摘 要：5G移动通信的时代正在加速到来，在5G网络的应用中，除了技术更先进之外，更重要的是5G网络能够连接人们日常生产生活的各个行业，为行业创造更大价值。本文以对移动通信需求最强烈的三个行业为例，系统地研究了5G对这三个行业所能带来的改变和提升，最后给出5G与垂直行业结合的应用案例。
关键词：5G;垂直行业;VR;无人机;车联网
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）15-0059-05
5G Helps Vertical Industry Transformation and Upgrading
WANG Jingfei
（Shanghai R & D Center，ZTE Corporation，Shanghai 201203，China）
Abstract：The era of 5G mobile communication is speeding up. In the application of 5G network，in addition to more advanced technology，there are more industries in which 5G can connect peoples daily life and production，creating greater value for the industry. This paper takes three industries with the strongest demand for mobile communication as examples，systematically studies the changes and improvements that 5G can bring to these three industries，and finally gives the application cases of combining 5G with vertical industry.
Keywords：5G;vertical industry;VR;UAV;vehicle networking
0 引 言
2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电四家企业发放了5G商用牌照，标志着中国的5G时代正式到来。那么5G究竟有什么样的特点？5G的到来，又能在哪些方面改变人们的日常生活？本文从VR、无人机、车联网三个行业领域入手，探讨5G对于垂直行业转型升级的加速作用。
1 5G概念
“5G”是“第五代移动通信标准”的简称。目前国内广泛使用的移动通信网络是第四代，简称“4G”，从2012年开始建设，目前已经日臻成熟和完善。4G时代，人们有了能够高速上网的手机，可以自由地与亲朋联络，也可以随时随地地获取各类资讯。5G与4G相比的提升在于：首先，5G可以给人们提供更高的上网速度、更可靠的网络质量;其次，5G开拓了移动通信更广阔的全新领域，将生产、生活中的各类事物连接在一起。所有有网联需求的汽车、无人机、机器人等，都将在5G网络下实现连接。
2019年，中国的5G网络正在从试商用阶段过渡到规模试验阶段，在2020年可以实现全网商用。5G的脚步越来越近，对于公众来说，5G网络有哪些新的变化呢？国际电联ITU提出了5G的愿景，5G会面向三大场景提供服务：
（1）eMBB（enhanced Mobile Broadband）：增强移动宽带;
（2）mMTC（massive Machine Type Communi-cations）：大规模物联网;
（3）uRLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）：低时延高可靠连接。
在eMBB场景下，用户可以获得高于2Gbps的下行速率;在mMTC场景下，可以实现每平方千米100万以上连接数;在uRLLC场景下，可以实现低于1ms的空口时延和高达99.999%的可靠性。
2 5G与垂直行业
