5G移动通信的应用及发展

一、车联网与自动驾驶

车联网技术经历了利用有线通信的路侧单元(道路提示牌)以及2G/3G/4G网络承载车载信息服务的阶段,正在依托高速移动的通信技术,逐步步入自动驾驶时代。根据中国、美国、日本等国家的汽车发展规划,依托传输速率更高、时延更低的5G网络,将在2025年全面实现自动驾驶汽车的量产,市场规模达到1万亿美元。

小贴士:近年来,江苏紧扣先导区建设目标任务,积极强化政策引领作用,先行先试,已初步建成涵盖技术、标准、产品、应用、测试及服务等全方位融合发展的产业生态体系,在城市级车联网示范应用、基础设施建设、产品创新等方面取得诸多突破性进展。作为全国较早开展车联网相关应用及产业的区域之一,江苏在2019年迎来了首个国家级车联网先导区。目前,江苏全省包括无锡、苏州、南京、盐城等城市相继推进车联网项目建设,在城市级C-V2X示范、场景应用、测试服务、产品创新等方面取得了一系列有益探索。车联网LTE-V2X城市级应用示范项目是工信部大力支持、无锡市重点打造的项目,也是全球第一个城市级应用示范项目。V2X,即车用无线通信技术,它通过高速网络,将车辆与一切事物相连接。目前,该项目以“人—车—路—云”系统协同为基础,开放了40余项交通管控信息,可提供26类应用场景。车联网LTE-V2X城市级示范应用项目由无锡智慧城市建设发展有限公司牵头,中国移动、公安部交通管理科学研究所、华为、无锡市公安局交通警察支队、中国信息通信研究院、江苏天安智联等共7家核心单位,联合23家参与单位共同打造。车联网带来了汽车的电动化、智能化、网联化、轻量化,为汽车零部件供应商创造了巨大的市场空间。在车联网领域,并非传统的由国外汽车巨头主导技术路线以及相关硬件产品。车联网有两条技术路线的选择,中国既定发展C-V2X的技术路线,是基于5G演进发展的战略选择,拥有技术先进、性能优越及可长期演进等优势,而诸多国际主流车企对此也认可。

2020年5月初,由江苏、上海、浙江等车联网示范区在无锡共同发起成立了“中国车联网示范区创新联盟”。在创新联盟的引领下,无锡聚焦智能单车、通信网络、基础支撑等三大领域,实施车联网关键技术创新领跑工程,突破一批“卡脖子”技术,全面提

升行业整体发展水平。其中,在智能单车上,通过示范工程,完成省级智能网联汽车制造业创新中心试点考核,争创国家智能网联汽车创新中心(江苏)分中心,加快突破融合感知、智能决策与车辆运动控制领域的关键技术,推动高级别自动驾驶融合创新。

二、外科手术

2019年1月,中国一名外科医生利用5G技术实施了全球首例远程外科手术。这名医生在福建省利用5G网络,操控30英里(约合48公里)以外一个偏远地区的机械臂进行手术。在进行的手术中,由于延时只有0.1秒,外科医生用5G网络切除了一只实验动物的肝脏。5G技术的其他好处还包括大幅减少了下载时间,下载速度从每秒约20兆字节上升到每秒50千兆字节——相当于在1秒钟内下载超过10部高清影片。5G技术最直接的应用很可能是改善视频通话和游戏体验,但机器人手术很有可能给专业外科医生为世界各地有需要的人实施手术带来很大希望。5G技术将开辟许多新的应用领域,以前的移动数据传输标准对这些领域来说还不够快。5G网络的速度和较低的延时性首次满足了远程呈现甚至远程手术的要求。

小贴士:2019年1月,华为联合中国联通福建分公司、福建医科大学孟超肝胆医院、北京301医院、苏州康多机器人有限公司等成功实施了5G远程外科手术动物实验。据悉这是世界首例5G远程外科手术。这台手术在中国联通东南研究院内进行,由北京301医院肝胆胰肿瘤外科主任刘荣主刀,操作50公里外的机器人进行手术,手术全程约60分钟,对福建医科大学孟超肝胆医院内的一只小猪进行肝小叶切除手术。得益于5G的传输特性,利用华为5G网络技术的大带宽、低延时、大连接的技术优势,此次手术的远程操作几乎完全同步,手术创面整齐,全程不见一丝血迹,术后实验动物的生命体征平稳。

