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通信频道 发表于  2018-05-27 10:58:04 7397字 ( 0/111)

迈向5G新世界:将彻底改变我们的社交与互动方式

根据思科(Cisco)2017年8月发布的数据,发展30年的移动通信网络用户约70亿量级。超高清视频、互动媒体与娱乐、跨时空实时协作、虚拟现实、无人驾驶、智慧城市、智能制造、智慧医疗等领域将产生极大的通信需求,未来通信网络的扩容需求还将继续增大,对带宽要求也将不断提高。而随着越来越多智能设备的出现,物联网的海量连接也将大幅提升现有网络基础设施的连接压力。

资料图:当地时间2月28日,巴塞罗那世界移动通信大会现场。
咨询公司IDG预测,2020年,全球物联网设备量将达到281亿,全球物联网市场规模将达到1.7万亿美元。在此之后,物联网应用将迎来爆发式增长,数以千亿的设备将接入网络,缔造出令人眼花缭乱、规模空前的新兴产业,使移动通信技术渗透至生产、生活的方方面面。
欧盟5G项目总体负责人、爱立信研究员Afif Osseiran认为,正是这些市场的特点和需求,使得“面向未来无线通信环境和需求”的5G研究项目应运而生。未来十年,5G将成为用户享受极限网络体验的方式。
5G具有高速率(增强型移动宽带,eMBB)、大容量(大规模机器通信,mMTC)、低时延(高可靠低时延通信,URLLC)的特性。5G网络每平方公里可连接的设备数量超过100万,且在传输延时上有巨大的技术突破,能成功做到“毫秒级的延时”。它将大大加速各类智能技术新应用的落地,开启移动通信发展的新时代,促成一种全移动、全连接社会的构建。
5G、物联网、区块链和人工智能等技术的结合,能真正实现万物互联,使人类置身于一个智能、可互动的网络里,彻底改变我们的社交与互动方式。
那么,5G环境下,我们能期待什么样的应用场景?
内容产业大变天
根据Cisco发布的数据,2016年至2021年,全球IP视频流量将增长3倍,同期移动数据流量增长7倍。目前,产业达成的共识是,高清视频将成为消耗移动通信网络流量的主要业务。
国际电信联盟(ITU)定义了5G技术的8大关键能力指标:峰值速率达到20Gbps、用户体验数据率达到100Mbps、频谱效率比用于4G标准的IMT-A提升3倍、移动性达500公里/小时、时延达到1毫秒、连接密度每平方公里达到10Tbps、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米达到10Mbps。
如果这一连串术语和数据令人感到眼花缭乱的话,我们可以用一种通俗易懂的说法来解释:5G网络的下载速度比 4G 快100倍,用户能在几秒内下载完一部4K清晰度的电影,而在4G的条件下,这需要至少1个小时。
4G的出现彻底颠覆了用户习惯,使得手机、平板等移动客户端成为用户观看视频、消费文娱内容的首要工具。5G时代的到来,很可能再次颠覆以往的内容创造模式与产业生态。
超高的网速将打乱原先UCG(即用户生产内容)的原创内容生产节奏。 4G时代,受到网速的限制,用户愿意以时间换质量,为了在最短时间内下载视频或图片,对它们的质量往往只好将就。5G网络能保证所下载内容的像素与质量,图片、视频上传的速度将大大提升,3D影片、运用虚拟现实或增强现实技术制作的视频将大幅增加,被社交媒体分享的内容也将成倍增长,内容碎片化的程度也会持续上升。
这样一来,独狼式的内容生产模式不再适用,草根逆袭的都市传说将越来越少,内容生产者们要拼的不仅是创作技能和速度,还要学会和5G厂商或娱乐巨头合作,为自己争取硬件资源,抢占渠道。
5G服务的提供方手握渠道,可能与有线电视运营商合作,甚至并购后者。脸书、谷歌、亚马逊这类互联网巨头也不会放过5G这块肥肉。据《华尔街日报》消息,2017年7月,亚马逊与美国第二大卫星电视运营商 Dish?Network Corp开始合作,希望共同建立5G网络。目前,脸书支持智能手机360度照片上传的新功能已经上线,并将贯穿虚拟现实内容从录制、编辑处理,到上传、下载的全流程,支持360度3D视频的随时随地分享和体验。
此外,有了大幅提升的网速,下载视频和在线缓冲的时间相当,下载业务可能再次与流媒体并驾齐驱,争夺消费者的注意力。
