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    山证国际:山证国际 | 首版5G商用标准及其支持应用场景解析 — 5G产业链研究系列(二)

    山证国际   |   2019-01-11 18:57:54

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    摘要:报告要点首版5G商用标准已确立:国际移动通信标准化组织(3GPP)于2018年6月的第80次TSG RAN全会上正式发布了5GNR标准SA(Standalone,独立组网)方案,标志着5G的首版商用标准R15的…

      报告要点

      首版5G商用标准已确立:国际移动通信标准化组织(3GPP)于2018年6月的第80次TSG RAN全会上正式发布了5GNR标准SA(Standalone,独立组网)方案,标志着5G的首版商用标准R15的出炉。R15标准包括非独立组网(NSA)和独立组网(SA)两种标准,独立组网标准的完成标志着R15标准的整体完成。

      R15标准支持的5G应用场景:R15标准支持5G三大应用场景中的增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低时延(URLLC)两大场景,但海量机器类通信(mMTC)场景标准如何定义还有待后续研究,且eMBB及URLLC场景标准还有待进一步细化。3GPP仍在继续提升核心技术,以带来更好的用户体验。多个旨在进一步增强移动宽带的项目也将在R16标准中得到批准,包括但不限于连接态终端功耗优化、NR-NR双连接、网络干扰管理、多输入多输出(MIMO)和多传输点提升(主要面向5G NR,兼顾LTE)、移动性增强(5G NR和LTE)和面向NR的自组织网络(SON)等。

      增强型移动宽带(eMBB): eMBB具备更大的吞吐量、低延时以及更一致的体验,主要体现在以下领域:3D超高清视频远程呈现、可感知的互联网、超高清视频流传输、高要求的赛场环境、宽带光纤用户以及虚拟现实等领域。

      超可靠低时延(URLLC):URLLC的特点是高可靠、低时延、极高的可用性。它包括以下各类场景及应用:工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等。

      不同应用场景下部分可能案例:VR(虚拟现实)与AR(增强现实)由于需要大量的数据传输、存储和计算功能,且这些数据和计算密集型任务需要利用云端服务器的数据存储和高速计算能力,对高速率和低时延的要求更高、对带宽需求巨大,因而短期内将成为eMBB最先可能且最有潜力的应用场景之一。而车联网将有可能成为URLLC的最先应用场景,未来5G技术将全面赋能自动驾驶技术,如超高清地图、实时交通状况监控、更高级的自动驾驶辅助系统等,让远程控制自动驾驶和实现真正的无人驾驶汽车成为可能。

      一、首版5G商用标准R15介绍

      国际移动通信标准化组织(3GPP)于2018年6月的第80次TSG RAN全会上正式发布了5G NR标准SA(Standalone,独立组网)方案,标志着5G的首版商用标准R15的出炉。R15标准是第一阶段全功能版本,是无线产业在探索5G愿景实现路上的重要里程碑。R15标准包括非独立组网(NSA)和独立组网(SA)两种标准,其中独立组网标准的完成标志着R15标准的整体完成。但严格来说,NSA只是SA方案的过渡,NSA方案有利于保护运营商目前的投资,以现有的4G接入网以及核心网覆盖作为锚点,新增5G无线组网接入标准,这样做只是提升了特定区域带宽,而SA才是真正的5G网络,能实现5G的全部特性。

      图表1:NSA及SA比较

      数据来源:中国电信

      R15是5G第一版成型的商业化标准,与后续推进的R16标准也有一定协同性,R15满足部分场景的5G需求,可开启对应的商用进程,R16则会完成全部标准化工作。预计2020年3月完成R16(更新后时间表),并最终在2020年中将5G的完整标准提交ITU(国际电信联盟)。

      二、R15标准支持的5G应用场景

      5G时代与前几代移动通信最大的区别在于可以根据不同的业务诉求提供个性化通信服务。5G将成为多样化产业的整合平台,如何利用5G支持工业自动化、如何与垂直行业融合等研究将在往后的数年内在多个领域陆续展开。其中,R15标准支持5G三大应用场景中的增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低时延(URLLC)两大场景,但海量机器类通信(mMTC)场景标准如何定义还有待后续研究,且eMBB及URLLC场景标准还有待进一步细化。

      图表2:5G三大应用场景

      数据来源:德勤研究、中国通信院

      图表3:各类应用落地时间线参考

      数据来源:德勤研究

      图表4:R15 NR项目要确定在TR38.913中所定义的eMBB及URLLC的NR功能规格:

      数据来源: 3G

      三、增强型移动宽带(eM)

      eMBB具备更大的吞吐量、低延时以及更一致的体验,主要体现在以下领域:3D超高清视频远程呈现、可感知的互联网、超高清视频流传输、高要求的赛场环境、宽带光纤用户以及虚拟现实领域。5G将在未来实现这些从前只能通过固定宽带网络才能实现的业务的移动化。这些业务需要尽可能大的带宽,实现极致的流量吞吐,并尽可能降低时延。比如,即使是最先进的LTE调制解调器,最快速率也只能达到千兆比特/秒,而一个小区的用户就已经要消耗千兆级的带宽,随着更多大流量的业务在未来还的不断发展,提升带宽容量是未来移动网络发展的必然趋势。以超高清视频为例,即使经过压缩之后,每一路8K视频的带宽速率,都将超过100M/秒,如果一个小区有10个以上用户,现有4G网络就不能满足需求。

