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重磅!一文尽览5G十大应用场景路线图时间表

http://www.c114.com.cn ( 2019/4/22 08:45 )

■赛迪智库无线电管理研究所与《通信产业报》联合发布

从全球视角来看,目前5G无论是在技术、标准、产业生态还是网络部署等方面都取得了阶段性的成果,5G落地的最后一环——应用场景正逐渐在各行各业实现。5G应用落地有哪些规律?哪些应用最先走向成熟?本报告立足ITU定义的三大应用场景,并结合当前5G应用的实际情况和未来发展趋势,主要研究VR/AR、超高清视频、车联网等十大应用场景,并给出各个场景的融合应用时间表。

前言

5G是第五代移动通信技术的简称,作为4G通信技术的延伸,将在全社会数字化转型进程中担负着不可替代的重要使命。5G时代,“人”与“人”、“人”与“物”和“物”与“物”之间原有的互联互通界线将被打破,所有的“人”和“物”都将存在于一个有机的数字生态系统里,数据或者信息将通过最优化的方式进行传递。从全球视角来看,目前5G无论是在技术、标准、产业生态还是网络部署等方面都取得了阶段性的成果,5G落地的最后一环——应用场景正逐渐成为业界关注的焦点。

(一)5G性能指标和关键技术

相较于4G,在传输速率方面,5G峰值速率为10-20Gbps,提升了10-20倍,用户体验速率将达到0.1Gbps-1Gbps,提升了10-100倍;流量密度方面,5G目标值为10Tbs/km2,提升了100倍;网络能效方面,5G提升了100倍;可连接数密度方面,5G每平方公里可联网设备的数量高达100万个,提升了10倍;频谱效率方面,5G相对于4G提升了3-5倍;端到端时延方面,5G将达到1ms级,提升了10倍;移动性方面,5G支持时速高达 500km/h 的通信环境,提升了1.43倍。具体指标对比如表1-1所示。

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表1-1 5G与4G关键性能指标对比

为了达到性能指标的要求,5G将综合运用大规模多天线技术(Massive MIMO)、新型多址、新型信息编码、毫米波通信、超密集组网、D2D等关键技术。除此之外,5G还将引入全新的构架解决方案——允许在通用物理信息基础设施上创建一组逻辑上独立的网络,称之为“网络切片”。网络切片可以根据垂直行业的业务需求量身定制,使5G能够真正成为全社会共用的新一代信息基础设施。

(二)本报告研究的5G十大应用场景

ITU 定义了 5G 三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)及低时延高可靠通信(uRLLC),如图1所示。eMBB 场景主要提升以“人”为中心的娱乐、社交等个人消费业务的通信体验,适用于高速率、大带宽的移动宽带业务。mMTC 和uRLLC 则主要面向物物连接的应用场景,其中eMTC 主要满足海量物联的通信需求,面向以传感和数据采集为目标的应用场景;uRLLC 则基于其低时延和高可靠的特点,主要面向垂直行业的特殊应用需求。本报告立足ITU定义的三大应用场景,并结合当前5G应用的实际情况和未来发展趋势,主要研究VR/AR、超高清视频、车联网、联网无人机、远程医疗、智慧电力、智能工厂、智能安防、个人AI助理以及智慧园区等十大应用场景。

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图1-1 ITU定义的5G三大应用场景

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图1-2 5G十大融合应用场景

5G产业影响力及商业模式分析

(一)5G产业链全景图

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图2-1 5G产业链全景图

(二)5G对相关产业的影响

1、核心产业

5G所具有的高速率、广覆盖、低时延特性,为经济社会各行各业数字化智能化转型提供了技术前提和基础平台。依托技术领先、产业先发和市场庞大等优势,5G的快速发展将带动移动通信产业取得突破性进展。由于5G高速率大带宽的要求,需要优先进行骨干网升级,将明显驱动光模块、光纤光缆等通信设备产业优先发展,预计2021年光模块产业规模将达到140亿元,光纤光缆产业规模将达到500亿元。由于5G频段提升,5G基站数量会大幅增加,预计宏基站2021年将建成50万个,微基站将突破150万个,这将进一步带动射频等通信设备产业爆发式增长,预计产业规模将达到860亿元。综合分析预计5G核心产业规模将在2025年达到1万亿元。

