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2019年5G应用场景研究报告
发布者:物联网照明发布于:2019-11-21

       移动互联网及物联网的发展,催生5G通信技术。相较于前几代移动通信技术,5G在标准、性能、网络架构、用户群体及产业链的发展速度方面均有很大不同。


  为满足不同运营商5G网络建设的需求,3GPP分别从4G和5G两个角度定义了NSA与SA两种组网方式。从5G角度看,SA组网才能真正支持超高可靠低时延的应用场景。


  目前,5G标准还未全部完成,网络部署也需要一定时间,最快也需要到2023年左右,5G网络才具备支持超高可靠低时延应用场景的能力。


  ITU-R为5G定义了eMBB(Enhance MobileBroadband)、uRLLC( Ultra ReliableLow Latency Communications )及mMTC( Massive Machine Type Communications )三大应用场景。


  目前市场上已经出现大批消费级及行业级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。


  无论是垂直行业用户还是投资者,都应该从应用场景的需求出发,分析应用场景与5G技术的相关度及5G网络的成熟度,从而判断该应用是否为真正的5G应用及该应用场景的成熟时间,为决策提供支撑。


  当前5G发展重点要从两方面发力,一方面要建设高质量的5G网络,另一方面要加速通信行业与垂直行业的融合,促进5G网络及应用的发展与成熟。

  概述:5G有何不同


  5G发展背景


  移动互联网及物联网的快速发展催生5G技术

  人们对移动网络高性能的追求,推动移动通信技术从2G向4G演变。但随着移动互联网快速发展,现有4G网络的速率、时延已无法满足人们对高清视频、全景直播及沉浸式游戏业务的极致体验,移动通信技术需要向下一代演进。另一方面,随着物联网的快速发展,多元化的应用场景及海量的设备连接,对4G网络的速率、时延及连接密度都带来极大的挑战,急需下一代技术满足这些应用需求。可见,移动互联网及物联网的快速发展推动移动通信技术向下一代演进,5G应运而生。

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  5G有何不同—技术标准


  R16预计在2020年完成,5G实现了全球统一标准


  每一代移动通信技术都有不同的制式,5G首次实现了全球标准的统一。在3G时代,有3GPP制定的WCDMA、TD-SCDMA 及3GPP2制定的cdma 2000三个标准。4G时代,3GPP制定了FDD-LTE及TDD-LTE两个标准。对于5G,3GPP只制定了一个标准,标准化工作分为两个阶段,分别对应R15和R16版本。其中R15版本按时间又分为R15 NR NSA(非独立组网)、R15 NR SA(独立组网)和 R15 late drop三个子阶段。因 R15 late drop 完成时间比原计划推迟了3个月,受此影响, R15版本于今年3月份冻结, R16版本完成时间向后顺延3个月,预计在2020年3月份完成。

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  5G有何不同—性能指标

  大带宽、高可靠低时延、大连接推动行业发展

相较于4G,5G的传输速率、时延、移动性及连接密度等指标均有质的提升。根据ITU的取值,5G的峰值速率高达20Gbps,体验速率可达1Gbps,空口时延小于1ms,每平方千米可连接百万设备,可支持每小时500km以上的移动速度。高性能的5G网络可承载对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,将有效推动行业发展。

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  5G有何不同—网络架构

  新型网络架构使5G网络具备承载多元化应用场景的能力

  为满足关键性能指标、网络运营能力及网络演进的需求,5G从核心网及接入网两方面进行了网络架构创新。一方面,无线侧从BBU+RRU的网络架构演变为CU+DU+AAU的三级结构,BBU功能拆分,网元功能更细化,组网方式更灵活,能够支持不同应用场景的需求。另一方面,核心网功能拆分为New Core和MEC两个网元,功能下沉,MEC部署在更靠近用户的地方,以满足低时延业务的需求。基于NFV(网络虚拟化)与SDN(软件定义网络)的5G核心网,可实现功能与硬件的解耦合、控制与转发的分离及网络切片,从而达到提高网络性能的目标,以支持多元化的应用场景。