三、智能电网

因电网高安全性要求与全覆盖的广度特性,智能电网必须在海量连接以及广覆盖的测量处理体系中,做到99.999%的高可靠度;超大数量末端设备的同时接入、小于20ms的超低时延,以及终端深度覆盖、信号平稳等是其可安全工作的基本要求。5G技术在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电,以及应急通信各个环节均有不同程度的应用。

一是在发电端,5G应用的主要场景有新能源功率预测与状态感知、分散式风电组网管理与控制等。这些场景对无线通信的连接数和时延有较高要求。其中,集中式新能源监控需要百万级的连接数,风电的叶片变桨控制需要不超过20毫秒的低时延。

二是在输电段,5G应用的主要场景是输电线路状态监测和无人机巡检。这类场景对连接数和带宽要求较高。其中,对输电线路进行在线监测需要连接和管理千万级的传感器,无人机巡检线路需要100Mbps级的大带宽。

三是在变电端,5G应用的主要场景是变电站智能巡检。借助智能机器人代替人工进入变电站内移动作业,可降低风险并提高效率。这类场景需要100Mbps级的大带宽以支撑机器人回传高清视频。

四是在配电侧,5G的应用比较广泛,涵盖故障监测定位到精准负荷控制的全流程。这些应用对低时延的要求非常高,其中配网保护与控制、智能配电网微型同步相量测量都要求低于10毫秒的超低时延,基于用户响应的负荷控制也要求不超过20毫秒的低时延。同时,这一环节需要管理的连接数也比较大,基本都在百万级和千万级。

五是在用电端,5G的应用也十分广泛,涉及用电信息采集、分布式能源及储能、电动汽车充电桩、智能家居等电能计量及用电管理的方方面面。这一层应用最突出的需求是广连接,基本都在千万级甚至上亿。

当前,围绕电力系统发电、输电、变电、配电、用电全流程,基于5G的大带宽、低时延、广连接特性以及独特的“网络切片”技术,电力行业公司、运营商和设备商在推进5G+智能电网应用落地时主要集中在以下四大典型应用:

1.差动保护(www.xing528.com)

凭借超低时延,5G可以替代光纤做配网差动保护,大幅降低成本。电力的配电网络由配电站和输电线组成,配电站里有输电设备、变压器、配电保护设备(DTU)等,假如全网按照有线连接的方式去部署差动保护,那么对光纤的需求量和部署难度会极大地推高成本。凭借小于10ms的超低时延,5G网络可以代替光纤去做差动保护,实现降本增效。

2.无人巡检

在变电站机器人巡检等电力生产管理中的中低速率移动场景中,具备大带宽特性的5G网络一方面可以对巡检机器人进行移动/飞行控制,在降低人工成本和安全风险的同时大幅提升巡检效率,另一方面还能把高清视频图像及时回传到指挥中心做分析处理,提升运维效率。

3.高级计量

随着家庭和工商业用户对用电信息、电价信息等的知情和管理诉求日益凸显,电力计量需要从传统计量向高级计量演进。具备广连接特性的5G网络可以连接海量的智能电表设备,并提升采集频次,丰富采集内容,实现双向互动,最终满足客户智能用电和个性化服务的需求。

4.安全隔离

5G独特的可定制化的网络切片技术,可端到端保障电网的高隔离性应用,更好地满足电力网络对“行业专网”的诉求,为智能电网不同业务提供差异化的网络服务能力。比如上述三大类场景应用,就可以在5G网络下并行不悖,满足用户对安全性、可靠性和灵活性的多重需求。

小贴士:自2018年以来,中国电力行业公司、运营商及华为积极联合,在产、学、研、用各环节通力合作,在5G+智能电网领域取得一系列丰硕的成果,持续推进两大超级基础设施之间的“融