2、相关产业

5G和大数据、人工智能等新一代IT技术结合,催生多种新应用、新产品和新商业模式,推动VR/AR、超高清视频、车联网、联网无人机等产业升级,极大地满足了消费领域的多样化、高层次需求。预计在5G带动相关垂直行业市场规模将在2025年达到3万亿元。

虚拟现实/增强现实:融合5G的VR/AR产业将进一步充分渗透互动娱乐、智能制造、医疗健康、教育商业等相关产业,推动其产生全新模式的变革。预计到2025年,全球VR/AR应用市场规模将达到3000亿元,其中我国市场将占超过35%。

超高清视频:随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善,移动互联网和产业互联网也将向超高清视频能力快速演进。预计2025年,在5G的带动下超高清视频应用市场规模将达到约1.75万亿元。

车联网:随着5G技术与汽车工业的结合,汽车生产商如比亚迪、长安汽车、广汽集团、上汽集团等积极布局智能网联汽车的生产。而运营商、设备商(如中国联通百度中兴等)则通过与自动驾驶垂直领域合作伙伴(如清华、大唐、福特、一汽等)的联合创新来构建协同化汽车驾驶生态系统。预计到2025年,我国5G联网汽车将达到1000万辆,市场规模将达到约5000亿元。

联网无人机:成熟的5G技术将增强无人机制造、各类传感器、无人机运营企业的产品和服务,同时拓展5G电信运营商、云服务商的业务范围。预计到2025年,小型无人机软件、硬件、应用和服务等市场规模将达到约2000亿元。

(三)商业模式

1、基于流量的商业模式

5G早期最先成熟的是增强移动宽带(eMBB)应用场景,该场景主要面向个人消费者(2C),该场景下流量经营仍然是运营商的主要商业模式。5G时代,运营商需要加快用户分级的智能管道升级,实现差异化的流量收费模式。

2、基于连接的商业模式

对于大连接场景,连接是基本收入来源。该场景下,可以单独提供连接,也可能包括一些终端设备和模组,运营商可以按照物联网设备采用卡用户收益(月 / 年)等方式收费。

3、基于网络切片的商业模式

5G时代,运营商能够根据不同垂直行业和特定区域定制化网络切片以支撑相应的业务开展。对于垂直行业用户。可以直接向运营商购买网络切片,一般采用按年计费的方式

4、基于完整解决方案的的商业模式

对于某些垂直行业,如制造业,当前制造业企业面临数字化、网络化和智能化转型的挑战。运营商可以依托5G服务提供商的优势,为工业企业提供包括工厂内外连接、设备终端数字化改造、平台层一整套解决方案,按年度收取服务费。相较于前几种模式,该商业模式的附加值更高,但运营商在垂直行业的专业对手更多,竞争也更加激烈。

细分应用场景

(一)VR/AR

1、应用场景概述

VR/AR是近眼现实、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息技术相互融合的产物,新形势下高质量VR/AR业务对带宽、时延要求逐渐提升,速率从25Mbps逐步提高到3.5Gbps,时延从30ms降低到5ms以下。伴随大量数据和计算密集型任务转移到云端,未来“Cloud VR+”将成为VR/AR与5G融合创新的典型范例。凭借5G超宽带高速传输能力,可以解决VR/AR渲染能力不足、互动体验不强和终端移动性差等痛点问题,推动媒体行业转型升级,在文化宣传、社交娱乐、教育科普等大众和行业领域培育5G的第一波“杀手级”应用。

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表3-1 VR/AR业务指标要求

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图3-1 5G+VR/AR融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-2 5G+VR/AR融合应用时间表

3、应用案例

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图3-3 5G+VR/AR融合应用案例

威尔文教“VR超感教室”:2019年北京教育装备展上,北京威尔文教科技有限责任公司展示了“VR超感教室”。威尔文教将基于“5G+云计算+VR”,打造便捷高效的端到端云计算平台,构建VR智能教学生态系统。