下一代社交平台:虚拟现实、增强现实
2016年,脸书斥资20亿美元收购了虚拟现实可穿戴设备厂商Oculus,引发了一轮资本对虚拟现实(VR)行业的追捧。几个月后,扎克伯格在接受采访时却对这次收购表示后悔。很快,资本市场跟着转向,媒体口中的“VR元年”才刚开始,没了硬件和资金支持的虚拟现实行业玩家们就遭遇了寒冬。
目前,VR行业面临着大量的技术挑战。VR技术还不能完全实现人机交互操作,只能通过头戴式设备提供视觉体验。而这项功能还有一个亟待解决的大问题——眩晕感。
简单地说,当身体感受和视觉感受不一致的时候,人会感到晕眩,就像站在甲板上不动的人看着身边一波波的浪向后打去会晕船的感觉一样。在虚拟环境里,当动作和视觉之间产生超过20毫秒的延迟时,晕眩就会产生。
除此之外,VR技术还面临着其他各种复杂考验。虚拟现实最吸引人的地方是“以假乱真”,从戴上设备到进入虚拟环境实践各种任务,一旦其中一个环节出现错误,就会让使用者瞬间回到现实中,造成极差的人机交互体验。显然,这对支撑VR技术正常运行的软硬件要求极高,而软硬件的融合是未来的必然走向。目前国内外VR行业都处于发展初期,谁能将软硬件技术打通,谁就将占上风。
5G将成为在水深火热里挣扎的VR从业者的福音。现有VR设备受限于目前无线网络传输速度和传输时延,通常采用HDMI线缆连接,极大限制了用户的使用范围,影响用户体验。要实现完美的虚拟现实体验,就必须实现低于20毫秒的时延。5G具备的毫秒级端到端时延的特性可以解决这个难题。此外,VR设备需要对画面进行精细绘制,头盔与主机间需要传输大量数据,5G的超高传输速率也能较好满足VR对数据传输的要求。
虚拟现实终端和芯片的产业链已经形成,在应用领域,如电影、游戏、教育、零售、房地产、教育等行业都有了成功的应用。
可以预见,各领域对VR技术的旺盛需求也将反过来促进5G的普及。例如,军事领域用虚拟现实模拟飞行环境或战场,以此提高士兵遇到突发状况的反应能力,甚至在他们被派驻到完全陌生的国度之前,训练他们与当地人沟通的技巧。
在工业设计制造方面,“虚拟协作场”的概念被引进。在这个虚拟环境里,身处世界各处的设计者能够协同合作,研发新产品。在科研领域,实验变量可被精确控制,实验环境也能被逼真地创造出来。比如,对恐高症的研究,从前只能让参与者想象自己“站在高处”,或提供视觉冲击。若能让他们在虚拟环境中站在离地千米的悬崖边,记录他们的情绪波动及生理反应,所测数据的真实性对医学、心理学等领域都有极大的意义。在教学过程中引进虚拟现实技术,则可以逼真地再现恐龙时代、深海生态、宇宙探索、人体解剖等各类话题,不仅省时省力,也更能引起学生的兴趣。
除了VR技术,增强现实(Augmented Reality,下文简称AR)技术也会在5G的帮助下蓬勃发展。与受限于头戴设备特殊性的VR相比,AR的巨大价值在于应用场合的多样性,如智能导航、旅游导览、教育培训、文创、零售等行业。
时尚与营销行业就是该技术忠实的拥护者。耐克在营销方面运用了大量AR、VR技术。去年,它把AR技术加入到鞋款的发布和销售,用类似Pokémon GO的追捕玩法把限量版球鞋藏匿于街头巷尾,让球鞋爱好者们像捉小精灵一样四下寻购心仪的球鞋。
今年3月,欧莱雅宣布全资收购加拿大一家开发定制AR美容应用程序的公司ModiFace。未来,ModiFace可能为欧莱雅制作类似美颜相机的应用,提供包括口红、腮红、高光、眼影等彩妆的预览特效。ModiFace曾搜集75个美容零售商和品牌的数据,结果显示,引入了AR技术后,这些美妆品牌和零售商的线下销售额平均增长率为84%,互动时长增长了117%。
4月,ZARA在全球137家店铺推出为期两周的AR体验,所有AR效果展示的商品均可通过ZARA网上商店或实体店铺进行购买。可以预见,在5G的加持下,这些潮流达人们将以最快的速度拥抱新技术,将消费者体验做到极致。
AR技术值得让制片人或转播方大开脑洞,提高用户的参与度,让线上线下的互动融为一体,提供沉浸式的现场体验。比如,转播欧冠的时候,让用户可以选择裁判的视角看球。再比如,探险类的真人秀节目能运用体感技术,使观众无需使用任何复杂的控制设备就能身临其境地与内容互动。观众能自主选择并加入真人秀的某个小分队,和偶像们线上线下一起探秘寻宝、积分闯关……5G技术在上行链路带宽、时延、网络容量、功率控制、节能方案的设计上引入创新方案,有力支持了随时随地的移动体验,由此带来的巨大的潜在用户市场和规模开发的成本优势,将再次大幅提高人们的通信、生活体验。