正如5G的愿景为将工作、生活中一切需要网络的设备都连接在一起。5G天然是为服务垂直行业而生，对网络通信本身要求高的行业，也理所当然成为5G网络应用中受益最大的行业。这些行业包括：VR直播/游戏、无人机、车联网等。
2.1 VR直播/游戏
2.1.1 VR行业的特点
VR在过去几年一直作为“黑科技”被广泛关注，从最早期的单人娱乐，发展到了如今的视频直播和在线游戏。体验VR需要一个特殊的终端，终端的类型主要有三类：外接式VR头盔、VR一体机、手机式VR。
外接式VR头盔。外接式VR头盔的特点是需要一台高性能显卡主机做视频运算，VR头盔作为显示设备，两者相结合才能获得完整的VR观看体验。该类型的VR体验是当前最好的，其图像渲染能力强，可以运行大型VR游戏，但高性能视频主机价格昂贵，大大阻碍了VR的普及。
VR一体机。VR一体机是将数据存储接收、图像处理、显示都集成在头盔中，只需要一台设备，能够联网即可体验VR。受限于设备的能力，VR一体机图像处理性能一般，只适合观看VR视频，无法体验游戏。
手机式VR头盔。手机式VR是使用手机+VR盒子构成的简单VR设备，在手机中安装VR专用APP即可体验VR，是门槛最低的体验方式。由于手机屏幕的限制，手机式VR难以输出高分辨率的图像，普遍体验不佳。
2.1.2 VR的发展瓶颈
VR技术已经产生了一段时间，但用户量一直没有获得爆发性增长，主要原因在于：VR终端的性能与成本存在矛盾。
VR体验最好的设备是HD主机+外接式VR头盔，但该设备价格较高，一套设备通常要超过1万元，难以在大众用户中普及。一种低成本方案是VR一体机，其兼具数据处理和显示功能，价格为2000～3000元，但是该设备的图像处理能力一般，只能进行视频观看，无法再对图像进行渲染，难以获得良好的VR体验。
2.1.3 5G与VR的结合
5G的到来，使得以低成本体验最优质的VR内容成为可能。
在5G网络下，在线的VR游戏可以把图像的渲染和显示分开处理：终端只负责图像的显示;把需要进行的大量图像渲染的计算，放在5G的云端。这样，用户就可以使用只支持图像显示的VR一体机来体验在线的VR游戏了。
不过，VR在线游戏经过这样的重新构成，对VR一体机连接到云端渲染的网络而言，挑战加大了。根据测算，不同的VR分辨率对于网络的要求也在逐步提高，具体如表1所示。
可以看到，5G网络可以满足VR业务对大带宽的需求，典型5G网络单用户速率可以达到2Gbps以上，可以满足多路VR用户同时体验的需求。
VR业务的另一个指标——时延，在5G网络中通过MEC架构的引入，也可以得到极大的提升。视频数据就近在MEC上进行渲染和加速，大量数据不再经由核心网发送到外部网络，有效减少了数据因传输路径过长而带来的时延。
2.2 无人机
2.2.1 无人机行业的特点
无人机是近年新兴的另一个行业，据艾瑞咨询无人机行业分析报告，未来无人机在航拍及娱乐业的市场规模将达到300亿，在农林植保业的市场规模将达到200亿，在安防业的市场规模将达到150亿，在基础设施巡检业的规模将达到50亿。
（1）航拍娱乐。当前无人机的最重要的应用领域就是用于航拍，由于无人机的独特视角，可以拍摄出具有强烈震撼感的画面;
（2）农林植保。通常用于植保的小型无人机可负载8～10公斤农药，低空喷洒每分钟可以完成1亩，效率是传统人工的30倍。同时，无人机旋翼产生的向下气流，更有助于提升喷洒的效果;
（3）安防。在新型的智慧城市中，无人机的安防是体系中重要的组成部分，由于无人机的机动性好，可以执行日常巡逻，也可以对重点安全问题进行全程追踪。与航拍娱乐的应用不同之处在于，安防要求无人机能够实时将画面传送到指挥中心，供后方人员进行实时监控;
（4）基础设施巡检。一些固定的基础设施（如基站、桥梁、电力线、输油管道）需要进行周期性的人工状态巡检，以便提前发现隐患。无人机可以按照预先设定的路线进行自动化作业，以便降低人员前往偏远地区的工作量，确保人员安全，同时大幅提高效率。
2.2.2 无人机面临的问题
在当前4G网络下，受限于网络的传输能力，无人机的图传和控制主要局限在视距范围内。这给无人机的操作者和监控者带来了极大的不便，如何让无人机飞得更远，是一个迫切需要解决的问题。