华为视频VR版:华为在上海发布了全球首款基于云的 VR连接服务,同时计划在今年下半年会发布一款颠覆性的VR终端。通过智终端、宽管道、云应用的5G典型业务模式,Cloud VR将成为5G元年最重要的eMBB业务之一。

江西5G+VR春节联欢晚会:2019年江西省春节联欢晚会首次采用5G+8K+VR进行录制播出。现场观众可以通过手机、PC以及VR头显等多种方式体验观看,尤其是VR头显用户可以体验沉浸式观看。

(二)超高清视频

1、应用场景概述

作为继数字化、高清化媒体之后的新一代革新技术,超高清视频被业界认为将是5G 网络最早实现商用的核心场景之一。超高清视频的典型特征就是大数据、高速率,按照产业主流标准,4K、8K视频传输速率至少为12-40Mbps、48-160 Mbps,4G网络己无法完全满足其网络流量、存储空间和回传时延等技术指标要求,5G网络良好的承载力成为解决该场景需求的有效手段。当前4K/8K 超高清视频与5G技术结合的场景不断出现,广泛应用于大型赛事/活动/事件直播、视频监控、商业性远程现场实时展示等领域,成为市场前景广阔的基础应用。

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表3-2 超高清视频应用场景指标参数

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图3-4 5G+超高清视频直播场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-5 5G+超高清融合应用时间表

3、应用案例

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图3-6 5G+超高清视频融合应用案例

北京冬奥会赛事8K制播:2022 年北京- 张家口冬奥会中,将充分利用5G开展重大活动、重要体育赛事直播,北京明确了“5G+8K”超高清视频发展方向。产业界将以此为契机,加快推动8K超高清的转播/直播落地,助推我国8K超高清视频产业发展。

央视春晚5G+4K/5G+VR超高清直播:2019年央视春晚主会场与深圳分会场进行了5G 4K超高清视频直播,画面流畅、清晰、稳定,标志着中国电信央视春晚5G 4K超高清直播工作圆满完成。

云栖大会5G+8K远程医疗模拟:在2018年云栖大会上,中国联通、阿里云、京东方等企业创造性地完成了首个5G+8K视频技术在远程医疗上的应用展示,标志着8K超高清直播技术实现商用成为可能。

(三)车联网

1、应用场景概述

车联网是智慧交通中最具代表性的应用之一,通过5G等通信技术实现“人—车—路—云”一体化协同,使其成为低时延、高可靠场景中最为典型的应用之一。融入5G元素的车联网体系将更加灵活,实现车内、车际、车载互联网之间的信息互通,推动与低时延、高可靠密切相关的远控驾驶、编队行驶、自动驾驶具体场景的应用。远控驾驶,车辆由远程控制中心的司机进行控制,5G用于解决其往返时延(RTT)需要小于10毫秒的要求。编队行驶,主要应用于卡车或货车,提高运输安全和效率,5G用于解决3辆以上的编队网络高可靠低时延要求。自动驾驶,大部分应用场景如紧急刹车,V2P、V2I、V2V、V2N 等多路通信同时进行,数据采集及处理量大,需要5G网络满足其大带宽(10Gbps的峰值速率)、低时延(1毫秒)和超高连接数(1000亿连接)、高可靠性(99.999%)和高精度定位等能力。

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表3-3 车联网应用指标要求

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图3-7 5G+车联网场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-8 5G+车联网融合应用时间表

3、应用案例

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图3-9 5G+车联网应用案例

北京房山国内首个5G自动驾驶示范区:房山区政府与中国移动在北京高端制造业基地打造国内第一个5G自动驾驶示范区,建成中国第一条5G自动驾驶车辆开放测试道路,可提供5G智能化汽车试验场环境。

R&S、华为5G V2X测试:华为和罗德与施瓦茨(R&S)合作,在德国慕尼黑开展5G V2X通信,用于移动汽车现场测试中的协同驾驶应用,对5G应用于远程自动驾驶控制奠定良好基础。

