5G标准与网络_ 2019年5G应用场景研究报告：5G标准还未全部完成，网络部署还需时间

文|艾瑞咨询

核心概述:

移动互联网和物联网的发展，催生5G通信技术。 与上一代移动通信技术相比，5G在标准、性能、网络体系结构、用户群、产业链发展速度方面存在较大差异。

为了满足不同运营商的5G网络建设需求，3GPP分别从4G和5G的角度定义了NSA和SA两种网络方式。 从5G的角度来看，SA网络可真正支持超高可靠性、低延迟的应用场景。

目前，5G标准尚未完全完成，部署网络也很耗时，最短到2023年左右，5G网络具备超高可靠性、低延迟应用支持能力。

ITU-R包括三个主机总线( mmtc )，每个主机总线包括增强移动宽带( embb )、可扩展可移动网络协议( URL LC )和主机总线( mmtc )

目前，市场上已经出现了很多消费水平和行业水平的5G应用场景，各应用场景对5G网络的需求各不相同，应用场景的成熟度也各不相同。

无论是垂直行业的用户还是投资者，都应该根据应用场景的需求，分析应用场景与5G技术的关联度和5G网络的成熟度，判断其应用是否为真正的5G应用及其应用场景的成熟时间，以支持决策。

目前5G发展的重点要从两方面着力，一方面要建设高质量的5G网络，一方面要加快通信行业和垂直行业的融合，促进5G网络和应用的发展和成熟。

摘要:5G差异

5G的发展背景

移动互联网与物联网快速发展催生5G技术

人们追求移动网络的高性能，将移动通信技术从2G演进为4G。 然而，随着移动互联网的迅速发展，当前的4G网络速度、延迟不能满足人们对hd视频、全景中继和沉浸式游戏业务的最终体验，移动通信技术仍需要向下一代发展。 同时，随着物联网的快速发展，多种应用场景和大量设备连接对4G网络的速度、延迟和连接密度带来了巨大挑战，新一代技术需要满足这些应用需求。 移动互联网和物联网的迅速发展推动了移动通信技术的下一代发展，产生了5G。

5G差异:技术标准

预计R16将于2020年完成，5G实现了世界统一标准

各代移动通信技术有不同的方式，5G首次实现了世界标准的统一。 3G时代，有3GPP制定的WCDMA、TD-SCDMA、3GPP2制定的cdma 2000三种标准。 4G时代，3GPP制定了FDD-LTE和TDD-LTE两种标准。 对于5G，3GPP只制定了一个标准，标准化工作分为与R15和R16版本分别对应的两个阶段。 其中，R15版本按时间分为三个子阶段: R15 NR NSA (非独立组网络)、R15 NR SA (独立组网络)和R15 late drop。 由于R15 late drop的完成时间比原计划晚了3个月，因此R15版本将在今年3月冻结，R16版本的完成时间将在3个月后顺延，并将在2020年3月完成。

5G差异:绩效指标

大带宽、高可靠性、低延迟和大连接推动行业发展

与4G相比，5G的传输速度、延迟、移动性、连接密度等指标提高了质量。 ITU值显示，5G峰值速度达到20Gbps，体验速度达到1Gbps，无线延迟不到1ms，每平方公里可以连接100万台设备，每小时可以支持500km以上的移动速度。 高性能的5G网络可以支撑网络有特殊需求的行业应用场景，是企业数字化转型的基础，有效推进行业发展。

5G差异:网络体系结构

新的网络架构使5G网络具有托管各种应用场景的能力

为了满足主要绩效指标、网络运营能力和网络发展需求，5G从核心网和接入网两方面进行了网络体系结构创新。 而无线侧则从BBU RRU的网络架构演进为CU DU AAU的三级结构，其中BBU的功能被划分，网络元件的功能被更加细分，网络方案更加灵活，并且可以支持不同的应用场景需要。 另一方面，核心网功能分为New Core和MEC两个网络元件，功能下降，MEC配置在更接近用户的位置，满足低延迟业务需求。 基于网络虚拟化( NFV )和软件定义网络( SDN )的5G核心网络实现了功能和硬件解耦、控制和传输分离以及网络片，实现了改进网络性能的目标，并且支持多种应用场景。

