5G垂直行业网络需求与组网探析

2021-06-07高大远

通信电源技术 2021年4期

高大远

（吉林吉大通信设计股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

随着5G时代的到来，我国电信运营商的业务模式开始转变，从以往的面向个人朝着面向个人与垂直行业的方向发展。社会各界对5G一直有较高的关注度，我国政府也颁布了多个文件为5G产业的发展提供保障，促进垂直行业多个应用试点的实施。我国5G行业进入发展的新时期，针对5G垂直行业网络需求与组网需求进行深入的研究与分析有着十分重要的现实意义。

1 5G典型垂直行业应用及网络需求

1.1 5G超高清视频

现阶段，5G移动通信的一个典型应用场景就是超高清视频监控，其不仅能为用户提供丰富的视听体验，同时还能提供高分辨率的视频监控，便于区域管理人员开展安防工作。超高清视频传输过程对数据速率有着严格的要求，如4K超高清视频网络速率至少为 12 ～ 40 Mb/s。

1.2 5G智能制造

近年来，我国科学技术的发展促使工业制造也开始向着智能化的方向发展，在智能化系统控制中心的控制下各种调度设备、叉车、机械臂以及机床等能够更加高效的运行。5G网络的强宽带无线通信、低延时以及高可靠性等特征可以充分满足当下智能化工程对于产品控制的精确要求，且对于不同用户的不同要求，5G技术都能为其提供有效帮助。

1.3 5G智慧医疗

5G网络在医疗领域中发挥重要的作用，其能够帮助打破医院与患者之间的地域限制，解决同区域内医疗资源分配不平衡的问题。借助5G网络的优势，在彩超和B超等医疗设备上安装机械臂，医疗工作者能够通过机械臂实现遥感控制的目标。5G智慧医疗应用场景如图1所示。在实际应用中，由于5G网络自身具备低延时及大宽带等特征，通过毫秒数量级的脉冲传输高清诊断声音视频，可以实现医患、药师与设备之间的互动，充分保障相关操作的精准度。

图1 5G智慧医疗应用场景

2 5G组网

5G网络一般分为独立组网（Standalone，SA）和非独立组网（Non-Standalone，NSA）。一般情况下，应用NSA或SA和NSA相结合的形式直接组网处理较大的数据宽带连接垂直系统工程服务，应用SA或NSA组网直接处理大数据连接、高品质宽带以及低速率时间点无延迟的垂直工程产业。5G能够定制差异化网络性能，借助边缘计算机和网络切片技术的特性，满足不同垂直行业的需求，保障5G网络的性能提升。以某大型港口的工业智能化改造为例，至少需要配置无人驾驶货车、5G摄像头以及无人机等智能联网设备，同时上行容量的需求较大，实际需求的带宽已经超过了目前5G网络的上限。上行网络性能对于垂直行业智能化应用影响巨大，在各个领域有着潜在巨大需求和空间，具体见表1。

表1 上行网络性能对于垂直行业智能化应用

3 垂直行业对5G终端提出多样化需求

通过5G联创中心多年积累，中国移动在国内也总结了出与垂直领域合作的多个方面[2]。中国移动研究院产业与行政服务部副总经理杨光说，5G已经具备了3大特点和两大功耗，构成了全新一代的互联网基础设施，对于终端技术研发工作也提出了明确的要求。3大特点是指超大带宽-超高速度、超可靠性-低时间延迟以及超多连接，两大功耗指的是网络剪辑切片量及其边缘数值的计算。

相比于4G，5G拥有更高的速率和互联网连接密度、更短的网络时间和周期以及更安全、更可靠且更丰富的覆盖和组网功能，可以满足更加精准的定位，更快的移动性支撑等诸多方面的要求[3]。

3.1 更高的运行速率

基于大带宽及其他规模的天线技术，超高清、VR/AR将会发展成为5G的标准配置，单个用户流量在峰值时间内的速率下行最多可达1.3 Gb/s，上行最多可达175 Mb/s，终端需要很好地适应这么高的速度和数据传输需求。

3.2 更低时延

安全驾驶、远程操控、工业制造以及能源负荷都有不同的时延需求[4]。安全驾驶要求时延低于10 ms，远程操控要求时延低于10 ms，工业控制要求时延低于5 ms，能源负荷要求时延低于15 ms。

3.3 更安全

网络切片和安全技术需要确保5G安全程度，5G安全系统和网络切片机为客户提供统一、灵活、可扩展且伸缩性高的5G网络安全架构，能够满足各种应用场景下不同安全层次的需求。

3.4 更为可靠

5G面向全新的需求，交通、产业级的能源工程行业都会对其可靠度有较高的要求，现有的通信系统很难完全达到这个要求。LTE的可靠性为95%，可以通过重传方式提高其可靠性，但5G要求99.999%，必须兼顾到时延所要求的高可靠性[5]。

4 5G第一阶段R15营运场景及业务特征

4.1 沉浸式视频应用VR/AR

虚拟现实（Virtual Reality，VR）与增强现实（Augmented Reality，AR）技术将目前的语音和视觉通信拓宽到了多感官通信领域，它们是颠覆传统通信内容与人机交互方式的变革性技术[7]。3GPPTS 22.261对AR/VR等应用场景下的网络需求提出了一些建议，除了要求使用者的数据传送速率控制在1 Gb/s以上，为了保证用户的使用体验，5G网络需要满足从感知用户的头部移动到视觉反馈的时延为7～15 ms，且从感知用户的头部移动到达听觉反馈的时间不能超过20 ms[8]。

4.2 智慧交通和辅助驾驶

智慧交通网络系统涉及多个与互联网通信技术相关的领域，旨在提升旅行的安全性、降低对环境的危害以及改进交通运输管理，从而提高社会公众的生活质量[9]。路边的基础设施等都需与交通控制中心实现无线联网，以达到交通管理与控制的目的。路边的基础设施及交通控制枢纽中心之间需要采取低时延、高可靠及超小容量的方式联网，通过将5G基站沿城市街道和高速公路每1～2 m部署至路边，可以满足智慧交通系统的建设需求。

4.3 智能制造和工业控制

我国现代工业机械制造及其自动化技术主要依赖于有线连接。有线连接虽然具有速度快、支撑高以及可靠性好等特点，但其物理线路容易磨损[10]。5G网络提供的无线通信服务可靠性高且时延低，能够满足工业过程中的控制应用需求。智能化装备制造和现代化工业管理控制的主要业务需求范围包括原材料的采购、搬运与质检，产品的研发与生产，设备的安装与维护及其监控等。