在疫情防控中大显身手的“硬科技”之5G：赋能垂直行业应用

2020年3月25日，国务院联防联控机制召开新闻发布会，介绍新一代信息技术，帮助防控疫情，恢复工作和生产，发展中小企业。应对新的冠状肺炎疫情和恢复分娩取得显著成效的一个重要原因是采用了科学方法。新一代信息技术，如互联网、大数据、人工智能、5G、区块链等。，在防疫和控制疫情以及恢复工作和生育方面发挥了重要作用。

十年前，也许我们羡慕国外廉价快速的互联网。十年后，有多少人在抱怨国外网络的昂贵和缓慢速度！

随着这种流行病在全球的蔓延，越来越多的国家和地区开始“效仿”中国，鼓励人们在国内被孤立。网络流量的激增给网络带来了前所未有的“压力”。再回头看看中国，在疫情下，有14亿人呆在家里，网上办公室、网上教学和视频娱乐的数量与现在一样多。通信网络的强大支持保证了网络的畅通，服务的连续性和性能的不降级，从而保证了网络的畅通。值得一提的是，在疫情期间，新建了63000多个4G和5G基站，进一步提升了网络能力，夯实了通信服务保障的网络基础。与此同时，5G网络的部署和应用得到加强，火神山、雷神山等重点地区的通信保障任务和5G覆盖迅速完成。

那么，除了5G热成像测温系统、5G虚拟现实疫情远程诊断和治疗，以及1亿多网民收看“雷火双圣山”医院建设的5G高清直播等“黑色技术”之外，5G如何与远程医疗、车载网络和智能城市相融合呢？

文/王军(广东邮电职业技术学院移动通信学院院长)

艾玉华(南方医科大学南方医院高级工程师、医生)

由于5G具有高速、大容量机器终端接入、低时延和高可靠性的技术特点，融合了云计算、大数据、人工智能、边缘计算、计算机视觉、传感等技术，使其能够应用于各种垂直行业，将推动5G与工业互联网、汽车联网、智能电网、远程医疗、智能能源等工业应用的融合和发展。

5G关键技术和三种应用场景

——2019年5月至10月，中国三大运营商正式发布5G套餐，并正式启动5G商务。由于5G支持毫米波技术、大规模天线阵列、新调制和编码技术、网络切片技术、直接设备间通信、超密集异构网络、全频谱接入、软件定义网络(SDN)/网络功能虚拟化(NFV)、边缘计算、人工智能等新技术，5G可以提供先进的网络功能:平均体验速率100 Mbit/s、峰值速率20 Gbit/s、每平方公里100多万个连接、超低空端口延迟1毫秒等。5G将为垂直行业应用和数字转型带来重大机遇。

2016年，国际电信联盟正式命名5G IMT-2020。IMT-2020定义了5G的8个关键功能(见图1)，并提出了3个主要应用场景。

●增强型移动宽带

移动宽带服务的直接演进支持更大的数据流量和进一步增强的用户体验，例如支持更高的终端用户数据速率。最直观的性能是网络速度翻倍和超高的数据传输速率。在5G时代，在线4K/8K视频和虚拟现实(VR)/增强现实(AR)可以轻松观看，最高速度可达20千兆位/秒。

●大规模机器类型通信

支持大量终端服务，如远程传感器、机械手、设备监控等。此类服务的关键要求包括极低的终端成本、极低的终端能耗和极长的终端电池寿命。一般来说，这种类型的每个终端消耗并产生相对少量的数据，因此不需要提供对高数据速率的支持。

●超可靠和低延迟通信(uRLLC)

该场景涵盖了以人为中心和以机器为中心的通信，其特征是对时间延迟、可靠性和高可用性的严格要求，例如具有安全要求的车辆通信、工业设备的无线控制、远程手术和智能电网的分布式自动化。在这种情况下，对时间延迟的需求非常高，通常达到1毫秒的水平，并且它被应用于特殊的行业，例如汽车网络、工业控制、远程医疗等。

图2描述了这些使用场景和一些相关的例子。这三种情况并未涵盖所有可能的应用案例，但仅提供了使用案例的分类，这些使用案例能够以很高的概率进行预测，以确定IMT-2020无线接口技术所需的关键功能。