5G差异:用户组

c方市场无力，b方应用成为5G发展的主要推动力

c方市场无力，b方应用成为5G发展的主要推动力。 在c方市场，由于移动用户的渗透率达到112.2%，无力感增加，ARPU逐年下降。 另一方面，移动互联网发展迅速，带来了用户业务量的快速增长，但由于费用上涨、运营商价格竞争等原因，出现了总体业务量激增、收入不变的现象。 总体来看，c方用户规模达到极限，收益开始下降，c方市场饱和。 相对而言，垂直行业的应用市场潜力之所以大，是因为物联网的连接量远远超过移动互联网。 另一方面，5G作为行业数字转型的基础，创造更高的应用价值。

5G差异:终端成熟度

5G终端成熟度高，发展速度快

如前所述，行业应用是5G发展的主要推动力。 面对不同场景的需求，5G终端沿着形态多样化和相互多样化发展。 各国政策得到强烈支持，通信企业共同努力，在5G商用元年，终端类型和数量已远远超出预期，发展速度之快远不如历代移动通信技术。 4G商用元年，市场上只有4个4G终端，截止到今年9月10日，5G终端数量已达到136种，促进了5G行业的应用发展。

网络:如何部署5G网络

5G网络方式

为了满足不同的需求，3GPP定义了NSA和SA两种5G网络方式

为了满足不同运营商的5G网络建设需求，3GPP定义了NSA (非独立网络)和SA (独立网络)两种5G网络方式。 从5G的角度来看，NSA是5G网络将4G基站作为控制平面锚点来接入EPC(4G核心网)，还是将增强型4G基站作为控制平面锚点来接入5GC(5G核心网)，反之亦然。 从4G的角度来看，4G网络可以使用5G基站作为控制平面锚点来接入5GC，反之亦然。 在标准制定初期，3GPP提出了8种5G网络方式，2017年推出的标准优先选择了Option2、Option3/3a/3x、Option4/4a、Option5、Option7/7a/7x网络体系结构。 目前，这五种网络体系结构已在3GPP R15的NSA、SA和late drop三个子版本的冻结下完成。 从5G的角度来看，Option2、Option4/4a属于SA体系结构，而Option3/3a/3x、Option5和Option7/7a/7x属于NSA体系结构。 从不同的角度来看，结果不同，本报告主要从5G的角度来定义两种网络方式。

NSA和SA网络性能

SA网络可以真正支持超高可靠性和低延迟业务

4G(LTE )核心网与无线，NSA网络的5G网络不能实现毫秒级的端到端延迟。 NSA网络主要以4G网络为主，5G基站在现有的4G网络中追加扩展追加资源，满足高速业务需求。 SA网络不依赖于4G网络，5G基站和5G核心网单独构建网络，新的网络架构与多个5G关键技术协作，5G网络实现可靠的低延迟。 延迟和可靠性是一对结束的指标，与此消除的关系，在探讨如何减少移动通信系统的端到端延迟的同时，必须综合考虑可靠性的指标。 移动通信系统的延迟主要由无线电延迟、承载网络延迟、核心网络延迟和PDN延迟组成，5G根据系统的角度进行设计，并大体上计划降低端到端延迟。 因此，仅采用SA网络，就能够从系统整体综合运用多种新技术，实现高可靠性、低延迟的目标。 SA网络主要采用控制和传输分离、网片、核心网功能沉降和移动边缘计算等技术建立新的网络架构，采用新的帧结构，减少TTI，减少数据传输间隔、资源预留、D2D等技术，采用直通传输技术 采用FLEX-E技术，减少了NP处理延迟，减少了TM调度延迟，减少了承载网络延迟，整个系统的不同部分的新技术联合起来，可以实现端到端延迟的减少，并真正支持可靠的低延迟业务应用。