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5G有何不同—用户群体

  C端市场增长乏力,B端应用将成为5G发展的主要驱动力

  C端市场增长乏力,B端应用将成为5G发展的主要驱动力。就C端市场而言,一方面是因为移动用户的渗透率已经高达112.2%,增长乏力且ARPU逐年下降。另一方面,移动互联网快速发展,虽带来用户流量的高速增长,但因提速降费,运营商价格战等原因,整体呈现流量猛增,收入不变的现象。整体来看,C端用户规模已到达极限,营收开始下滑,C端市场已趋于饱和。相对来说,垂直行业应用市场潜力巨大,一方面是因为物联网的连接量将远远超过移动互联网。另一方面,5G作为行业数字化转型的基础,将创造更高的应用价值。

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  5G有何不同—终端成熟度


  5G终端成熟度高,发展速度快


  前文讲,行业应用将成为5G发展的主要驱动力。面对多样化的场景需求,5G终端将沿着形态多样化和交互多元化发展。各国政策大力支持,通信企业共同努力,在5G商用元年,终端的类型和数量已远远超过预期,发展速度之快是历代移动通信技术无法比拟的。4G商用元年,市场上只有4款4G终端,而截止到今年9月10日,5G终端数量已有136款之多,促进了5G行业应用的发展。

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  网络:5G网络如何部署


  5G组网方式


  为满足不同需求,3GPP定义了NSA和SA两种5G组网方式

  为满足不同运营商5G网络建设的需求,3GPP从两个角度定义了NSA(非独立组网)和SA(独立组网)两种5G组网方式。从5G角度来看,NSA是5G网络要以4G基站为控制面锚点接入到EPC(4G核心网),或者以增强型的4G基站为控制面锚点接入5GC(5G核心网),反之就是SA。从4G角度看,4G网络要以5G基站为控制面锚点接入5GC,反之是SA。标准制定早期,3GPP共提出了8种5G组网方式,2017年发布的标准优先选用了Option2、Option3/3a/3x、Option4/4a、Option5、 Option7/7a/7x 组网架构。目前这5种组网架构随着3GPP R15中NSA、SA及late drop三个子版本的冻结均已经完成。从5G角度来看Option2、 Option4/4a属于SA架构, Option3/3a/3x、 Option5及Option7/7a/7x属于NSA架构。从不同角度看,结果不同,本报告主要从5G角度定义两种组网方式。

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  NSA与SA网络性能

  SA组网才能真正支持超高可靠低时延的业务

  受制于4G(LTE)的核心网和空口 , NSA组网的5G网络无法真正实现毫秒级的端到端时延。NSA组网主要以4G网络为主,5G基站相当于增加了额外的资源为现有4G网络进行扩容,从而满足高速率的业务需求。SA组网不依赖4G网络,5G基站与5G核心网单独组网,新的网络架构及多种5G关键技术相互配合,5G网络能真正实现高可靠低时延。时延与可靠性是一对捆绑的指标,存在此消彼长的关系,在研究如何降低移动通信系统端到端时延的同时,要综合考虑可靠性的指标。移动通信系统的时延主要由空口时延、承载网时延、核心网时延及PDN时延组成,5G从系统角度进行设计,整体规划以降低端到端时延。因此,只有采用SA组网,才能从整体系统出发,综合运用多种新技术来实现高可靠低时延的目标。SA组网主要采用控制与转发分离、网络切片、核心网功能下沉及移动边缘计算等技术建立新的网络架构以降低系统时延,采用新型帧结构、减小TTI、降低数据传输间隔、资源预留、D2D等技术来降低空口时延、采用直通转发技术、FLEX-E技术、降低NP处理时延、降低TM调度时延以降低承载网时延,整个系统不同部分的新技术相互配合,可实现端到端时延的降低,真正支持高可靠低时延的业务应用。

