5G技术发展及融合创新应用方案

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5G 技术发展及融合创新应用方案 5G 技术发展及融合创新应用方案 5G 技术发展及融合创新应用方案 1. 通信技术发展趋势及 5G 技术发展 2. 满足应用需求的 5G 关键性能及能 力 3. 5G 应用探索 2 5G 技术发展及融合创新应用方案 移动通信的演进不断推动社会信息化发展 功能 机 高级 智能 机 智能 机 大哥 大 •语音 •不能漫游 •语音和短彩信 •文字网页 • 上网可打开图片 • 低质量的视频通话 • 简单的网络游戏 • 各种 APP 应用 • 在线视频观看 • 高速下载和上传 1980 年代 1990 年代 2000 年代 2010 年代 手机上网普及，手机网 民占网民总数 90% 2020 年代 不断演进的移动通信网络 多样化终端 人与人、人与物、物与 物互联，实现全连接 智能手机出现并迅速普 及，数据流量攀升 无线通话成为可 能 1G 2G 3G 4G 5G • 增强型移动宽带能力 • 大连接物联网能力 • 高可靠低时延通信能力 语音与短信普及，低 速数据业务成为可能 5G 技术发展及融合创新应用方案 4G TD-LTE 是我国移动互联网繁荣的核心基础 基站规模 250.6 万 用户数 10.7 亿 人口覆盖 14 亿 中国移动累计投资 6000 亿元 数据截至： 2017 年第 2 季度 4G TD-LTE 5G 技术发展及融合创新应用方案 4G TD-LTE 创新发展成果来之不易 2013 2016 2008 2006 2011 产业化阶段 标准化阶段 商用阶段 我国申请专利 >5000 件 我 国 在 TD-LTE 特 有 专 利 占 比 >60% TD-LTE 成为全球 4G 主流标 准，抢占标准化 “制高点” 网络设备：国内企业占比 >50% 终端：全球前五占三席 芯片：突破 28nm TD-LTE“ 五模十频”芯片 规模及扩大规模试验促产业成熟 高端制造 带动中国群体突破 首次实现 全球广泛应用 主导成立首个我国主导国际 合作平台 GTI 45 个国家 82 张 TD-LTE 商 用网 7.08 亿 TD-LTE 用户 TDD 基站占 40% 创造 4G TD-LTE 商用奇迹 网络规模最大 建设速度最快 用户规模领先 终端丰富、销量大 国际化阶段 历经十年，上万科技人员艰苦努力，突破重大核心技术，主导国际标准及产业，从边缘到主流，从低 端到高端，从跟随到领先，是我国创新驱动发展的成功范例。 5G 技术发展及融合创新应用方案 从 4G 到 5G ，开启万物互联新时代 5G 服务 工业 教育 家居 交通 农业 新连接 新产业 新应用 新生态 5G 与各行各业深度融合 带来“万物互联”新机遇 4G 移动互联网繁荣 5G 技术发展及融合创新应用方案 5G 实现全面引领，任重而道远 1980 年 代 标准我国完全依靠进口 无法漫游 不掌握核心技术和国际标准话语权 空白 1G 2G 以两大标准为主，国外运营商及产业主导 我国无核心技术和国际标准话语权 本土系统制造商（巨大中华）得到发展 跟随 1990 年 代 2G 2000 年 代 我国自主创新 TD-SCDMA 成为三大标准之一 TD-S 培育全产业链，手机开始“有芯”，走向品牌化 开始拥有核心知识产权和国际标准话语权 突破 3G 我国主导 TD-LTE 成为国际主流标准 全面对标 FDD ，实现 TDD/FDD 融合发展 TD-LTE 全球规模化商用，我国端到端产业国际竞争力显著提升 同步 2010 年 代 4G 美国、韩国、日本等国都已启动 5G 商用计划，意图抢占标准和产业高地，我国为实现 5G 全面引领，任重而道远 力争实现全面引领 2020 年 代 5G 5G 技术发展及融合创新应用方案 新时代信息产业迎来新变革、支撑新发展 工业智造 智慧城市 智慧农业 网络信息技术与社会各领域全面深度融合 网络重构 能力升级 赋能各行各业 模拟化 CT/IT 融合 （通信 4.0 ） 数字化 0 1 0 1 IP 化 1G 2G 3G 4G 5G …… 新 · 变革 新 · 发展 5G 技术发展及融合创新应用方案 中国移动 5G 发展规划 标准 制定 R15 5G 标准第一版 R14 Pre5G 2020 年 5G 实现商用 R16 完整 5G 标准 单点关键技术 验证 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 