NSA与SA网络的发展速度

NSA网络比NSA网络发展速度慢

下一代移动通信网络的发展速度主要取决于标准制定速度、设备厂商的进度和运营商建设速度，三者依次进行，任意环节的进度影响着网络整体的成熟周期。 从标准制定的观点来看，NSA早于SA标准完成时间。 如上所述，5G标准分为R15和R16两个阶段，第一阶段于今年6月完成，其中R15 NSA标准于2017年12月完成，R15 SA标准于2018年6月完成，第二阶段预计于2020年3月完成。 5G的第二阶段主要从完善5G应用场景和提高5G性能两方面进行了研究。 另一方面，为满足工业制造、功率控制等工业应用场景，进一步研究可靠的低延迟，基于5G新型无线电V2X满足高级自动运行的应用场景。 从MIMO改进、新无线移动性的增强、远程干扰管理和交叉链路干扰抑制等方面来看，改进5G的性能。 在R16标准完成后，SA网络上的5G网络可以真正支持可靠的低延迟行业应用。 但是，R15 SA标准已经完成，在设备厂商通过SA测试之前，运营商可以根据SA网络方式建立5G网络。 标准完成的时间直接影响设备厂家的进度，目前NSA速度快，SA还处于测试阶段。 从网络建设的角度来看，NSA只要连接4G网络，配置5G基站，建设速度就快，SA网络需要与基站新设核心网络，速度慢。 总体来看，SA网络的发展速度慢于NSA网络，成熟时间慢于NSA网络。 但是在SA是5G的最终形态，为了实现5G技术的性能指标，NSA网络最终必须发展成SA网络。

国内5G网络部署情况

预计5G网络在2023年前后将真正具备高可靠性和低延迟能力

2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电部门发布了5G牌照，标志着中国正式进入5G商用元年。 与中国广电只能采用SA集团网不同，其他三大企业在5G网开展方式方面更有选择。 但是，无论采用什么样的建设方式，支持高可靠性、低延迟和大连接的SA网络都是中国5G网络的最终形态。 今年7月，工信部要求加入2020年的手机同时支持NSA和SA，只支持NSA的手机不允许加入，政府表示支持5G SA网络的姿态。 R16标准正在顺利进行中，预计将于2020年3月完成，各设备厂商的研发测试需要近一年的时间，运营商的全部网络展开也需要一定的时间。 4G时代，职业生涯花了近四年创造精品网。 按4G网络建设速度类推，5G牌照刚刚发布，实现全国霸盖至少需要3年时间。 因此，目前中国运营商是从NSA网络顺利过渡到SA网络，还是直接采用SA网络，首先必须在2023年前后完成可靠的低延迟和支持大连接的5G网络。

应用:5G应用场景

5G应用程序载体-5g手机

建议购买双模5G手机，从2020年起同时支持NSA和SA

手机是移动互联网的主要入口，也是语音业务和各种数据业务的载体。 5G移动电话支持的网络方式确定了可接入的网络。 如上所述，5G有NSA和SA两种网络方式，由于单独支持一种网络方式的移动电话，因此无法访问另一种网络方式的网络。 NSA标准完成时间快，产业链成熟速度快，支持NSA的手机芯片已经完成测试，但支持SA的手机芯片仍处于测试阶段，发展速度慢。 仅限于手机芯片，现在市场上的手机只有华为的mate 30支持NSA和SA，其他品牌的手机只支持NSA。 工业情报部在2020年发售的5G手机中必须同时支持NSA和SA，只支持NSA的手机不能加入。 由此，仅支持NSA的手机预计将在2020年前上市。 我国运营商以SA网络为最终目标，前期有可能取得NSA和SA混合存在的网络，但仅支持NSA的手机在NSA网络下只能使用5G网络。 因此，购买5G移动电话的用户应该在2020年以后购买同时支持NSA和SA的双模式5G终端。