厦门全国首个商用级5G智能网联驾驶平台:厦门市交通运输局、公交集团与大唐移动通信设备有限公司签署协议,在厦门BRT上建设全国首个商用级5G智能网联驾驶平台,推动厦门BRT最终实现无人驾驶。

(四)联网无人机

1、应用场景概述

5G网络将赋予网联无人机超高清图视频传输(50-150Mbps)、低时延控制(10-20ms)、远程联网协作和自主飞行(100kbps,500ms)等重要能力,可以实现对联网无人机设备的监视管理、航线规范、效率提升。5G网联无人机将使无人机群协同作业和7x24小时不间断工作成为可能,在农药喷洒、森林防火、大气取样、地理测绘、环境监测、电力巡检、交通巡查、物流运输、演艺直播、消费娱乐等各种行业及个人服务领域获得巨大发展空间。

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图3-10 5G+联网无人机融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-11 5G+联网无人机融合应用时间表

3、应用案例

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图3-12 5G+联网无人机融合应用案例

上海5G无人机高清现场直播:搭载5G通信技术模组的无人机在上海虹口北外滩,成功实现了一场基于5G网络传输叠加无人机全景4K高清视频的现场直播。

5G无人机电力巡检:南方电网广东东莞供电局变电运行专业在全国率先实现“5G无人机+程序化操作”,由东莞联通提供5G网络信号支持,进行电力线设备巡检,变电站设备上的信号灯、字迹在电脑屏幕上均清晰可见。

杭未来研创园5G无人机物流:杭州余杭未来研创园已实现无人机利用5G网络将摄像头识别的画面传输到后台监控平台规划路径,并依靠5G实时视觉识别来确认投放点,完成物流配送。

(五)远程医疗

1、应用场景概述

通过5G和物联网技术可承载医疗设备和移动用户的全连接网络,对无线监护、移动护理和患者实时位置等数据进行采集与监测,并在医院内业务服务器上进行分析处理,提升医护效率。借助5G、人工智能、云计算技术,医生可以通过基于视频与图像的医疗诊断系统,为患者提供远程实时会诊、应急救援指导等服务,例如基于AI和触觉反馈的远程超声理论上需要30Mbps的数据速率和10ms的最大延时。患者可通过便携式5G医疗终端与云端医疗服务器与远程医疗专家进行沟通,随时随地享受医疗服务。

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图3-13 5G+医疗融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-14 5G+医疗融合应用时间表

3、应用案例

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图3-15 5G+医疗融合应用案例

全国首例5G远程心脏手术:中国移动、华为协助海南总医院通过操控接入5G网络的远程机械臂成功完成了位于北京的患者的远程人体手术——全国首例5G网络下实施的远程手术。

5G智慧医疗联合创新中心:上海市第一医院正在打造5G智慧医疗联合创新中心,将涵盖远程查房、区域医学影像中心远程会诊、远程手术教学、远程操作机械臂诊疗等服务。

中日友好医院5G室内数字化系统:北京移动携手华为完成了中日友好医院5G室内数字化系统部署,为移动查房、移动护理、移动检测、移动会诊等应用提供了5G网络环境。

(六)智慧电力

1、应用场景概述

5G技术将在智慧电力的多个环节得到应用。在发电领域特别是在可再生能源发电领域需实现高效的分布式电源接入调控,5G可满足其实时数据采集和传输、远程调度与协调控制、多系统高速互联等功能。在输变电领域,具有低时延和大带宽特性的定制化的5G电力切片可以满足智能电网高可靠性、高安全性的要求,提供输变电环境实时监测与故障定位等智能服务。在配电领域,以5G网络为基础可以支持实现智能分布式配电自动化,实现故障处理过程的全自动进行。在电力通信基础设施建设建设领域,通信网将不再局限于有线方式,尤其在山地、水域等复杂地貌特征中,5G 网络部署相比有线方式成本更低,部署更快。