规模试验 & 预商用网络 产业 推进 生态 构建 基本需求和愿景制定 顶层 设计 关键技术研究 技术 创新 建立 5G 联创中央和区域实验室 开展跨领域联合创新 成立 5G 联创 中心 系统验证 候选标准方案研究 增强技术研究 技术发展策略 网络建设策略 5G 技术发展及融合创新应用方案 R16 技术增强 • eMBB • uRLLC （小包） • mMTC （ NB/eMTC 技术） • 峰值速率提升 10 倍以上 • 可靠性 99.999% • 空口时延 1 毫秒 • 每平方公里百万连接 完善 5G 场景： • 5G-V2X 、 eURLLC 、终端节能、 mMTC 增强、切片增强 持续提升 5G 网络性能： • MIMO 增强、大气波导干扰规避 • 大数据 AI 、 NOMA 、 NR-U... 5G 第一版标准完成后， 5G 发展步入新阶段 2018 年 6 月 14 日 11 ： 18 ， 3GPP 全会正式批准第五代移动通信 标准（ 5G NR ）独立组网功能冻结！ 5G 技术标准的成熟进一步夯实了产业基础， 5G 产业已步入向商用 化冲刺的新阶段。 R15 标准适用场景 主要性能指标 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 2016 2017 2018 5G 研究阶段 5G Rel-15 NR 非独立组网 ASN.1 5G Rel-15 完整标准（包括 NR 独立组网） ASN.1 5G Rel-16 演进技术研究 5G Rel-16 Release 15 Release 16 3 5G 技术发展及融合创新应用方案 中国移动全面对 5G 标准的贡献 中国移动排名运营商第一 美国 AT&T 和日本 NTT DOCOMO 分列二、三 华为超过爱立信，排名全球第一 海思超过高通，排名芯片领域第一 全球影响最广泛知识产权杂志 iam 发表一篇“谁将会是 5G 的技术领导者”的产业报告 • 国际组织领导职务运营商排名第一 • 牵头 5G 标准项目运营商排名第一 （ ITU/3GPP 等牵头 10 个关键项 目） 掌握话语权 凝聚创新合力 • 携手国内企业 5G 联合创新，推进标准 中国移动累积提交 5G 标准化文稿 1500 余篇，申请专利 589 项 5G 立项统计 4 5G 技术发展及融合创新应用方案 面向 2020 商用的试验规划 5G 整体试验规划 2019H1 2018H2 2020H1 2018H1 2019H2 每城市 7 站 规模试验 试验网建设 应用示范 示范网建设 友好用户 2017 … 1. 技术试验： 2015~2018 （目标 : 标准关键技术验证，标准指标验证，产业硬件成熟度验证） 2018~2020 2018~2020 2 、规模试验 3 、应用示范 5 5G 技术发展及融合创新应用方案 5G 灵活运营要求高 5G 发展面临挑战 5G 需要大投入 跨行业融合门槛高 ？ 网络建设 运营维护 传统模式难以支撑长期发展 网元参数配置灵活 5G 管理运营体系复杂 业务相应快速多变 5G 工业 农业 能源 金融 娱乐 交通 教育 医疗 6 5G 技术发展及融合创新应用方案 开放的 5G ：打造新一代开放网络 ICT 融合 新型产业生态圈 网络能力 大数据 软件开源 硬件白盒化 产业 开放 能力 开放 成果 开放 软硬解耦（ NFV ） 控制与承载分离（ SDN ） 边缘计算 架构 开放 7 5G 技术发展及融合创新应用方案 智慧的 5G ：以用户为中心的 5G 网络，亟待智慧使能 人工智能为 5G 网络注入新动能，催生更大价值 服务灵活，手段丰富，业务配置挑战多 场景多样，组网复杂，运维投入大 海量数据，价值闲置，应用创新受阻 网络运营更高效 业务服务更灵活 数据价值更凸显 5G AI + 端到端网络 核心能力 9 5G 技术发展及融合创新应用方案 中国移动 5G 联合创新中 心 成立三大产业研究院 雄安、上海、成都 设立 5G 创新基金 14 个开放实验室 北京、上海、天津、山东、浙江、四川、江苏、湖北、重庆、贵州、广东、香港、硅谷、瑞典 产业联盟 5G 多媒体联盟 …… 融创的 5G ：积极布局，推进 5G 与垂直行业融合发展 11 5G 技术发展及融合创新应用方案 1. 通信技术发展趋势及 5G 技术发展 2. 满足应用需求的 5G 关键性能及能 力 3. 5G 应用探索 2 5G 技术发展及融合创新应用方案 5G ：与 4G 有什么不同？ 