与标准介绍----第1部分5G场景与需求

5G场景与需求场景与需求 5G5G是什么是什么 5G5G场景与需求分析场景与需求分析 与各行各业深度融合，与各行各业深度融合，5G5G促进社会升级转型促进社会升级转型 1 1 蜂窝网络演进驱动力 3 驱动力1：10年千倍的流量增长驱动力2：百亿级大连接 1990s2000s2020s2010s1980s 1G 2G 3G4G5G 市场和业务驱动 容量和效率驱动 技术和产业驱动 驱动力3：新业务涌现 部分区域已经出现了容量瓶颈，需要提高频谱效率、开发新频段 新业务提出了新的能力要求 移动通信“十年一代” 5G是什么？ 5G的三大类应用场景 连续广域覆盖场景热点高容量场景 增强移动宽带场景 （eMBB） 低时延高可靠场景 (uRLLC) 低功耗大连接场景 (mMTC) 4 5G典型性能：Gbit, 1ms, 1百万/km2 5G能带来什么？ 光纤般的接入速率 千亿设备的连接能力 “零”时延和高可靠 多样化场景的一致体验 超百倍的能效提升 信息随心至，万物触手及 5 5G与4G有什么不同？ 5G不仅考虑人与人也考虑人与物、物与物 增强移动宽带场景：增强/虚拟现实、云端机器人 低功耗广覆盖场景：海量物联网 低时延高可靠场景：车联网 相比4G主要追求速率，5G关注三大关键性能指标 体验速率更快 4G x 100 空口时延更低 4G x 1/5 连接数密度更高 4G x 10 更强性能更多场景 全新生态 相比于4G的“修路”，5G则是“造城”，需要打造跨行业融合生态 通信产业工业制造智能车联增强/虚拟现实物联网 6 5G具备三大能力，构成全新一代基础设施 小结：5G，打造万物互联新世界 超大带宽超高速率 (峰值速率提升10倍以上) 超多连接 (每平方公里百万连接) 超高可靠超低时延 (可靠性99.999%，空口时延1毫秒) 云端机器人虚拟/增强现实无人驾驶 智慧城市无人工厂 网联无人机 7 5G5G是什么是什么 5G5G场景与需求分析场景与需求分析 与各行各业深度融合，与各行各业深度融合，5G5G促进社会升级转型促进社会升级转型 2 2 eMBB-连续广域覆盖eMBB-热点高容量 低时延高可靠（URLLC）低功耗大连接（mMTC） 用户体验速率: 100Mbps 移动性: 500Km/h 用户体验速率: 1Gbps 峰值速率: 20Gbps 流量密度: 10Tbps/km2 单向空口时延: 1ms 可靠性: 99.999% 连接数密度: 106/km2 低功耗、低成本 5G场景 9 信息消费及行业升级并重，全面发挥5G大带宽、低时延及多连接能力 5G使能信息消费， 延展人们想像空间 视频.VR/AR : eMBB，uRLLC 网联无人机： eMBB，uRLLC 5G构建智慧社会， 助推行业升级转型 智慧医疗: eMBB，uRLLC 智能制造: uRLLC， mMTC 云端服务机器人： eMBB，uRLLC 智慧能源： uRLLC， mMTC 智慧教育: eMBB 车联网及自动驾驶： uRLLC 12 不同创新应用将发挥5G不同能力或多项组合能力 大带宽类（eMBB）、多连接类（mMTC）、低时延靠可靠类（uRLLC） eMBB能力应用：视频及VR对应通信指标要求 序号序号分辨率名称分辨率名称 屏幕分辨率屏幕分辨率(pixel/frame) 色深色深 (bit/pixel) 帧率帧率 (fps) 视频编码视频编码 网络传输开网络传输开 销系数销系数 网络速率要求网络速率要求 (Mbps) 业务类型业务类型 HV 编码压缩编码压缩 率率 编码协议编码协议典型速率典型速率(Mbps)建议速率取值范围建议速率取值范围 (Mbps) 11080P 19201080 830165H.2651.342.5, 6高清视频高清视频 19201080 1060165H.2651.3106, 15VR 24K 38402160 830165H.2651.31510, 25高清视频高清视频 38402160 1060165H.2651.34025, 60VR 38K 2D 76804320 