      R15中已经明确了5G NR的基础技术,但3GPP仍在继续提升核心技术,以带来更好的用户体验。多个旨在进一步增强移动宽带的项目也将在R16标准中得到批准,包括但不限于连接态终端功耗优化、NR-NR双连接、网络干扰管理、多输入多输出(MIMO)和多传输点提升(主要面向5G NR,兼顾LTE)、移动性增强(5G NR和LTE)和面向NR的自组织网络(SON)等。此外,对非正交多址接入(NOMA)的研究已持续开展了一段时间,R 16还将继续研究。最后,将开始初步探索在更高频段(52.5GHz以上)使用5G NR。

      四、超可靠低时延(URLLC)

      URLLC的特点是高可靠、低时延、极高的可用性。3GPP TR38.913对URLLC的时延和可靠性方面的指标进行了定义:

      1)对于URLLC,用户面上行时延目标是0.5ms,下行也是0.5ms;

      2)可靠性定义为在特定时延内传送X字节数据包的成功率。这里的时延是指在特定信道质量条件下(如覆盖边缘),从一端L2/3 SDU入口到无线接口协议层的另一端的L2/3 SDU出口间传送小包的时延。

      3)通常URLLC一次传送的可靠性要求为:用户面时延1ms内,传送32字节包的可靠性为1~10^(-5)。

      URLLC包括以下各类场景及应用:工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等。

      1)远程控制:时延要求低,可靠性要求低;

      2)工厂自动化:时延要求高,可靠性要求高;

      3)智能管道抄表等管理:可靠性要求高,时延要求适中;

      4)过程自动化:可靠性要求高,时延要求低;

      5)车辆自动指引/ITS/触觉Internet:时延要求高,可靠性要求降低。

      五、不同应用场景下部分可能案例

      (1) eMBB应用场景之云VR/AR

      VR(虚拟现实)与AR(增强现实)由于需要大量的数据传输、存储和计算功能,且这些数据和计算密集型任务需要利用云端服务器的数据存储和高速计算能力,对高速率和低时延的要求更高、对带宽需求巨大,因而短期内将成为eMBB最先可能且最有潜力的应用场景之一。云市场将以18%的速度快速增长,在未来的10年中,家庭和办公室对桌面主机和笔记本电脑的需求将越来越小,转而使用连接到云端的各种人机界面,并引入语音和触摸等多种交互方式,未来5G将显著改善这些云服务的访问速度。

      图表5:VR/AR连接需求及演进阶段

      数据来源:Wireless X La

      实时CG类云渲染VR/AR需要低于5ms的网络时延和高达100 Mbps至9.4 Gbps的大带宽。除了高阶的云渲染CG VR外,目前VR市场在游戏和视频、广告领域也举足轻重;体育赛事(例如英特尔True VR)和现场活动(例如Next VR)的VR已经突破了一般体验;优质内容、事件的VR已经主导了视频市场。据ABI Research估计,到2025年AR和VR市场总额将达到2920亿美元(AR为1,510亿美元,VR为1,410亿美元)。移动运营商在VR/AR中的可参与空间十分可观,到2025年将超过930亿美元,约占VR/AR总市场规模的30%。

      (2) URLLC应用场景之车联网

      全球汽车领域正在经历深刻变革,车联网已成为主流,移动即服务类应用的用户规模增速迅猛,自动驾驶也将在未来几十年内迎来黄金发展。车联网将有可能成为URLLC的最先应用场景,未来5G技术将全面赋能自动驾驶技术,如超高清地图、实时交通状况监控、更高级的自动驾驶辅助系统等,让远程控制自动驾驶和实现真正的无人驾驶汽车成为可能。

      车联网价值链中主要参与者包括:汽车制造商、软件供应商、平台提供商和移动运营商。其中移动运营商在价值链中的潜力巨大,商业模式多样化,如平台开发、广告、大数据和企业业务等。中国三大运营商,中国移动、中国电信、中国联通目前都在车辆远程信息处理、车连接、车联网等方面进行了布局。随着移动技术与汽车工业的结合以及向5G和自动驾驶方面的迈进,中国运营商通过与自动驾驶垂直领域合作伙伴的合作,发布了很多基于LTE和5G的自动驾驶实验系统,如C-V2X远程驾驶、车辆集群、自动驾驶等全新的应用方案,目前这些应用是基于4G网络实现的,未来将可通过5G来提升各方面性能。

      车联网是目前已实现的一大类应用场景,而5G将在2020年全面提升此应用场景;全新的自动驾驶应用场景将基于5G的C-V2X得以实现,为从网联汽车向远程驾驶、车辆编队和真正意义上的无人自动驾驶的转变需要网络技术提供支持。据ABI Research预测,到2025年5G连接的汽车将达到5,030万辆。

      图表6:5G在车联网的三大应用场景

      数据来源:GSMA智库

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