5G 不仅考虑人与人，也考虑人与物、物与物：增 强移动宽带、海量物联网、低时延高可靠物联网 相比 4G 主要追求速率， 5G 关注速率，连接数 密度和时延三大关键性能指标 体验速率更快 4G x 100 空口时延更低 4G x 1/5 连接数密度更高 4G x 10 更强性能 更多场景 5G 技术发展及融合创新应用方案 5G ：能带来什么？ •光纤般的接入速率 •千亿设备的连接能力 •“ 零”时延和高可靠 •多样化场景的一致体验 •超百倍的能效提升 信息随心至，万物触手及 5G 技术发展及融合创新应用方案 物联网市场潜力巨大，大连接时代来临 2015 年 2020 年 人的连接数（亿） 物的连接数（亿） 500 100 100 200 300 400 500 全球 中国 全球 中国 80% 20% 连接数： 29 170 市场规模： 全球（亿元 RMB ） 中国（亿元 RMB ） MARKET • 据市场调研机构预测，未来 5-10 年物联网连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展 • 2020 年全球市场连接数规模 500 亿，中国市场突破 100 亿 • 2020 年全球物联市场规模 11 万亿元，中国突破万亿元 Note ：数据来源 - 中国移动集团发展战略部 5G 技术发展及融合创新应用方案 更高速率 更高的连接密度 更低的网络时延 更安全 更可靠 更丰富的覆盖组网能力 更精准的定位 更快移动性的支持 相比 4G ， 5G 具有 5G 具备三大性能两大能力，构成全新一代基础设施 超大带宽超高速率 (>1Gbps ，峰值速率提升 10 倍以上 ) 超多连接 ( 每平方公里百万连接 ) 高可靠超低时延 ( 可靠性 99.999% ， 1 毫秒空口时延 ) 云端机器人 虚拟 / 增强现实 无人驾驶 智慧城市 无人工厂 网联无人机 网络切片（面向用户） 边缘计算 Backhaul EPC Internet MEC eNodeB eNodeB QCell BBU 互联网应用平台 BOSS Charge 节点 缓存失败业务流 缓存成功业务流 计费信息 边缘节点 MEC 服务器 本地 缓存 MEC 平台 因特网 增强宽带业务 物联网大 连接业务 超低时延超高可 靠性业务 切片 1 切片 2 切片 3 fixed 用户面功能 1 会话管理 1 接入管理 1 用户面功能 2 会话管理 2 接入管理 2 策略控制 2 用户面功能 3 会话管理 3 接入管理 3 传输 传输 传输 15 5G 技术发展及融合创新应用方案 序号 分辨率名 称 屏幕分辨率 (pixel/ frame) 网络速率要求 (Mbps) 业务类型 H V 典型速率 (Mbps) 1 1080P 1920 1080 4 高清视频 1920 1080 10 VR 2 4K 3840 2160 15 高清视频 3840 2160 40 VR 3 8K 2D 7680 4320 60 高清视频 7680 4320 150 VR 4 8K 3D 7680 4320 240 高清视频 7680 4320 540 VR 5 12K 2D 11520 5760 100 高清视频 11520 5760 240 VR 6 24K 3D 23040 11520 900 高清视频 23040 11520 2300 VR 超高清、 VR/AR 将成为 5G 标准配置 更高速率：主要来自大带宽和大规模天线 5G 下行小区峰值速率能力示例 网络配置 （带宽、流数、调制方式等） 峰值速率 3.5GHz 100MHz ，共 12 用户， 24 流， 64QAM ， 70% 时隙配配比 >6Gbps 28GHz 800MHz ， 4 流， 256QAM ， 3:1 时隙 配比 11.6Gbps 5G 上行小区峰值速率能力示例 网络配置 （带宽、流数、调制方式等） 峰值速率 3.5GHz 100MHz, 12 用户 12 流， 64QAM ， 70% 时隙配比 >1Gbps 28GHz 800MHz ， 4 流， 256QAM ， 3:1 时隙 配比 3.12Gbps 单用户峰值速率：  单用户 4 流峰速 1.3Gbps （下行） /175Mbps （上行） 16 5G 技术发展及融合创新应用方案 RTP 流媒体 时延 200- 300ms 服务器 图像采集 编码时延 60ms 解码显示时延 30ms 应用终端 ** 移动蜂窝网络 S/P-GW 到 eNB 的处理及传 输时延 2ms~6ms 空口单向时延 3~7ms **IP 承载网传输时 延 10ms~50ms 内 