5G支持垂直行业应用

目前，全球运营商和相关行业正在开展5G相关应用的研究和孵化，涵盖移动监控、超高清视频、虚拟现实/现实、游戏、无人机、汽车联网、智能城市、电网、工厂、教育和医疗等诸多场景。，进一步推动5G与垂直行业应用的深度结合，助力全社会的数字化转型。

5G+新媒体

传播技术的发展推动新媒体产业的经验进一步提升。视频媒体图像的分辨率已经从高清晰度提高到4K和8K。视角从单一的平面视角发展到虚拟现实和自由视角，对通信网络的带宽提出了更高的要求。交互业务的发展对通信网络的时延提出了更高的要求。5G的大带宽和低延迟特性解决了超高清视频和VR全动态视频等大带宽业务传输的技术难题，促进了行业的发展。

(1)5G+超高清视频直播

5G基站通过核心网将视频数据传输到视频播放、存储和分发终端，并通过各种方式将视频数据传输到视频显示终端。在“5G+超高清视频直播”的基础上，超高清视频素材到达云中后，在云中部署相应的视频制作软件，通过桌面应用、H5页面等方式在云中制作视频素材，然后通过5G网络进行内容分发，实现基于5G网络的超高清视频直播。

(2)5G+虚拟现实全动态视频直播

5G+VR全动态视频直播的整体架构类似于5G+ UHD视频直播。主要区别在于视频采集端和显示端。虚拟现实全运动视频采集终端需要虚拟现实全景摄像机的帮助。目前，主流的虚拟现实全景摄像机可以用于视频图像的机内拼接。当视频清晰度增加到8K时，需要用专用硬件设备拼接。此外，虚拟现实全运动视频演示需要虚拟现实头盔一体机。

(3)5G+增强现实图像制作和播放

增强现实图像通信系统架构包括用户客户端、5G核心网络、边缘云服务和云服务。客户端用于收集和呈现用户的增强现实肖像。凭借5G的低延迟和强大的无线传输能力，增强现实图像通信数据传输将更加顺畅，清晰度将进一步提高。同时，部分渲染工作通过5G网络移交给能力更强的云计算服务，最终实现内容云、渲染云和操作云。增强现实视频通信应用场景的多样化对5G网络提出了不同的性能和功能要求。5G核心网络能够通过网络切片技术适应业务场景，为不同的业务场景提供合适的网络控制功能和性能保证，实现按需组网，并基于软件定义网络(SDN)/网络功能虚拟化(NFV)为不同的切片提供相应的服务质量(QoS)。

5G+汽车网络

目前，车辆联网技术的发展和服务能力的不断提高，通过人、车、路、云平台之间的全方位连接和信息交互，产生了大量的新产品应用。无论何种车辆联网应用分类方法，基本上都涉及到以用户体验为核心的信息服务应用、以车辆驾驶为核心的车辆智能应用和以协调为核心的智能交通应用。下面主要介绍几种基于5G技术的典型车辆联网应用场景。

(1)信息服务场景

典型的应用包括高精度地图下载/更新、在线导航服务、交通信息获取等。未来，满足高带宽和移动性需求的5G网络可以为汽车网络用户提供实时、准确的路况、天气等服务。车辆通过网络连接到移动边缘计算(MEC)云服务器请求信息服务，应用服务器综合分析通过多种渠道收集的数据，向车辆发送最优信息，并在网络覆盖的地方随时为用户提供服务。

(2)交通安全场景

未来自主车辆的传感能力基于各种信息源(如雷达、激光传感器、车载摄像机、高精度地图等)的交换和共享。)和数据融合。5G网络可以满足其几乎100%的高可靠性、毫秒级端到端延迟和每秒数百兆比特的传输速率的要求。通过车载终端对本地传感器和远程服务信息的智能集成，协同感知可以有效提高车辆的安全机动性，为超车、换道和避障提供可靠保障。

(3)交通效率场景

未来，车辆的驾驶意图可以通过无线通信技术在区域车辆和基础设施中共享，车辆、路况、天气等信息可以在5G网络MEC节点收集。一方面，可以利用5G网络低时延、高可靠性的特点，为车辆提供各时间段的路况和各路段的实时状况，另一方面，可以在MEC节点对车辆进行优化