830165H.2651.36040, 90高清视频高清视频 76804320 1060165H.2651.315090, 230VR 48K 3D 76804320 1660165H.2651.3240160, 360高清视频高清视频 76804320 18120165H.2651.3540360, 800VR 512K 2D 115205760 830215HEVC/VP91.310050, 160高清视频高清视频 115205760 1060215HEVC/VP91.3240160, 360VR 624K 3D 2304011520 1660350H.266 3D1.3900600, 1500高清视频高清视频 2304011520 18120350H.266 3D1.323001500, 3500VR 网络速率要求 屏幕分辨率 (pixel)色深(bit)帧率(fps) 编码压缩率网络传输开销系数 图像质量 5G (3.5GHz，100MHz带宽带宽) DL: 1.4G/4Gbps: 4流流(SU)/16流流(MU) UL:175/375/700Mbps:2/4流流(SU)/8流流(MU) eMBB典型案例：网联无人机 15Mbps 60Mbps 1Gbps 360度全景/VR 1s 100ms 20ms 远程实时作业 1m 10m 0.1m 识别 精准作业 监视 电子围栏 高精度飞行管控 4G 5G 5G+ 远程遥控 激光点阵 雷达 巡检勘探 飞行状态 跟踪 泛在、移动的环境中，网联无人机对大带宽、低时延的需求，将会引爆众多高价值创新行业应用 初期可以采用4G拓展应用，后续随着5G引入业务体验更好、创新应用更多 下行速率：600kbps 上行图传速率：15-60Mbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：喷洒10m，测绘300m 定位：0.1m 下行速率：600kbps 上行图传速率：15-60Mbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：100m 定位：1m eMBB典型案例：网联无人机各类应用需求 巡检 监控 植保 物流 娱乐 救援 下行速率：600kbps 上行速率：200kbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：100m 定位：1m 下行速率：600kbps 上行图传速率：15Mbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：勘探100m，高空巡检300-3000m1 定位：控制1m，充电0.1m 下行速率：600kbps 上行图传速率：15-60Mbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：100m 定位：1m 下行速率：600kbps 上行图传速率：15-60Mbps 图传时延：200ms 控制时延：10ms 覆盖高度：100m 定位：1m 状态监控高清图传精准定位 远程控制网络安全 注1:300m-3000m的巡检高度，主要用于在有限的续航时间内完成输油管道等大范围巡检，飞行速度也比较快 uRLLC能力应用： 5G不同类型时延能力应对各类需求 无线网传输网核心网总计* 4G 20-30ms20-30ms10ms50-70 ms 5G 1-5ms1-10ms*0.4ms-1ms2.5-16ms 5G通信网络时延分析 以上为传输响应类时 延，传输大数据流量时延 与传输带宽能力相关 典型控制类/内容类时延分析 控制中心控制中心 控制信令采样 10ms CAN消息处理 10ms 移动内网络移动内网络 网络时延 20ms 移动内网络移动内网络 应用终端应用终端 数据处理 时延 1-2ms 外网传输时延 10ms 服务器时延 20-50ms 外网传输外网传输 网络时延 20ms RTP流媒体 时延 200-300ms 应用终端应用终端 图像采集 