会贯通”。2018年5月,南方电网与中国移动、华为签署5G使能智能电网MOU。6月,三方联合发布《5G助力智能电网应用白皮书》并签署战略合作框架协议,明确5G可以更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求,实现差异化服务保障。11月,三方完成实验室配网差动保护测试,并做好了深圳外场测试网络的端到端建设。2019年2月,三方联合完成5G智慧电网的外场测试,验证了5G低时延及端到端切片的安全隔离能力。在本次外场测试真实复杂的网络环境中,5G低时延端到端达到10ms以内,表现良好稳定,可满足电网的差动保护和配网自动化需求。6月,三方联合完成了基于SA架构的端到端切片验证,第一个切片承载电力一二区业务,保障低时延,传输电力的配网自动化业务;第二个切片承载电力三四区业务,保障大带宽,传输电力的视频监控业务;第三个切片承载公众业务。核心网、传输、无线在内的网络端到端经过验证,在公众业务超流量情况下,不影响电力业务的安全可靠运行。面向未来,三方表示将完成更多应用场景的验证,携手共同打造5G智能电网的示范区,推进智能电网的商用。

国家电网的5G应用也在热火朝天地推进中。2018年6月,国家电网与中国电信、华为在2018世界移动大会·上海期间联合演示了业界首个基于5G网络切片的智能电网业务,从端到端SLA保障、业务隔离性和运营独立性等视角展示了5G网络切片对智能电网带来的全面提升。2019年6月,国家电网与中国电信和华为联合IHSMarkit联合发布了《5G网络切片使能智能电网商业可行性分析》产业报告,第一次从定量的角度探索了5G电力切片的商业可行性。

四、5G+VR/AR

VR是虚拟现实技术(VirtualReality)缩写,又称灵境技术,是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体,其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。AR是增强现实(AugmentedReality)技术的缩写,是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后,应用到真实世界中,两种信息互为补充,从而实现对真实世界的“增强”。随着社会生产力和科学技术的不断发展,各行各业对VR/AR技术的需求日益旺盛。

自VR/AR技术问世以来,相关产品便在诸多领域广泛应用,但由于技术不够成熟、基础设施支撑不足等问题,VR/AR产业发展一直起伏不定。过去,在V/ARR设备实际应用中,使用者常常会因为画面延迟、声画不同步而产生眩晕感。为了保障数据传输的效率,VR/AR设备的体积重量相对较大,难以适应长期佩戴,“拔不掉”的数据线也限制了设备的便携性。5G具有高速率、低延时、大容量传播的特点,因此5G+VR数据传输更快、更通畅,内容存储和呈现也不再耗费大量空间与时间,突破了VR/AR原有的技术瓶颈,带来的体验自然更加舒畅。在VR/AR设备的构造和成本上,5G技术可通过超高容量的云端存储和高速、稳定的数据传输,将部分数据和计算任务交由云端完成,使VR/AR终端更加小型化、轻量化以及无线化。硬件生产成本也将下降70%左右,实际使用与维护费用也相应降低。随着5G与VR/AR进一步深入融合,VR/AR设备还有可能实现云端化,这将进一步推动VR终端的大规模普及和商用。

2020年3月24日,工信部印发《关于推动5G加快发展的通知》,要求进一步推广5G+VR/AR(增强现实)等应用,促进新型信息消费。根据AR/VR行业市场分析机构GreenlightInsights(绿光洞察)的预测,2020年全球VR产业规模将达到1600亿元,中国市场规模将达到900亿元。

小贴士:随着新冠疫情防控形势持续向好,全国各大在线旅游平台、景区纷纷借助5G+VR技术推出“云参观”、“云旅游”活动,在不排队、不扎堆的前提下满足人们强烈的出游需求。5G+VR的“科技拍档”在各种应用场景中落地生根,为人们带来炫酷的生活新体验。在四川成都,当地首个5G+VR云店铺——华为大悦城云VR店铺也已上线。在VR店面中,全景布局和商品陈列得到完美还原,用户拖拽屏幕即可前往感兴趣的“线上柜台”了解商品详细信息。5G网络助力下,画面高清,选购体验稳定流畅。新冠防疫期间,不少零售业者将目光锁定5G+VR全景虚拟导购平台建设,在拓展线上消费的同时,通过“线上柜台”引流的模式帮助线下实体门店多方位获取客源,促进门店销售增长,实现线上线下融合的新型消费模式。随着5G网络的全面覆盖,未来将会有更多商业综合体、品牌商和零售商加入线上线下融合的新型消费场景中,5G+VR消费新模式将得到更多消费者的接受和认可。