容 类 业 务 服务器处 理时延 10ms 安全驾驶、远程操控、工业制造、能源负荷都有不同时延需求 安全驾驶 10ms 工业控制 5ms 远程操控 10ms 能源负荷 15ms 更低时延： 5G 针对控制和数据传输具备不同时延能力 无线网（ UE->eNB ） 传输网（ eNB->S/P-GW ） 核心网（ S/P-GW 或 5GC ） 总计 * 4G 10~30ms 25ms 1ms 36~56ms 5G 3~7ms 1-5ms （视 MEC 部署位 置） 1ms 5~13ms 5G 通信网络时延分析 ** 注：传输大数据流量时延可能随着数据量增大而增加 典型控制类 / 内容 类 时延分析 服务器 控制信令采样 10ms 服务器处理时 延 10ms 移动蜂窝网络 应用终端 信令处理时延 1-2ms S/P-GW 到 eNB 的处理及传 输时延 2ms~6ms 空口单向时延 3~7ms IP 承载网传输时延 0ms~20ms 控 制 类 业 务 17 5G 技术发展及融合创新应用方案 更安全：网络切片及安全技术确保 5G 安全等级 网络与业务演进驱动 5G 安全演进 网络切片提供了统一的、灵活的、可伸缩的 5G 网络安全架构 所有环境信息的传输 进行加密 关键信息的传输进 行加密 单用户认证成本高昂降低物联 网认证和身份管理成本 计算能力低且电池寿命需求 高，安全保护措施保证能源 高效 更高级别安全保护 降低安全保护处理 时延 部分行业关注 5G 应用安全等级 18 eMBB uRLLC mIOT SDN MEC CU/DU 多接入 NFV SBA 切片 … … 网络 业务 认证 SUPI 隐私 安全 域 SBA 网络 安全 5G AKA EAP AKA * 密钥 算法 加密 对象 NDS 域内 域间 互联 互通 SEPP 认证 TLS 加密 & 完整性 接入 安全 5G 技术发展及融合创新应用方案 更可靠： 5G 面对全新需求进行设计 交通、工业以及能源行业对可靠性有更高要求，现有通信系统难以满足高可靠性要求 数据信道重复 （支持最大 8 次重复） 更低的调制编码速率 （单次传输支持 99.999% 可靠性） 基于 5G 新空口的高可靠无线接入技术 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 SNR/dB 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 BLER TDL-C, 1T2R 32bytes QPSK CR=30/1024 QPSK CR=40/1024 QPSK CR=50/1024 CQI index 1 QPSK CR=78/1024 CQI index 2 QPSK CR=120/1024 WLAN LTE 5G 95% 设备较多时，互相干扰， 可靠性难以保持稳定 可通过重传提高可靠性， 但将显著增加时延 99.999% 兼顾时延要求的高可靠性 ？？ % 19 5G 技术发展及融合创新应用方案 垂直波束覆盖范围： -13 度 ~+13 度 业务场景对立体覆盖、 边缘覆盖有了更新要求 高度覆盖 业务 10m 植保（农药喷洒） 50-100m 电力 / 基站勘探、指挥 / 救援、 航拍娱乐、空中监控、物流运输 200-300m 农田信息测绘 300-3000m 高空巡检（输油管道等） 高度需求  立体覆盖解决方案  大规模天线 (2.5GHz/3.5GHz ， 64 通道 ), 支持水平和垂直 的立体覆盖  扩展覆盖解决方案  通过更低频率扩展覆盖范围  通过毫米波频段提供热点覆盖 更丰富覆盖手段： 5G 多种手段解决综合覆盖需求 水平波束覆盖范围： -60 度 ~+60 度 20 5G 技术发展及融合创新应用方案 基站 1 基站 2 基站 3 t3,Rx - t3 t2,Rx - t2 t1,Rx - t1 基站 1 基站 2 基站 3 t1,Rx t2,Rx t3,Rx 双曲线 1 ：焦距由 (t2,Rx - t1,Rx)*c 决定 双曲线 2 ：焦距由 (t2,Rx - t3,Rx)*c 决定 E-CID 蜂窝网络定位方法 OTDOA 蜂窝网络定位方法 定位精度 业务 <50m 航空监管 <10m 当前飞行控制 <1m 未来飞行控制 0.1m 自动充电、农业测绘 自动驾驶以及网联无人机 对定位有更高精度要求 5G NR 的空口设计有望将基于空口的定位精度从 50m 提高到 m 级 更强定位能力： 5G 相比 4G 全面增强提升 5G 支持更大的信号带宽，采