编码时延 60ms 外网传输时延 10ms 服务器时延 20-50ms 外网传输外网传输移动内网络移动内网络 内容中心内容中心 解码 显示时延 30ms 移动内网络移动内网络 网络时延 40ms 网络时延 40ms 以时延需求100ms的控制类业务为例，对蜂窝网络端到端时延需求40ms 以时延需求400ms的图像采集类业务为例，蜂窝网络端到端时延需求80ms uRLLC典型案例： 智能电网全面升级的技术需求 主要包括三遥（遥测、遥信、遥控）业务，多媒体（语音、视频、图像）业务 主要挑战在于三遥业务中低时延高可靠需求的业务 电网有专网，发挥公网的技术和产业优势尚需一个过程 火电 水电 核电 风电 光伏 发电 输电 变电智能变电站 配电 智能楼宇 智能家居 智能电表 用电 智能电网管理 分布式电源运行监视 和控制 配电自动化 精准负荷控制 配电所综合监测 输配变机器巡检 电力应急通信 用电信息采集 输变电状态监测 通信可靠性业务上下行峰值速率业务容忍最大时延 继电保护99.999%2.4Mbps15ms 输配变机器巡检*99.999%2Mbps80ms 精准负荷控制*-上行速率1.13Mbps通道传输时延要求（双向）小于200ms 电力应急通信99%64kbps3.8Mbps端到端时延100200ms； 19 uRLLC典型案例： 5G网络切片在智能电网中的应用 5G网络切片技术，可为智能电网不同业务提供差异化的网络服务能力 5G网络切片技术，可为电网不同分区业务提供高可靠安全隔离 5G网络具备能力开放，实现电力终端通信的可管可控 低压集抄、分布 式能源场景 网络切片管理系统运营商 BSS/OSSSMFAMF 电力Slice2 (mMTC切片) SMF 边缘DC 中心DC基站 AMF UDM PCRF 区域DC（地级市） 控制子站 网络切片管理系统运营商 BSS/OSSSMFAMF 电力Slice1 (uRLLC切片) SMF 边缘DC中心DC 基站 AMF UDM PCRF BackhaulBackhaulBackbone 差动保护、精准负 控场景 区域DC（地级市） 运营商网络切片管理（BSS/OSS）电力业务通信管理支撑平台 UPF 智能DTU、 精准负控、 控制子站 UPF 集中器、电表 网络切片管理系统运营商 BSS/OSSSMFAMF 电力Slice1 (eMBB切片) SMF 边缘DC中心DC基站 AMF UDM PCRF 大视频应用场 景片 区域DC（地级市） UPF 巡检机器人、 无人机、应急 通信等 控制子站 BackhaulBackhaulBackbone BackhaulBackhaulBackbone 业务主站 uRLLC+eMBB+uRLLC典型案例： 智慧油田 业务需求业务描述业务类型 油井信息采集对采油过程中的油温、油压、发动机电压、电流等进行实时监控并上报状态mMTC 高清视频监控站场大门、阀组间、加热炉、泵房、罐区等重点区域的高清视频监控以及实时 回传至管理中心 eMBB 高危区域巡检采用机器人或无人机，对站场内高危区域开展固定路线的定时巡检eMBB 高危区域排险针对站内油气泄漏、火灾、毒气等险情，采用远程控制的机器人辅助排险；必 要时采用VR技术，实时进行高质量的远程辅助排险 排险远程控制：URLLC 现场险情辅助观测：eMBB 现有问题和业务需求： 中石油站场有大量计量、转油传输、油品处理 等重点生产设备。现有主要管理手段为员工值 守和视频监控。 视频传输带宽受限，无法实现实时回传； 部分险情出现后值守人员无法靠近进行操作， 影响员工安全和险情处理及时性 需要大带宽实时监控视频回传和低时延工业级 控制的解决方案 输油管井 采油勘油 中控节点 智能安防及远程控制 自动化管线检测 智能远程 巡检 人工实地 巡检 5G5G是什么是什么 5G5G场景与需求分析场景与需求分析 与各行各业深度融合，与各行各业深度融合，5G5G促进社会升级转型促进社会升级转型3 3 传感设备、终端 人工智能、云计算、大数据 5G、物联网 连接泛在 智能泛在 感知泛在 端 云 管 万物互联，5G改变社会 