无人机在面对巨大的市场想象空间的同时，也面临监管的难题：飞行安全、黑飞问题等，都是困扰无人机行业发展的巨大挑战。因此，无人机的强制联网在工信部已经提上议程，将来的无人机全部都是实名制的网联无人机。
2.2.3 5G与无人机的结合
5G的广泛应用，可以为无人机真正插上远航的翅膀，充分发挥其在行业中的应用价值。
无人机对于网络能力的要求，主要集中在远程控制、高清图传等方面。其中，远程控制能力，主要是对网络的时延具有要求，控制数据要求下行速率为300～600kbps，端到端时延要求小于140ms。高清图传能力，将无人机搭载的摄像机所拍摄的视频，以无线方式实时传送到基站，对网络的上行速率提出了较高的要求，传送1080P视频上行带宽要求约10Mbps，如需传输4K及以上视频，上行速率需达到120Mbps以上。无人机对网络能力的要求如表2所示。
5G网络速率方面，在城区宏蜂窝场景下，平均站间距500m，通过使用具备垂直波束调整能力的3D-MIMO 64通道基站，在120m的飞行高度上，可以达到40Mbps的上行速率，可以满足4K高清视频传输的要求。对于120Mbps以上的上行速率，后续仍需要在5G网络中增加上行增强的手段，包括增加上行时隙比例、专网覆盖天线向上辐射等方式。
5G网络时延方面，空口引入uRLLC技术后，可实现将时延降低至1ms，5G核心网时延大约10～20ms，如增加部署边缘计算节点，则时延还可以降低。总体时延控制的潜力，完全可以满足无人机时延低于140ms的需求。
2.3 车联网
2.3.1 车联网的典型场景
随着汽车保有量的不断增加，车联网的重要性也越来越突显。车联网的技术发展，从4G时代起就已经有了很大成果，5G时代的到来，将使车联网真正能够实现大规模应用。
车联网对网络的要求主要有以下几个应用场景：
信息娱乐：信息娱乐包括高清视频、地图、游戏等车载应用，其数据带宽需求范围为20～100Mbps，时延需求为1～10s。
交通效率：交通效率包括导航、红绿灯、路况报告等提高交通效率、预防拥堵的应用场景。其对于网络时延要求为500ms，带宽需求较小，约几k到几十k。
辅助安全：辅助安全包括防碰撞、事故告警、行人预警等紧急状况的预测和处理。对于网络时延要求较高，约20～50ms，可靠性要求99.9%。网络同时需要满足最高约200km/h的移动速度。
自动驾驶：自动驾驶技术经过多年的发展，已经从L2发展到了L5阶段，每个阶段的具体特征如表3所示。
自动驾驶由于涉及较高的安全性和可靠性，对网络的要求非常严格。对于时延，要求小于5ms，可靠性大于99.999%。车辆在行驶过程中，由于需要高清地图进行实时线路规划，对于网络下行带宽的要求为1Gbps以上。该网络要求同时需要支持200km/h以上的移动速度。
2.3.2 5G与车联网的结合
从4G时代开始，就已经有关于车联网的标准——LTE- V。LTE-V可以提供最低20ms时延，约100Mbps下行速
率。在信息娱乐、交通效率、辅助安全三个场景中，LTE-V技术可以满足业务的需求。
但是，在对车联网要求最高的自动驾驶场景中，由于LTE-V的速率、安全性的局限，必须用到5G V2X技术，从而满足业务数据1Gbps以上带宽，控制数据5ms时延，99.999%可靠性。5G V2X的详细数据，如表4所示。
3 中兴通讯创新的5G应用解决方案
中兴通讯以“5G先锋”作为使命，不仅在5G专利、产品研发上进行了大量的投入，同时，在与5G相关的若干垂直行业，都进行了深度的研究和应用探索。在主要垂直领域，形成了以5G为纽带的产业生态，正在逐步从技术验证向产业链商业化迈进。
3.1 低时延VR游戏
中兴通讯联合中国移动提出的云VR方案（如图1所示），可以解决VR用户设备成本与性能体验的矛盾——在5G网络中部署MEC网元，并利用MEC的开放能力部署GPU集群，将VR游戏的图像渲染处理放在边缘云上;用户可以使用价格较低的VR一体机，通过云端的图形渲染，获得上万元高清主机才有的VR互动游戏体验。可以预计，VR游戏业将迎来新一轮爆发增长。
3.2 360°全景直播
360°全景视频需要4K乃至8K的分辨率，因对带宽需求较大，一直以来都是通过有线网络传输，这样会带来一个比较大的限制——摄像机一直需要拖着一根网线才能实现直播。中兴通讯采用5G网络作为全景视频回传的通道，解决了全景摄像机不能随便移动的难题。