(4)高度协作的场景

典型的应用场景包括车辆编队驾驶、遥控驾驶等。遥控驾驶是指驾驶员通过驾驶控制台远程操作车辆。车载摄像头、雷达等利用5G网络的大带宽能力，将多路传感信息实时传输到远程驾驶台；通过5G网络的高可靠性和低时延特性，将车辆方向盘、油门和刹车上的驾驶员控制信号实时传输给车辆，从而可以在车辆上轻松、准确地进行前进、加速、制动、转弯和后退等驾驶操作。

5G+智能制造

在传统模式下，制造业主要依靠有线技术来连接应用。5G可以提供极低延迟、高可靠性和大规模连接的网络，使得通过无线网络连接闭环控制应用成为可能。5G+智能制造的主要应用场景包括支持5G的工业ar应用、支持5G的工厂无线自动化控制和支持5G的工厂云机器人(见图3)。

5G+智能护理

智能医疗服务得益于5G千兆位的速率，30毫秒的低时延，以及移动性和大数据分析相结合的平台能力，使每个人都能享受及时便捷的智能医疗服务，满足人们对未来医疗服务的新需求，如远程医疗服务、远程急救、远程门诊服务、智能手术室、智能病房、智能向导等。充分利用5G MEC功能提供实时计算、低延迟医疗边缘云医疗服务，包括但不限于高价值应用场景，如移动急救、人工智能辅助诊断和治疗、虚拟现实和图像设备支持。

以远程手术为例，我们可以了解5G智能医疗领域的应用场景。远程手术使用医疗机器人和高清音频和视频交互系统。远程专家可以为基层医疗机构的患者提供及时的远程手术治疗。5G网络可以简化手术室复杂的有线和无线网络环境，降低网络的接入难度和建设成本。使用5G网络切片技术可以快速建立上下级医院之间的专用通信通道，有效保证远程手术的稳定性、实时性和安全性，允许专家随时随地控制手术过程和患者情况，实现跨区域的精确手术控制和指导。这对降低患者治疗成本、协助优质医疗资源的流失具有重要意义。不仅如此，在战区、疫区等特殊环境下，5G网络可以快速构建远程手术所需的通信环境，提高医务人员的急救服务能力。

5G+智慧城市

智慧城市是5G的三个应用场景之一。5G是万物互联的开始。其实质是利用基于信息技术的无线传感器更高效、更及时、更广泛、更快捷、更强大的资源。5G不仅会带来网络速度的提高，还意味着一个可靠的低延迟的大众物联网。根据技术发展趋势，5G的应用将趋于成熟，智慧城市建设将进入新阶段。5G将为智能城市的电网/电力、交通、安全等方面提供更快速高效的处理，带来各种社会和经济效益。

(1)智能交通

5G和云计算技术的结合可以实现车辆、车辆和道路之间的实时信息交互，传输彼此的位置、速度和行驶路径，避免交通拥堵，也为城市交通规划者提供了一个预测模型。5G有助于减少乘客等待时间，优化公交库存，提供实时更新的乘客信息和车辆信息，甚至支持动态公交路线、车辆、路灯等设备的信息交换。它还可以帮助智能停车，避免停车位的拥挤和闲置，提高停车场的利用率。

(2)智能照明

由5G和物联网结合而成的照明系统，可以根据路段上行人和车辆的有无实现自动调光，既节能又保护社区安全。空气体质量检测设备的组合也可以节省设备运行和降低成本。

(3)智能安全

基于5G的智能城市安全系统将能够提供高清晰度、实时视频信息和完整的主动人脸识别。此外，许多社区使用无线传感器部署气象系统，发布气候警报，并在龙卷风和洪水等天气事件中为司机提供路线指引，以避免极端天气造成的人员伤亡。

(4)智能电网

在智能电网中，无线通信通常包括两种情况:控制和采集。由于5G网络的高速、低时延、高可靠性和5G网络的高密度连接能力，可以实现高精度大范围无线网络定时、配电网同步相量测量、智能配电自动化、分布式能量调节、电力负荷需求侧响应、智能巡检和应急指挥等应用。

5G技术与云计算、大数据、人工智能、边缘计算、计算机视觉、传感等技术的有效融合，将为各种垂直行业的数字化转型提供切实可行的网络支持。在未来，5G技术必将推动各行各业的应用，促进5G与垂直行业应用的整合和发展，如工业互联网、汽车网络、智能电网、远程医疗和智能能源。

——选自《张江科技评论》

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