22 协同制造 现代农业 智慧能源 普惠金融 益民服务 高效物流 电子商务 便捷交通 绿色生态 低速率 （10Mbps） 低时延 功耗不敏感 智 能 电 网 远程治疗 智能机器生产 视频监控 无人机智能 灌溉 智能穿戴 智能家居 智能物流 智能购物环境监测 智能抄表 智能穿戴 工厂无人巡检 智 能 停 车 移动物联网（mMTC）：丰富能力助力“互联网”发展 LPWA(Low Power Wide Area) 24 移动物联网（mMTC） ：市场明确，先发典型业务具备条件 超强覆盖超强覆盖 如：相比GSM增强20dB 超低功耗超低功耗 如：终端每天发送一次 200B报文，5Wh电池续航10年 超低成本超低成本 模组成本小于5美元， 甚至未来要求2美元 超大连接超大连接 如：大于5万连接每小区 LPWA业务要求业务要求 先发典型应用先发典型应用 智智 能能 抄抄 表表 物物 流流 追追 踪踪 市市 政政 物物 联联 智智 慧慧 楼楼 宇宇 广广 域域 物物 联联 25 移动物联网（mMTC） ： 奠基国家工业互联网，助力中国制造2025 工业互联网是互联网在工业全领域、全产业链、全价值链中的融合集成应用，是支撑智能制造的 综合信息基础设施，服务于产品的设计、制造、销售、流通及服务 27 工厂内定制化连接支撑产品全生命周期服务 工厂内网工厂外网 4/5G等移动网络 工厂信息网络 数据挖掘 工业应用 生产信息收集 公众信息收集 计算能力/结果输出 决策执行 采用授权频率，使用4G/5G及有线网络等技术，基于运营商的泛在网络，为工业互联网工厂内外数据应用提供连接 服务，主要包含采集类、控制类、监测类等应用 27 移动物联网（mMTC） ： 5G满足工业互联网发展需求 典型应用示例 工厂无人巡检 环境数据（烟雾、温度等） 采集 机械臂控制 阀门控制 生产线运行状态（设备转速、 设备温度、震动等）监控 工厂内视频监测 网络能力需求 广覆盖（车间内无缝覆盖） 大链接（几万连接） 低功耗（几年更换一次电池） 低时延（10ms） 高可靠性（99.999%） 较低时延（s级） 较高可靠性（96%） 较高传输速率（几Mbps） 低时延以及高可靠性的业务特点需要演进的蜂窝通信技术来满足部分工业控制类需求 采集类 控制类 监测类 28 移动蜂窝车联网（uRLLC）： 5G技术重新定义汽车安全， 促使车联网创新应用成为现实 20ms 1s80km/h 280km/h 95% 99% 5G技术可满足车联网低时延、高速、高可靠性的业务需求 时延速度可靠性 500 毫秒 10 毫秒 120Km/h 120Km/h 17m0.33 m 5G 2G / 3G / 4G 5G (含LTE演进) 4.5G (LTE V2X，3GPP) DSRC(美国WAVE，欧洲ETSI) 匹配的通信技术 阶段一： 车载信息服务 阶段二： 智能辅助驾驶（安全、节能） 阶段三： 自动驾驶及智能交通 31 增强移动宽带应用（eMMB）：终端变革引发丰富创新应用 沉浸式用户体验、3D全景、全高清视频流 映射成对设备更强的信息渲染能力需求 人工智能的广泛应用及复杂服务场景 催生出对设备更强的智能化多元化需求 产品对应用场景的拓展和适应能力 不断带来对设备更强的可延伸性需求 37 5G通信能力及其支持高移动性和广域覆盖，使VR/AR随时随地，无处不在 增强移动宽带应用（eMBB）：5G通信能力促成VR/AR随时随地成为现实 体验速率更快 4G*100倍 （0.11Gbps） 空口时延更低 4G*1/5 （1ms） 体验速率 体验速率 5G通信能力 1Gbps 1ms 960Mbps (8K(3D),24bits/pixel, 120fps) 10ms 端到端时延 VR/AR技术要求 平均时延 41 增强移动宽带应用（eMBB）：5G助力VR技术突破发展瓶颈 提升业务体验：5G网络可以很好解决清晰度、流畅度和响应时延三大问题，提升业务体验 计算云端化、设备移动化：5G网络可支撑运算重心向云端迁移，推动VR设备移动、轻便化 5G推进计算云端化、设备移动化