基于未来5G移动网络的业务体验将不受地域、时空的限制迅速交互传播,VR、AR漫游沉浸式体验所创造的身临其境的交互信息将取代文字、图片,成为下一代社交平台的主要信息载体。
5G下的移动医疗:人人享有及时便利的医疗服务
移动医疗指的是借助移动网络技术的使用,实现预防、咨询、诊疗、康复、保健等全流程的医疗健康服务体系。随着人们的生活质量与健康意识不断增强,及时、准确、便利的医疗健康服务日益受到关注。根据美国市场研究公司Grand View Research的研究显示,2020年,预计全球医疗健康市场的规模将达到491亿美元。
移动医疗在5G网络环境下,能及时处理信息,实现高效便捷的医疗诊断,并有效优化医疗资源配置,连接医院信息孤岛,将目前分散的医疗服务资源、医疗终端和数据整合共享,提高医疗系统的效率,简化就医流程,提升医疗体验。
受益于5G网络的连接能力,医生将使用更多的技术手段实现对病人的实时监测和远程诊治。病人也可以通过可穿戴医疗设备,接受医生的远程监控功能和诊断。越来越多的可穿戴设备将大大提升个人健康管理、生活质量和工作效率。平日服装、配饰内可植入轻薄低能耗的防水传感器,这些传感器将对穿戴者所处环境如气压、温度、湿度、空气质量及穿戴者自身健康指数如血压、心律、体温、皮肤湿度等进行监控。传感器收集到的所有数据都将通过移动网络传回个人生活数据库及区域内的医院,个人生活管理系统分析收集上来的信息实时提醒穿戴者避开有害健康的区域或行为,提出调整饮食、睡眠、运动量等的建议,甚至可以在检测到身体异常时提前通知家庭医生或就近医院,达到有效及时的个人健康管理,辅助各项医疗诊治项目的开展。GSMA和麦肯锡的联合研究发现,在世界经济合作与发展组织和金砖四国中,通过远程医疗,每年可节约210亿美元。
此外,5G将助益医疗机器人的研发。手术机器人是一种智能外科手术工具。它借助于精确的干预措施、本体结构和智能控制系统等技术,能突破原有医生的手眼限制,提高临床操作准确性和手术成功率。目前手术机器人已广泛应用于神经外科、腹腔外科、胸外科、骨外科、眼科、耳鼻喉、血管介入及颅面外科等医疗中。术后,也有不同种类的康复机器人正在研发,或已投入使用。
医疗机器人目前有几个活跃的研究方向。一是视觉限制(visual constrained )。比如,通过给机器人做视觉上的限制,让机器明白,患者身体的某一区域是绝对不能动的。 二是共享控制(Shared-control robotic systems), 指的是一台手术里,有一部分是人工主导的,另一部分是机器主导的。在进行手术的过程当中,人和机器人进行互动,共同完成手术。
在共享控制这一研究领域,想要增强机器的反馈能力,让外科医生有更真实的手术感受,比如机器和肌肤的触感等,就要尽可能开发多种传感器,收集人机交互时各种不同的数据,让人机互动的界面更友好,让机器人更易操作,向人类提供正确的反馈信息,让操刀者的行动尽可能自然。
构造这种真实性,很吸引人,也极具挑战。挑战之一来自机器人设计层面。任何遥控外科手术,都会受到信息传递速度的影响。5G网络的普及能极大减少延迟时间, 确保外科医生的手感只受微小影响。
另一个挑战在于机器学习。外科医生本人的经验,和他们对机器人的熟悉程度都有深浅之分,从菜鸟到专家的学习过程,机器人和人都要经历。研究人员需要做的,是尽可能多地收集、分析每次人机互动的数据,优化机器人的性能。在5G的网络环境下,传感器搜集到的数据能被研究人员以最快的速度搜集整理,辅助手术机器人的快速智能化。
5G在路上:从无人驾驶到田间地头
车联网系统利用车车通信、车人通信、车路通信和车网通信及自动驾驶和大数据分析等技术,实现车辆、行人、路面基础设施之间的感知互联,对于保障交通安全、提高城市交通运行效率、降低污染排放都有重要意义。
以自动驾驶为例,安全、自由的行程体验,将带动车联网市场空间的快速增长。Navigant Research咨询公司的研究表明,到2035年,全球无人驾驶汽车销量可达9500万辆。埃森哲公司预测,到2025年,所有新车都具备联网功能,全球车联网市场总额将达8300亿美元。