超高清视频-4K/8K视频

5G和100多万亿条光纤能够满足4K/8K超高清视频传输的需要

4K和8K分辨率的视频被定义为超高分辨率的视频，主要是通过高分辨率、高帧率、高灰度级、宽色域、高动态范围以及三维声音的六维技术改进来给用户带来震撼和沉浸感。 HD视频( 1080P )每帧200万像素，4K超HD视频每帧800万像素，8K超HD视频每帧3300万像素，是HD视频的16倍像素数。 巨大的像素数可以给用户带来极致的体验，同时也可以挑战网络。 4K超分辨率视频需要至少60帧/秒的帧率，并且每秒4K超分辨率视频的数据量=帧像素*颜色深度*帧率=3840*2160*10*3*60=1.74GB。 因此，如果不压缩，4K超高清视频要求至少14Gbps的传输带宽，并且典型的H.265编码方案要求60-75Mbps的传输带宽，而8K超高清视频要求约135Mbps的传输带宽。 可以看出，5G的下游速度最高为20Gbps，体验速度为100Mbps-1Gbps，5G网络具备4K和8K的超高清视频的卓越负载能力。 截至今年6月，我国有线宽带接入用户已达43475万人，其中超过百兆带宽的用户占77.1%，并且我国宽带用户依然转移到高速率，因此现在的百兆光纤 如上所述，基于5G的超分辨率视频在其中移动性强的场景、有线触摸不到的区域中具有更大的优点，因此用户需要根据具体应用场景来选择接入网络。

消费者应用:5g超高清移动视频

超高分辨率移动视频类的应用再次推动移动通信量的爆炸性增长

4K/8K超hd视频的应用场景属于5G增强移动宽带( eMBB )类别的应用。 在5G网络建设的前期，两种网络方式都可以满足这种场合的需求。 在超高清视频的应用场景中，从使用成本、网络性能和网络垄断等方面进行分析，室内环境中百兆以上的有线宽带性能更具优势，在移动性强的应用场景和无线垄断的地区，5G网络更具优势。 基于智能手机的超高分辨率视频点播/直播和超高分辨率云游戏已成为5G网络的重要应用场景。 由于目前超高清视频产业链还不完善，面临着内容不足支持频道广播的问题，发展前期，体育比赛转播、大型事件转播等超高清转播类应用场景发展迅速。 超高分辨率视频产业应降低超高分辨率视频的制作成本，丰富超高分辨率视频的内容，与5G合作发展该产业。 智能手机的便利性使用户能够在不受时间和地区限制的情况下观看视频、玩互联网游戏，随时随地使用手机进行交通消费。 5G时代，手机视频正在走向超高分辨率，移动视频业务再次推动移动业务的爆炸性增长。

消费者级应用程序—5G VR应用程序方案

当前，VR需求较小5G，将来基于云VR的便携式头部将更加需求5G

按头显示器分类，VR分为轻量级VR、PCR和VR一体型。 轻量VR没有独立的计算记忆显示设备，需要和手机等移动设备组合使用。 PC VR是把PC作为计算和存储的有线连接设备。 VR多功能一体机内置CPU/GPU，具备独立的显示器，可连接网络独立动作。 VR复合机将来成为主流的设备形态。 根据是否存在网络，VR可以划分为单个VR和网络VR，以及根据图像计算位置将网络VR划分为云VR和客户机VR。 云VR集中处理计算和控制管理云，大大降低了头部显示设备的性能要求，有效降低了成本。 网络VR对传输带宽和时延两者都要求很高。 如上所述，5G和多于100万亿条光纤能够满足4K/8K超高清视频的传输需要。 VR用户可接受的从头部运动到图像显示的最大延迟为20ms，视觉和位置的差异引起强烈的眩晕感。 网络VR延迟主要包括位置跟踪延迟、网络传输延迟(上行延迟和下行延迟)、图像处理延迟、可见屏幕更新延迟和屏幕传输延迟的一些组件。 独立的VR没有网络传输延迟，延迟相对较小，但是当前常见的独立的VR延迟已经降低到20ms。 相对于4G，5G和有线宽带延迟可以更小，并且基本上可以满足网络VR20ms延迟的要求。 现在VR广泛应用于沉浸式游戏、比赛转播等场景，在数字博物馆、远程医疗、教育、旅游等领域也不断探索。 然而总的来说，当前VR头部显示设备的便携性较低，主要应用场景仍在室内，对移动性的要求不高，并且与5G技术的关联性较差。 但是，随着云VR技术的发展，轻量级的头显示设备迅速普及，VR技术的移动性需求增加，对5G技术的需求也在增加。

