2018年面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书

面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第1页, 共21页 面向5G的 室内覆盖数字化演进白皮书 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第2页, 共21页 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 1 概述 数字化技术催生各行业的不断创新：ICT、媒体、金融、保险在数字化发展曲线中已经独占鳌头，零售、汽车、油气化工、健康、矿业、农业等也在加速其进程。促进数字化进程的关键技术包括软件定义设备、大数据、云计算、区块链、网络安全、时延敏感网络、虚拟现实和增强现实等。 而连接一切技术的是–通讯网络。 正如2G伴随语音，3G伴随数据，4G伴随移动互联网，人们对5G的期盼则是：以超大带宽、超低时延和超强连接的能力，使能全行业数字化，成为社会基础的生产力。 统计表明，目前4G移动网络中超过70%的业务发生在室内场景。伴随5G业务种类持续增多和行业边界不断扩展，运营商室内移动网络将更加重要，是运营商在5G时代的核心竞争力之一。面向5G的室内覆盖数字化网络DIS（Digital Indoor System），也须朝为未来5G业务提供基础能力的方向进行建设。 本白皮书将从5G室内业务推动室内建网角度描述室内数字化网络的5G演进思路和相关技术。 2 5G室内网络演进的驱动力 4G承载的是“移动互联网”，而人们对5G的定位不仅仅是能为用户提供更好体验和更多业务的eMBB网络，还是连接行业的网络。 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第3页, 共21页 5G将不仅仅是简单的一张通讯网，而是作为底层网络深入到社会各行各业。增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、自动驾驶、智慧家庭、无线医疗、远程教育、新社交网络、个人AI辅助、工业制造和物联网等业务领域将会得到5G技术的支撑。这意味着5G时代的业务场景与4G相比差异巨大，更加丰富。 ITU要求支撑上述业务网络满足峰值10Gbit/s、时延1ms、每平方千米1百万连接数等关键技术要求。而仅仅靠4G网络的升级扩容，远远不能达到要求。 下面从几个典型的未来室内业务的角度描述业务对于5G的需求程度。 2.1 VR/AR：需求网络高速率和低时延 VR/AR是典型的高带宽、低时延业务，通常发生在室内。为了满足越来越多的应用场景体验，设备移动性是需要考虑的其中一项重要指标，这就需要设备通过无线网络传输。另外，VR/AR业务强依赖于实时计算机图像渲染和建模，需要大量的数据传输、存储和计算功能，这些数据和计算密集型任务如果转移到云端，就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力。 高质量VR/AR内容处理走向云端，满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格，VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。虽然现有4G网络平均吞吐量可以达到100 Mbps，但一些高阶VR/AR应用需要更高的速度和更低的延迟。 表2-1 VR业务的网络需求 下行 上行 业务 VR Cloud VR 高清视频 Pre-VR 入门级 VR 高级 VR 终极 VR 入门级VR 终极VR 分辨率 4K/30帧 8K/30帧 12K/60帧 24K/120帧 1080P/60~90帧 6600*6600 /120帧 2K/30帧 编码速率 16 Mbps 64 Mbps 279 Mbps 3.29 Gbps 70~130Mbps ~5Gpbs 6.7 Mbps 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第4页, 共21页 传输带宽 25Mbps 100 Mbps 419 Mbps 4.93 Gbps 100~150Mbps ~6.5Gbps 10Mbps 2.2 新社交网络：高清视频需求大带宽 新社交网络的最明显的特征是视频在社交中占据的比例越来越大，对视频的清晰程度要求越来越高。