自动驾驶技术的实现与发展必然离不开5G。自动驾驶的核心,是让车绕过人类感官与交通环境实现交互。这意味着无人驾驶汽车极度依赖雷达、摄像头及遍布车身的传感器,将产生巨大的数据量,而无人驾驶系统需要执行无数的内存密集型计算,对计算性能提出了苛刻的要求。
随着车联网和智能驾驶技术的快速发展,对车辆行驶数据采集、处理和交互控制的要求越来越高。数据显示,到2020 年,无人驾驶汽车每秒将消耗 0.75GB 的数据流量。庞大的数据量需要超高速率、超低时延的传输,当前的通信系统不能处理其中所需的超高带宽,这恰恰是 5G 大显身手的地方。
在美国汽车工程师学会和德国汽车工业学会联合定义的车辆自动化等级(0-5)中,5级,即高级自动化或全自动化的车辆对传输速率的要求达到100/Mbps,传输时延仅在1至10毫秒之内。自动驾驶过程中,目前最快的4G网络也需要几十毫秒用于发送信息并收到反馈,但在5G网络下,从发送并收到信息反馈不到1毫秒。
如果汽车以每小时60英里(约96.56公里/小时)的速度行驶,在使用5G通讯网络的情况下,其收到某一反馈信息后实际上只移动了3厘米左右。换句话说,遇到紧急情况时汽车有足够的时间刹车或者变道,避免事故发生。现有4G网络时延条件之下,时速100公里的汽车,从发现障碍到启动制动系统仍需要移动1.4米。
5G网络的覆盖面广是它应用于自动驾驶技术的另一个大优势。当前使用的自动驾驶技术很大程度上依赖于4G技术、V2V(车对车)和V2I(车对基础设施)等技术的结合,V2V和V2I技术主要依赖于DSRC专用短程通信技术。虽然DSRC技术较4G技术传输速度更快,但其使用范围有限,只能在安有DSRC无线电设备的区域使用。要实现交互,汽车还需寻找附近安装有同样装备的汽车以及基础设施。5G网络则不存在这样的问题,只要有手机信号覆盖的地方,就可以使用5G技术。
从城市管理的角度看,智能驾驶将提高交通效率,缓解拥堵,大幅减少人为因素引发的的交通事故,节省大量的人力、财力成本与资源。由于无人驾驶汽车在加速和刹车方面不断优化,它们将帮助提高燃油效率,降低碳排放。麦肯锡咨询公司预测,无人驾驶汽车一旦大规模被采用,每年将帮助减少3亿吨的二氧化碳排放。借助5G网络的商用部署,自动驾驶有望于2025年进入市场推广阶段,实现人、车、环境协同统一的目标。
以上举的事例只是5G未来应用场景的冰山一角。在节能环保、智能电网、导航通信、智能农业、智能制造、智慧城市等领域,5G都可能带来令人眼花缭乱且实际的效用。
比如,未来的农场,土壤中可广泛部署多种土壤质量传感器,实时反馈土壤的养分含量、水分等数据,以精准控制浇灌和施肥设备;农场四周可以安装温度、湿度、风力、日照等传感器;河流中可以安装水质监控传感器,一旦发现污染,可以及时治理;每头牲畜或禽类体内可植入病毒检测、血压、体温等传感器,实施监控牲畜健康状况,定位牲畜位置等。通过各种智能传感器建立起来的智能农业系统将极大地降低管理成本提升生产效率……
不过,2G、3G、4G的技术演进过程表明,每种新技术从研究到商用部署,都要经历较为漫长的过程。虽然5G的应用前景令人振奋,但要在短时间内普及,还面临不少挑战。5G之所以能提供至少10Gbps的峰值下载速率和低于1毫秒的延迟,是因为它使用了更高的频段,比如28GHz、39GHz等毫米波频段。但5G毫米波有天生的弱点:信号衰耗大、易受阻挡、覆盖距离短等。在大气传播中,毫米波主要受氧气、湿度、雾和雨的影响,也就是说,某一区域的天气变化和地形环境将对5G信号产生影响。
虽然5G可能从2020年起在全球各地开启商用,但由于5G从未用于消费者移动服务,因此运营商仍在研究5G信号在不同类型的地形和天气中的表现。美国 AT&T公司研究工程师Bob Bennett表示,他们正在研究信号如何受到诸如雪、雨、冰雹、枫树、橡树和云杉树等不同因素的影响,因为每个信号都会有所不同。
从全球移动通信技术的发展历程来看, 5G网络不但会成为全球通信产业的新一轮发展机遇,还将与各项新兴信息技术相互带动,成为催熟行业应用的网络平台。
而现在,正是5G时代的开端。

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