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  NSA与SA网络发展速度

  相较于NSA组网,SA网络发展速度较慢

  新一代移动通信网络的发展速度主要由标准制定速度、设备厂家的进度及运营商建网速度共同决定,三者依次进行,任意环节的进度均会影响整个网络的成熟周期。从标准制定角度来看,NSA比SA标准完成时间早。如前文所述,5G标准分为R15和R16两个阶段,第一阶段已于今年6月全部完成,其中R15 NSA标准已于2017年12月完成,R15 SA标准于2018年6月完成,第二阶段预计在2020年3月完成。5G第二阶段主要在完善5G应用场景与提升5G性能两方面进行研究。一方面,将进一步对高可靠低时延进行研究以满足工业制造、电力控制等工业应用场景,基于5G新空口的V2X进行研究以满足高级自动驾驶的应用场景。另一方面,从MIMO演进、新空口移动性增强、远程干扰管理及交叉链路干扰抑制等方面对5G性能进行提升。可见R16标准完成后,SA组网的5G网络才能真正支持高可靠低时延的行业应用场景。但R15 SA 标准已经完成,待设备厂商通过SA测试后,运营商可以先基于SA组网方式建设5G网络。标准完成的时间,直接影响设备厂家的进度,目前NSA速度较快,SA还处在测试阶段。从网络建设角度来看,NSA依附于4G网络,只需部署5G基站,建设速度快,SA组网要新建基站和核心网,速度较慢。整体来看,相较于NSA组网,SA网络发展速度慢,成熟时间晚。但SA才是5G最终形态,要想实现5G技术的性能指标,NSA组网最终要向SA组网演进。

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  国内5G网络部署情况

  5G网络预计2023年前后才真正具备超高可靠低时延的能力

  2019年6月6日,工信部向中国移动、中国电信、中国联通及中国广电发放了5G牌照,意味着我国正式进入5G商用元年。与中国广电只能采用SA组网不同,其它三大运营商在5G网络部署方式上可以有更多的选择。但无论采用哪种建设方式,支持高可靠低时延及大连接的SA组网才是我国5G网络的最终形态。今年7月,工信部要求2020年入网的手机必须同时支持NSA和SA,只支持NSA的手机不允许入网,此举也表明了政府支持5G SA组网的态度。 R16标准在进展顺利的情况下,预计于2020年3月完成,各设备厂商研发测试需要近一年时间,运营商全网部署也需要一定时间。4G时代,运营商用了将近4年才打造了一张精品网,按4G的建网速度类推,5G牌照刚发布不久,要实现全国覆盖至少也需要3年时间。因此,目前我国运营商无论是选择由NSA组网平滑过渡至SA组网,还是直接采用SA组网,支持高可靠低时延及大连接的5G网络最早也要在2023年前后才能基本建成。

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  应用:5G有哪些应用场景


  5G应用的载体—5G手机


  建议在2020年以后购买同时支持NSA与SA的双模5G手机手机是移动互联网的主要入口,也是语音业务和各类数据业务的载体。5G手机支持的网络制式决定了其能接入的网络。如前文所述,5G有NSA和SA两种组网方式,单独支持一种组网方式的手机,将无法接入另一种组网方式的网络。因NSA标准完成时间早,产业链成熟速度快,支持NSA的手机芯片已经完成测试,而支持SA的手机芯片仍处于测试阶段,发展速度较慢。受限于手机芯片,目前市场上的手机只有华为的mate 30既支持NSA也支持SA,其它品牌手机均只能支持NSA。工信部要求2020年上市的5G手机必须同时支持NSA与SA,只支持NSA的手机将无法入网。由此可以预测,只支持NSA的手机将集中在2020年前上市。我国运营商均以SA组网为最终目标,前期虽然可能会采取NSA与SA混合组网,但也意味着只支持的NSA的手机只能在NSA组网的网络下使用5G网络。因此,欲购买5G手机的用户,建议在2020年以后购买既支持NSA又支持SA的双模5G终端。

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