃气表均可使用目前已授权的 NB-IoT 进行部署,实现远程抄表,节省大量的人力财力。实时数据采集也用于检测管道泄漏。

(3)智慧路灯

路灯接入网络可以实现精准的单灯远程控制,也可实现故障报警等功能,实现能源节约和效率最大化。

三、5G 与智慧生产

1.智能工厂

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第四代工业革命(工业 4.0)的兴起及数字时代的到来使传统工厂向智能工厂的转化成为了可能。智能工厂有以下几个特征:

(1)互联性。智能工厂并不是制作流程中的简单互联互通,真正的智能工厂能够整合所有的物质资源、人力资源和运营过程中的数据,通过各种传感器及通讯网络源源不断地收集,对数据进行有效的分析实现智能化生产。同时,智能工厂还与供应商及客户进行互联,以全面掌握供应链上下游的情况,从而提高供应链的整体效率。

(2)灵活性。智能工厂在人工智能的驱动下逐渐成为智能化系统,能够自适应新的环境,根据不同的需求自动调整生产流程和进度。对物料资源进行实时监控,在资源不足以满足产量时,自动下单采购资产。

(3)前瞻性。前瞻性也是智能工厂的重要属性,它要求工厂系统通过智能算法及时预测可能出现的风险,将损失降到最低。

(4)柔性。随着消费升级,消费者对消费品的需求不再局限于制造商的标准化供给,开始向着个性化转变。所以传统工厂的生产模式需要进行转变,柔性化制造成为智能工厂的未来趋势。

国际生产工厂研究协会的定义为:柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。

智能工厂的以上属性决定了生产过程中的所有环节海量互联的要求,以及产生的数据及时、准确、可靠的传输。5G 提供高通量、超低时延、高可靠、海量连接的网络可以很好地满足要求。

2.云化机器人

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中国制造业近几年已经成为全球最大的工业机器人市场,占全球销量的 1/3。而在智能制造场景中,机器人需要更强的感知能力和协作能力,这就产生了机器人云化的要求。

首先,配置在机器人的精密传感器不断的收集各种工业级数据,通过 5G 网络传输到云端,经过大数据和人工智能技术的超强算力对生产过程进行实时处理。特定情形下,5G 技术体系内的 D2D(Device-to-Device)技术,物体与物体之间直接通信,进一步降低了业务端到端的时延,大幅度提高生产效率。

其次,协作机器人要求人机协作时具有超高安全性,遇到故障时能迅速制动以避免对工人造成伤害;同时协作机器人需要不断交换数据以配合协作化流程,使人与机器人能更加友好的互动,这都需要传输网络的超低延时及可靠性,因此云化机器人对网络传输的超低时延和可靠性的要求决定了 5G 是工业机器人领域发展的关键。

3.工业视觉

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工业视觉是智能制造领域又一关键技术,它通过模拟人的视觉功能对图像信息进行分析处理,实现检测、控制等应用。

工业视觉下,机器人可以对物体进行定位识别,比如无序分拣与堆码、焊接等。检测机器人通过随身附着的摄像头、扫描仪等对工件进行缺陷检查、质量检测。

工业视觉所需要的图像要求越来越高,3D 视觉甚至 AI 识别要求大量数据的传输以及超低时延,5G 能够满足需求。

4.工业 AR

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在智能工厂生产过程中,人也有着更重要的作用。结合增强现实 AR,在智能制造过程中可用于手动装配过程指导、远程维护等。在这些应用中,辅助 AR 设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。5G 的高通量和超低延时特性将所有数据处理过程放在云端,可以大大减轻 AR 设施的负重。

四、小结

5G 的到来一定会赋能许多行业,但究竟 5G 何时能实现以上憧憬甚至目前还想象不到的情景,目前来看还有一个较为漫长的过程。毕竟 5G 仍只是一项通讯技术,上述情境如智慧交通、智能工厂不仅需要通讯技术的支持,最根本的还是需要底层技术的提升。

并且,5G 的部署也需要一个过程,三大运营商也表态将会进行 5G 独立组网,这意味着 5G 将不依赖于 4G 基站,通过核心网互操作实现 5G 网络与 4G 网络的协同,同时也可以实现边缘计算和网络切片等 5G 特有功能。独立组网需要一个新建的网络,包括新基站、回程链路和核心网,这些都是耗时的部署过程。

2019 年 5G 牌照将会发放,年底 5G 全部的标准制定也会冻结。5G 手机将会是最先落地的终端,预计到 2021 年 5G eMBB 将会通过 5G 手机大规模的商用。同时,运营商与众多企业也会紧密合作,进行 5G mMTC、uRLLC 具体应用的测试,并加快商用。

5G 不仅仅带来更快的网速,更多的是万物互联及与 AI 等新技术结合的可能。相信 5G 的真正到来一定能够为我们带来深度的变革。

我们再也回不到过去,过去我们常常在憧憬未来,其实在憧憬时,新的变化就已经到来。5G 将至,未来已来。我们要做的是做好十足的准备去迎接它,并创造更遥远的未来。

作者 程奎元

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