移动视频业务不断发展，从以前用户直接观看点播视频到现在不同渠道观看各种实时直播内容。室内赛场、演唱会现场甚至是个人直播场景，视频直播对网络的容量提出了更高的要求。 智能手机内置软件依靠移动直播视频平台，可以保证主播和观众互动的实时性，使这种新型的“一对多”直播通信比传统的“一对多”广播更具互动性和社交性。另外，观众之间的互动也为直播视频业务增加了“多对多”的社交维度。 表2-2 高清视频业务的网络需求 业务 入门级4K 标准4K 超高清4K 8K视频 分辨率 4K/30帧/8bit 4K/60帧/10bit 4K/120帧/12bit 8K/120帧/12bit 编码速率(Mbps) 25~30 25~35 25~40 50~80 带宽需求(Mbps) ≥30 ≥50 ≥50 ≥100 2.3 个人AI辅助：低时延提升系统反馈实时性 伴随着智能手机市场的成熟，可穿戴和智能助理有望引领下一波智能设备的普及。当前由于电池使用时间，网络延迟和带宽限制，个人可穿戴设备通常采用Wi-Fi或蓝牙进行连接，需要经常与计算机和智能手机配对，无法作为独立设备存在。 5G将同时为消费者领域和企业业务领域的可穿戴和智能辅助设备提供机会。可穿戴设备将为制造和仓库工作人员提供“免提”式信息服务。云端AI使可穿戴设备具有AI能力，如搜索特定物体或人员。 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第5页, 共21页 图 2-1 导盲头盔 在消费者领域，导盲头盔可以利用计算机视觉、三维建模、室内实时导航和定位技术为盲人在室内提供新的“眼睛”，5G网络在带宽能力和时延能力上为导盲提供基本的网络服务。 图 2-2: 5G使能的可穿戴设备对网络要求 （来源: ABI Research） 2.4 智能制造：低时延满足制造需求 工业4.0的核心是智能制造。未来，智能生产需要提升柔性、灵活性、资源效率、降低成本和产品质量。其中，灵活性则要求大部分制造设备摆脱线缆传输限制，处于一种“自由”的稳定无线环境中。 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第6页, 共21页 对于最新最尖端的智能制造应用，灵活、可移动、高带宽、低时延和高可靠的通信是基本的要求。 图 2-3 智能制造场景分类（来源：ABI Research） BOSCH公司认为，智能制造工厂的主要场景是物流机器人，动作控制，模块化制造单元，移动人机接口，增强现实，无线传感器网络等。而工业4.0对于网络的诉求是： 动作控制 安全物流 环境监控 增强现实 时延（周期） 250us-1ms ~10ms 100ms 10ms 数据速率 Kbit/s – Mbit/s < 1Mbit/s Kbit/s Mbit/s – Gbit/s 典型数据包大小 20-50 byte 64 byte 1-50 byte >200 byte 表2-3 BOSCH对工业4.0 网络需求的判断 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第7页, 共21页 2.5 无线医疗：大带宽和低时延辅助远程诊断 在过去5年，移动互联网在医疗设备中的使用正在增加。医疗行业开始采用可穿戴或便携设备集成远程诊断、远程手术和远程医疗监控等解决方案。 通过5G连接到AI医疗辅助系统，医疗行业有机会开展个性化的医疗咨询服务。人工智能医疗系统可以嵌入到医院呼叫中心，家庭医疗咨询助理设备，本地医生诊所，甚至是缺乏现场医务人员的移动诊所。它们可以完成很多任务：  实时健康管理，跟踪病人，病历，推荐治疗方案和药物，并建立后续预约；  智能医疗综合诊断，并将情境信息考虑在内，如遗传信息，患者生活方式和患者的身体状况；  通过AI模型对患者进行主动监测，在必要时改变治疗计划。 