整个5G直播系统由三部分组成：风景区、5G系统、演示区。
风景区——全景摄像机架设在乌镇西栅景区的观光船上，通过设置在船内的5G终端，将4K全景视频数据实时传送到5G网络中。
5G系统——5G系统由5G NR基站和5G C核心网组成，将5G终端发送的视频数据汇聚到核心网，并传送到演示区。
演示区——世界互联网大会现场，这里由一台视频主机接收4K全景视频数据，将画面投放在电视墙上，同时还可以由VR进行第一视角的全景体验。
这次直播通过3.5GHz 5G预商用基站覆盖乌镇西栅景区河道，景区游船上安装高清摄像头，拍摄图像通过5G网络实时上传，随着船只在水面缓缓行驶，一幅美丽的高清4K水乡风景画也徐徐在大会现场观众面前展开。
采用多个高清摄像头合成广角画面对上行传输速率要求高，5G空口网络上行速率在实测中能达到每秒数百兆，因此在复杂多变的外场真实环境下，4K高清画面能够高速、无损地被传输至展会现场的大屏幕上，观众就可通过高清全景直播游览水乡，身临其境般直观感受5G网络大带宽的特性。其组网架构如图2所示。
3.3 无人机监控视频直播
中兴通讯联合中国电信、大疆创新，在雄安新区联合进行了基于5G网络的无人机监控视频直播。
目前，无人机无论在个人娱乐还是在行业的应用都已经非常广泛了，但是当前的无人机拍摄，由于缺乏高速的视频回传通道，还无法做到实时直播。大疆创新提供的直播无人机可以回传1080P的实时视频，通过编码和5G网络的传输，可以在远端的演示区，实时观看无人机的飞行直播。
整个5G直播系统由三部分组成：风景区、5G系统、演示区。
风景区——中兴的5G直播系统，无人机在景区上空飞行，实时视频数据经由遥控器、视频编码器、5G终端传输到5G网络中。
5G系统——5G系统由5G NR基站和5GC核心网组成，将5G终端发送的视频数据汇聚到核心网，并传送到演示区。
演示区——演示区是雄安新落成的市民中心，这里由一台视频主机接收1080P视频数据，将画面投放在电视墙上。
其组网图如图3所示。
3.4 无人驾驶联网实验
中兴通讯联合中国电信、百度，在雄安新区完成了国内首个5G网络下的无人驾驶车测试。
本次实验自动驾驶车内放置了中兴5G终端，测试路线5km区域覆盖了5G信号。通过测试，验证了车辆在中速行驶条件下（50km/h），无人驾驶所需要的高精地图，通过5G网络实时下载，需求速率为500Mbps，5G网络完全可以满足需求。测试组网验证场景如图4所示。
自动驾驶测试场景如下：
（1）自动驾驶车辆1在5G网络下载地图并自动设计路线PlanA;
（2）A路线发生突发情况，自动驾驶车辆2将信息在5G网络下上报;
（3）自动驾驶车辆1在5G网络实时更新高清地图，并快速根据信息调整行驶路线至PlanB路线。
4 结 论
5G的技术已经成熟，5G网络也离人们越来越近，5G究竟能够给社会带来多大的变化？很大程度上并不取决于5G技术本身。笔者长期从事5G在应用领域的推广工作，深刻感受到，5G需要的并非是“推广”，而是“赋能”。5G是一个连接的载体，被连接者才是5G时代的主角。在5G产业化的过程中，既会有大量传统行业因此受益起飞，也会有新兴的行业和商业模式出现。
人类社会已经经历了三次工业革命，每一次革命都对人类的工作和生活方式带来了巨大的变化。5G、云计算、人工智能，这些新的技术已然蓬勃发展，并在很多领域取得了令人惊艳的成果。我们当前尚无法预测这些技术的积累是否会带来第四次工业革命，但有一点毋庸置疑：积极拥抱新技术和新变化，勇立潮头，是对未知将来最佳的应对方式。
参考文献：
[1] 小火车，好多鱼.大话5G [M].北京：电子工业出版社，2016.
[2] 程琳琳.5G时代，运营商可以在哪些垂直行业“获利”？ [J].通信世界，2018（26）：38.
作者简介：汪竞飞（1979.10-），男，汉族，安徽无为人，5G业务总监，资深架构师，工程师，研究生，MBA毕业于上海交通大学安泰经济与管理学院，本科毕业于西安电子科技大学通行工程学院，长期从事5G与垂直行业相结合的领域研究，牵头推进5G与垂直行业合作伙伴的联合业务示范，组织构建以5G网络为纽带的全新产业生态，研究方向：5G垂直行业应用。