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图3-16 5G+智慧电力融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-17 5G+智慧电力融合应用时间表

3、应用案例

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图3-18 5G+智慧电力融合应用案例

河南高压变电站5G测试站:在国网河南省电力公司与河南移动的密切配合下,国内首个500千伏级以上高压/特高压变电站5G测试站在郑州官渡变电站建成投入使用,通过5G网络成功实现了变电站与省电力公司的远程高清视频交互。

广东5G智慧电网试点:在广州举行的中国移动全球合作伙伴大会开幕日,广东移动与南方电网、中国信息通信研究院、华为共同启动了面向商用的5G智慧电网试点。目前,已开展的智慧电网探索包括分布式配网差动保护、应急通信、配网计量、在线监测等方面。

江苏5G电力切片测试:中国电信江苏公司、国网南京供电公司与华为公司在南京成功完成了全球首个基于5G SA网络的电力切片测试。测试证实切片具备安全隔离性,能够实现电网对于负荷单元毫秒级精准管理的业务需求。

(七)智能工厂

1、应用场景概述

在工业互联网领域,5G独立网络切片支持企业实现多用户和多业务的隔离和保护,大连接的特性满足工厂内信息采集以及大规模机器间通信的需求,5G工厂外通信可以实现远程问题定位以及跨工厂、跨地域远程遥控和设备维护。在智能制造过程中,高频和多天线技术支持工厂内的精准定位和高宽带通信,毫秒级低时延技术将实现工业机器人之间和工业机器人与机器设备前所未有的互动和协调,提供精确高效的工业控制。在柔性制造模式中,5G可满足工业机器人的灵活移动性和差异化业务处理的高要求,提供涵盖供应链、生产车间和产品全生命周期制造服务。智能工厂建设过程中,5G可以替代有线工业以太网,节约建设成本。

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图3-19 5G+智能工厂融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-20 5G+智能工厂融合应用时间表

3、应用案例

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图3-21 5G+智能工厂融合应用案例

5G三维扫描建模检测系统:浙江移动通过与杭汽轮集团合作,建立了5G三维扫描建模检测系统。该系统使得检测时间从2-3天降低到3-5分钟,在实现产品全量检测的基础上还建立了质量信息数据库,便于后期质量问题分析追溯。

5G航天云网接入试验:贵阳市5G实验网综合应用示范项目已完成5G创新实验室对航天云网的平台接入,通过5G网络将海量工业设备信息以超低时延实时上传到云端,实现对整个生产制造过程及设备状态情况进行实时监测。

大众5G微缩汽车流水线:德国大众公司展示了一条基于5G技术的微缩汽车组装流水线。与现有的随机监测相比,这种生产方式的准确性和可靠性大幅提升。

(八)智能安防

1、应用场景概述

视频监控是智能安防最重要的一个组成部分,5G超过10Gbit/s的高速传输速率和毫秒级低时延将有效提升现有监控视频的传输速度和反馈处理速递,将使智能安防实现远程实时控制和提前预警,做出更有效的安全防范措施。安防监控范围将进一步扩大,获取到更多维的监控数据。在公交车、警车、救护车、火车等移动的交通工具上的实时监控将成为可能。森林防火、易燃易爆品等监管人员无法接近的危险环境开展监测的成本将大幅下降。在家庭安防领域,5G将使单位流量的资费费率进一步下降,将推动智能安防设备将走入普通家庭。

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图3-22 5G+智能安防融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-23 5G+智能安防融合应用时间表

3、应用案例

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图3-24 5G+智能安防融合应用案例

南昌智能视频云监控:江西电信、华为公司、云眼大视界携手在南昌新建区丽水佳园完成了江西省内首个5G网络环境下的智能视频云监控实验点。借助5G网络,智慧云眼通过人脸、车牌识别、分析功能,可实现小区进出人员、车辆的识别。

新松5G智能巡检机器人:沈阳新松与辽宁移动共同建立的5G创新技术联合创新中心开展了基于5G环境下智能巡检机器人设备的测试和验证,调试完成后将被应用在华晨宝马、新松、沈阳机床等工业企业厂区巡检、园区巡逻等领域。