行业级应用: 5g行业的无人机应用

5G网络推动行业无人机应用的快速发展

无人机是指利用无线遥控器和程序进行控制的无人机，正在经历从消费应用向行业应用的转变。 业界无人机已经实现在农林植保、电力和石油管道巡逻、应急通信、气象监测、农林作业、海洋水纹检测、矿物勘探等应用领域的应用。 业界对无人机无线通信的需求主要在无人机安全飞行和业务通信两方面，安全飞行是指无人机维持地面实时通信以保证无人机安全飞行，业务通信实现业务水平的信息传递。 通常，对业务速率的要求更高，而安全飞行要求更小的通信延迟。 不同应用场景的业务，上行速度、延迟、复盖高度和复盖范围的需求各不相同。 蜂窝网站高度一般为50米，行业无人机低空飞行高度在300米以内，50米到300米的空间不在天线主瓣范围内，需要测试网络的低垄断质量，以验证是否满足行业无人机的飞行需求 在工业园区、农村和城市等不同场合测试4G网络的低复盖质量结果表明，测试指标包括信号强度、下行信号信噪比、干扰、上行速度、延迟、切换等指标进行测试，受上行速度、延迟和干扰等问题的限制，4G网络只能满足部分应用场合的需求。 5G关键技术可以通过网络垄断能力、上行速度、延迟、干扰和小区连接数等指标提高，满足现阶段工业无人机应用和未来工业无人机应用发展对网络通信的需求，有效推动工业无人机的快速发展。

行业级应用:5g智能港口

实现5G港口业务自动化、智能发展，支持智能港口建设

近年来，我国港口货物吞吐量大幅提高，给港口装卸效率带来了挑战。 传统码头人工作业效率低下，困难重重，港口自动化、智能运营需求迫在眉睫。 港口码头生产主要包括水平运输系统、垂直运输系统及监控系统三个环节。 水平运输系统包括用于岸桥和码头之间的集装箱等货物运输的集成卡和AGV。 垂直运输系统包括岸吊、轮胎吊和轨道吊，岸吊用于集装箱船到岸装卸。 轨道吊和轮胎吊用于集装箱等货物的装卸和整理。 视频监控系统包括相机、无人机、安全监控、海岸线巡逻等。 根据网络需求划分，港口业务分为控制级通信和监控级通信两种应用场景。 控制级通信实现岸吊、轮胎吊、轨道吊的远程控制和集卡和AGV的远程调度。 监视级别通信类应用程序主要指视频监视类的场景。 目前有些港口仍然人工开工，自动化港口主要采用有线宽带和4G网络协同网络方案。 但是，有线宽带难以在港口展开，易磨损，垄断范围有限，4G网络成本高，带宽小，可靠性低等问题不能满足港口业务对网络移动性、可靠性、延迟和带宽的需求。 5G宽带宽、高可靠性和低延迟、大连接特性在港口各项业务中都有优势突出，实现港口自动化、智能发展，有助于智能港口建设。

行业级应用程序: 5g智能电网

5G配电网业务通信接入方式丰富，需要论证5G专用网

智能电网将成为电力行业的发展趋势。 智能电网的建设也给当前的电力通信网带来了新的挑战。 根据电流的流动，电力系统分为发电、输电、配电、变电和耗电五个环节，不同环节对通信网络的需求不同。 电力通信网络主要由基干通信网和访问多种业务的配电通信网构成。 目前，基干通信网通过光纤实现了全权复盖，配电通信网的应用场景复杂，通过无线和有线等多种通信技术实现了复盖。 根据通信网络的用途，智能电网(主要指配电网侧业务)的典型应用场景分为控制类和收集类。 控制系统的应用包括智能分散自动化、消耗电力需求方的应对和分散能源控制等应用场景。 收集类的应用包括高级计量、变电站巡检机器人、输电线无人机控制、配电室视频监控等应用场景。 目前，智能电网终端广泛分布，有线网络在性能上能够满足业务需求，但存在布线困难、成本高等问题。 目前4G网络不需要接线，但在性能上无法满足部分业务时间的延长和可靠性需求。 总的来看，现在的通信电网虽然有“强”的基干网，但是没有“柔软”的配电网。 5G宽带宽、高可靠性、低延迟和大连接特性丰富了配电网侧业务接入方式，克服了最后一公里的接入问题，帮助智能电网建设。 要构建“灵活”的配电通信网，需要无线网络，但电力行业是否需要用5G技术建立专用网，还需要进一步论证。