移动运营商可以积极与医疗行业伙伴合作，创建一个有利的生态系统，提供IoMT（Internet of Medical Things）连接和相关服务，如数据分析和云服务等，从而支持各种功能和服务的部署。 远程诊断是一类特别的应用，尤其依赖5G网络的低延迟和高QoS保障特性。 表2-4 远程诊断对网络的诉求 无线医疗业务 阶段 数据速率 时延 远程内窥镜 光学内窥镜 12 Mbps 35 ms 360° 4K+触觉反馈 50 Mbps 5 ms 远程超声波 半自动，触觉反馈 15 Mbps 10 ms AI视觉辅助，触觉反馈 23 Mbps 10 ms 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第8页, 共21页 2.6 其他 5G网络强大的切片能力为行业客户提供高质量的网络服务，未来企业可以不用自己搭建和维护自己的专网，可以直接使用运营商的5G网络切片能力构造自己的本地局域网络。同时，MEC能力将为企业提供独立与公网的一套本地路由网络，能够将关键信息隔离在专有区域，保证数据的安全。 另外，越来越多的室内业务需要应用到室内定位，特别是工业制造领域，对室内定位精度的要求可达亚米级，5G网络实现米级定位能力将会带来更多的市场机会。 2.7 小结 相对于2G、3G和4G的以语音和数据为主，5G时代的通信业务种类更加多元化。5G时代的典型业务从高速、高灵活、多连接、低时延、高可靠和网络开放等角度对网络提出了更高的要求。 3 5G室内网络部署面临的挑战 业务驱动网络的建设，更大带宽、更低时延和更多连接是5G网络最主要的特征。为了获取更多带宽，室内5G引入了更高的频段C-Band和毫米波，更高的频率意味着更大的传输及穿透损耗，采用传统的4G建网方式可能导致室内覆盖不足。 另外，传统室分的多数无源器件无法支持3.5GHz以上高频段，即使是支持传输3.5GHz的馈线，也会带来更多的损耗，产生更大成本。 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第9页, 共21页 最后，5G时代海量的有源网络设备，将会对运维和系统的能耗管理带来新的挑战。 3.1 5G高频导致室内深度覆盖不足 和当前的2G/3G/4G移动网络相比，5G移动网络将在更高的C-Band和毫米波频段上部署，从而满足5G业务对超大频谱带宽的要求。和4G时代的sub-3GHz频段相比，在高频段部署的5G宏基站信号在穿墙覆盖室内场景的时候面临更大的链路损耗问题，导致室内深度覆盖不足。相比于sub-3GHz频段4G宏基站信号，C-Band频段室外信号穿透混凝土墙壁时每穿透1面墙壁会产生额外的8-13dB链路损耗。更高的毫米波频段5G信号导致的巨大衰减导致其基本丧失穿墙能力，如图4所示，毫米波信号穿透混凝土水泥墙的损耗超过60dB。室外5G宏基站信号打进室内覆盖的方式相对于4G将更为困难，需要配合在室内建设专门的室分网络，才能提供最优质的室内场景5G业务。因此，室内场景的5G室分网络和室外5G网络同时部署，能够保障移动用户室内外体验一致性。 图 3-1：不同材质墙壁毫米波穿透损耗 (来源: Huawei X-Labs) 面向5G的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第10页, 共21页 3.2 传统室分网络难以轻量化演进 传统室分系统（DAS）利用起源于2G/3G时代，主要解决室内信号弱覆盖问题，面向3GHz以上5G的4T4R室内网络演进，传统室内分布系统存在三个主要的问题，无法向5G平滑演进：1）3.5GHz覆盖缩水：C-band和Sub 3G相比，链路损耗更大，导致需要增加C-band信源以满足同覆盖要求；2）难以直接更换器件利旧：传统室分系统中很多元器件如合路器、功分器等还不支持3.5GHz或成本过高，更换难度很大；3）4*4 MIMO工程建设难度高：4路DAS需要部署4根馈线、4套器件和天线，工程无法落地，另外，还会导致链路不平衡，引起性能问题；目前全球存量市场上有90%以上的室内网络是DAS，室内网络演进面临着非常严峻的挑战。 3.3 海量有源头端带来运维挑战 5G时代，室内数字化趋势已成必然，传统无源DAS系统无法管理、维护困难，有源数字化头端可管可控，同时也面临大量头端带来运维复杂度提