广州5G公交实时监控:广州新穗巴士有限公司在广州国际投资年会上展示了5G公交实时监控。展出的样车,实现了全车六路720P高清制式视频实时监控,具备了人脸图像采集、实时比对分析、实时自动报警提示的功能。

(九)个人AI设备

1、应用场景概述

5G时代将有更多的可穿戴设备加入虚拟 AI 助理功能,个人AI设备可借助5G大带宽、高速率和低延时的优势,充分利用云端人工智能和大数据的力量,实现更快速精准的检索信息、预定机票、购买商品、预约医生等基础功能。另外,对于视障人士等特殊人群,通过佩戴连接5G的AI设备能够大幅提升生活质量。除了消费者领域外,个人AI设备将应用在企业业务中,制造业工人通过个人AI设备能够实时收到来自云端最新的语音和流媒体指令,能够有效提高工作效率和改善工作体验。

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图3-25 5G+个人AI设备融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-26 5G+个人AI设备融合应用时间表

3、应用案例

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图3-27 5G+个人AI设备融合应用案例

导盲头盔:华为META通过云端智能控制终端DATA实现头盔与云端平台之间的连接,可为视力障碍人群提供人脸识别,物体识别,路径规划,避障等服务。

虚拟键盘:NEC公司推出利用新型增强现实(AR)技术的ARmKeypad,允许用户借助头戴式眼镜设备和手上佩戴的智能手表来使用虚拟键盘。

智能手表:Apple、华为等主流智能手表厂商纷纷瞄准5G,积极集成各类5G应用如AR、AI监护等到新智能手表产品中。

(十)智慧园区

1、应用园区概述

智慧园区是指运用信息和通信技术感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,对民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。在5G时代,利用5G高速率、低时延、大连接的特性,将智能工厂、智慧出行、智慧医疗、智慧家居、智慧金融等多种应用场景融于园区中,为园区中的人创造更美好的工作和生活环境,为园区产城融合提供新的路径。

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图3-28 5G+智慧园区融合应用场景示意图

2、5G融合应用时间表

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图3-29 5G+智慧园区融合应用时间表

3、应用案例

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图3-30 5G+智慧园区融合应用案例

杭州新天地5G智慧园区:2019年3月21日,“创见·未来 杭州新天地5G战略合作签约仪式”在杭州新天地举行,宣告浙江首个华为-联通5G智慧园区正式落户杭州新天地。

河南5G智慧物流园区:2019年4月7日,传化智联携手中国电信、华为科技、河南省工业和信息化厅签订战略合作协议,推动河南首个5G智慧物流园区——传化物流小镇5G智慧物流园区建设,预计明年将投入试运营。

首钢5G智慧园区:2018年10月,中国联通和首钢集团在首钢园区举行战略合作伙伴签约仪式,双方将携手把首钢园区打造成国内首个5G示范园区,并在建设5G产业园区、奥林匹克文化推广、冰雪运动发展等方面展开战略合作。

5G应用规律

从我们的研究来看,5G应用有如下规律:

一是5G应用首先从eMBB类场景开始,逐渐向uRLLC和mMTC类场景渗透。

二是5G应用未来的主要市场将面向垂直行业应用,跨界融合是5G的“必修课”。

三是5G应用时间与网络部署进度、垂直行业发展情况、国家政策推动密不可分。

四是5G应用中VR/AR、超高清视频、联网无人机等应用是基础型应用,其他应用场景多是以上三者的叠加态。

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图4-1 5G十大融合应用时间表

总而言之,5G网络具有大带宽、低时延、高可靠、广覆盖等“天然”特性,结合人工智能、移动边缘计算、端到端网络切片、无人机等技术,在VR/AR、超高清视频、车联网、无人机及智能制造、电力、医疗、智慧城市等领域有着广阔应用前景,5G与垂直行业的“无缝”融合应用必将带来个人用户及行业客户体验的巨大变革。

作者:赛迪智库   来源:通信产业网

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