行业级应用: 5g远程医疗

5G远程医疗促进了医疗资源的下滑，建议在发展初期仅用于辅助医疗

远程医疗可以有效地促进医疗资源的共享下降，提高远程医疗能力。 目前，远程医疗主要包括远程会诊、远程超声、远程手术、紧急救援、远程示教等应用场所。 对远程医疗网络的需求主要有宽带和低延迟两个方面，宽带主要用于传输高清医疗视频和交换高清视频，低延迟用于远程医疗机械手和医疗机器人等设备。 有线和5G可以满足宽带和低延迟的需求，但在医疗能力落后的偏远山区，电缆布线困难、成本高，5G网络的优势很大。 现在，远程医疗无法通过屏幕进行正确的判断，存在患者的不信任等问题，妨碍了普及。 远程医疗还处于发展初期，5G网络及其相应的基础设施尚未发展。 为了关系到生命的安全，建议现阶段只用于辅助医疗。

行业级应用: 5g汽车网络

5G高性能加速车网络面向自动驾驶

车网( Vehicle toEverything，V2X )是连接车辆和一切事物的下一代信息通信技术，v代表车辆，当前的x主要指车辆、人、交通线路基础设施和网。 C-V2X是以包含LTE-V2X和5G NR V2X蜂窝网络为基础的物理网络技术。 受到带宽和延迟的限制，LTE V2X只能满足辅助和主自动操作，并且高级自动操作需要更宽带宽和更低延迟的网络支持。 目前汽车网络的典型应用场景有编队形式、自动驾驶、远程驾驶及扩展传感器等应用场景，对网络带宽、延迟及可靠性要求更严格。 5G宽带宽、可靠的低延迟特性，促进了汽车网络加速自动驾驶。

展望:5G如何发展

5G技术相关度

根据应用场景对5G技术的需求度判断5G技术关联度

5G技术的相关度是应用场景必须使用5G技术实现或者使用5G技术比其他通信技术具有更大的优点。 5G的明星效应吸引了许多消费级和行业级的应用场景。 但是，这些应用场景是否真正的5G应用，有必要从应用场景的需要中分析5G技术的相关度。 从带宽、时延、可靠性、移动性、连接容量和霸权复盖等6个维度进行比较分析，5G与4G相比带宽大、时延低、可靠性高、移动性强、连接容量大、劣势对室内环境的独占性差。 根据应用场景对网络的需求和通信技术性能分析，当前热点的应用场景分为三类，分别对应5G相关度低的三个等级。 第一类应用场景可同时满足5G和光纤，但是光纤更有利，这种应用场景的5G相关度较低。 第二类应用场景是5G和光纤都满足需求，但5G的优势，这种应用场景的5G相关度处于中级。 第三类应用场景只能满足5G需求，这种应用场景的5G相关度最高。

给行业用户和投资者的建议

根据应用场景需求，分析5G技术关联度和5G网络成熟度

如上所述，目前5G标准尚未完成，优化网络建设需要很多时间，因此5G网络在一定的发展时间后实际上需要实现5G技术的高性能指标。 在发展期间，5G技术不断发展，5G网络的性能也逐渐提高，随着5G的发展，不同时期的5G网络推动了对网络有一定需求的应用场景的发展。 5G的高关注度吸引着所有行业。 各行业的企业都想乘坐5G级发展的快车。 无论是垂直行业的用户还是投资者，都应该根据应用场景对网络的需求，首先分析应用场景与5G技术的关联度，判断其应用是否是真正的5G应用。 然后，根据5G网络的成熟度，判断该应用场景的成熟时间。 最终，基于分析结果，决定在当前阶段是使用还是投资5G网络。

现阶段5G发展建议

建设优质5G网络，加快通信行业与垂直行业的融合

互联网作为一个基础设施，往往要先于应用的发展。 今年6月工信部发行4张5G牌照，意味着中国进入了5G的商用阶段。 经过前期探索，市场已经出现了大量的5G应用解决方案，但到目前为止，5G还没有出现杀手级应用。 如上所述，行业应用是5G的主要应用场景。 网络是应用的基础和保障，应用是网络价值的体现。 目前5G发展的重点要从两方面着力，一方面要建设高质量的5G网络，一方面要加快通信行业和垂直行业的融合，促进5G网络和应用的发展和成熟。