5G/5G-A 核心网产业调研报告

一、5G和5G-A发展现状 5G应用实施效果显著，整体规模持续扩大。当前，随着5G技术逐步融入到千行百业，我国5G应用实现跨越式发展，5G应用整体规模增长迅速，在地域及行业的融合推广持续深入。根据“绽放杯”5G应用征集大赛的统计，第一届至第六届大赛的参赛项目总量达近十万个，逐年呈现跨越式增长的趋势，覆盖我国全部32个省、自治区、直辖市及香港特别行政区、澳门特别行政区，融合工业、能源、医疗等20余个行业领域数字化转型需求，5G应用已经融入到97个国民经济大类中的60个，促进各类企业深入探索5G在各行业的应用可能。行业应用进入快速成长的关键期，在多个垂直行业实现规模复制。 作为5G应用在供给侧的重要支撑，5G融合应用技术产业实现分阶段发展。第一阶段实现5G基础技术产业叠加赋能，完成2C向2B产品转变，构建面向行业的5G通用设备及产品体系，实现轻量化网络设备和通用型终端产品供给能力；第二阶段实现5G面向行业技术产业局部优化赋能，构建与行业系统初步融合的5G技术产业体系，实现5G与行业系统的嵌入式融合，完成RedCap研发，提供初步融合的行业装备产品体系；第三阶段实现5G融合技术产业整体协同 赋能，构建ICT和OT深度融合5G融合技术及产品供应体系，推动行业核心生产系统、装备智能化以及融合安全方案变革。因此，随着5G在行业领域应用的不断深入和拓展，5G网络技术需持续演进优化。 在此背景下，5G标准从Rel-18开始进入到了演进新阶段。3GPP作为5G国际标准制定的主要组织机构，从2018年起通过Rel-15、Rel-16和Rel-17三个版本的标准制定，构建了5G在增强移动宽带、低时延高可靠、海量物联网连接等三大场景的主要技术能力，并不断拓展行业应用。2021年4月，国际标准化组织3GPP正式确定5G-Advanced（5G-A）为5G下一阶段演进官方名称，从Rel-18开始，5G-A预计将进一步演进到Rel-19、Rel-20等多个版本，不断丰富5G-A的内涵和价值，全球5G发展进入新阶段。5G-A也将不断提升用户感受，提高运营效率，通过万物互联持续增强扩展新场景，并通过创新演进实现未来新系统的过渡。 二、5G/5G-A移动核心网络业务发展新场景 （一）5G应用迈进新场景，ToC和ToB双向演进 1、ToC视频类—裸眼3D 裸眼3D技术是一种实现全感官互动体验的创新技术，将互联网2D视听体验推向了3D沉浸式时代。如图2所示，随着裸眼3D显示技术的成熟，裸眼3DPad、裸眼3D大屏、裸眼3D手机和XR眼镜等产品相继问世，加速了裸眼3D的 普及，并不断扩大了裸眼3D技术的应用范围。同时，AI和云计算的发展使得传统2D内容向3D内容的转化变得更加丰富和便捷，极大地丰富了3D视频内容源，从赛事直播、3D内容点播、交互式游戏，实现体验全覆盖。此外，云算力使用成本的持续下探，单路云算力带宽价格从2019年的6元下降至2023年的1元，为2D到3D内容转化的应用规模普及提供了助力。因此，裸眼3D技术具备初步商用条件，其在终端设备、内容丰富度和成本方面的进展，为3D全感官互动体验的实现提供了良好的基础。 裸眼3D将网络体验从二维向三维扩展，终端分辨率从将从入门级的4K@60fps，逐步提升至舒适级的8K@90fps，并有望未来达到视网膜级体验分辨率16~32K@120fps，实现更加沉浸式的多感官体验，包括视频和触觉等方面。然而，为了支撑这些裸眼3D业务的传输，5G网络在体验、容量和稳定性方面面临着巨大的挑战。当前，5G网络已经能够支持4K@60fps的3D视频，单个用户的速率需求约为100Mbps，单 小 区 可 以 支 持 约5~10个 用 户 。 而 未 来 ， 为 了 支持16~32K@120fps的3D视 频， 单 个 用户 的 速率 需 求 将达到1~10Gbps，并且需要满足双向20ms（单向10ms）的时延要求，这就需要通过5G技术的突破来解决体验和容量双重挑战，以支持下行超宽带需求。同时，考虑到交互视频业务的用户体验，还需要更低的时延和更鲁棒的抗网络信号波动技 术，即使在小区边缘，也需要保证用户的良好体验。 2、ToC视频类—5G新通话 结合产业发展进程，5G新通话业务将分两个阶段推广，逐步提升用户新通话体验。在第一阶段中，用户可基于新通话终端提供的视频通话能力，通过运营商现有的5G新通话网络增强音视频AI智能处理能力，提升新通话的智能翻译、趣味通话、实时转写、多屏通话等可视化服务体验。在第二阶段中，随着运营商、终端和芯片厂商基于IMS数据通道能力全面升级网络和终端，5G新通话将具备支持云端到用户、用户到用户间各类型数据实时交互的能力，在音视频通话基础上打造AI/GPT智能通话、数字人新通话、新型应急通话、B2C产业创新等全新交互服务体验。 3、ToC视频类—XR业务 目前，VR仍在XR市场中占据主导，在以苹果MR+AI为起点的硬件创新与生态良性循环合力作用下，XR行业有望迎来新一轮创新周期。按照对网络带宽、时延不同程度的需求，XR业务可分为高保真强交互、高保真弱交互、低保真强交互、低保真弱交互四类。其中，高保真强交互类同时对大带宽及低时延有较高需求，典型业务4KXR交互游戏要求网络平均速率约50Mbps、端到端网络时延＜20ms；高保真弱交互类对大带宽需求较高，典型业务8KVRFOV视频要求网络带宽大于100Mbps；低保真强交互类对低时延需求较高，典型业务 AR多人协作要求网络端到端网络时延＜15ms；低保真弱交互类对带宽及时延的需求低于以上三类，典型业务包括在线购物等。 4、ToB视频类—视频监控 视频监控技术通过提高视频分辨率和质量，并结合AI的智能分析能力，可以有效保障生命财产安全和社会秩序。随着对视频监控需求的不断提高，视频监控技术也在不断演进，从最初的单点180度监控，逐步发展为具备自由视角360度、多维感知和智能认知能力的监控系统，甚至涌现出了3D视频监控和全息视频影像等新场景。其次，随着智能化水平的提高，AI算力成为了视频监控行业的重要资源，推动了视频监控行业向泛在+AI的方向发展，促进了智慧安防、智慧交通、指挥调度、工业安全监测等领域的发展，预计视频监控领域在银行、学校、安防等领域将产生数百亿规模的市场。根据前瞻产业研究院的预测，中国视频监控市场规模在2021年至2026年间将持续增长，预计到2026年将达到163亿美元，将为公共安全、交通管理、智能城市等领域注入新的发展活力。 如图3所示，视频监控业务预计将在安防、智慧交通等行业率先规模化应用，其业务呈现大规模、分布式的部署态势，对无线化接入的需求激增。另一方面，视频监控存在高清视频监控和非高清视频监控两种场景，具有广域大上行传 输和低成本中高速物联的用网需求。对于8K、专业级自由视角、专业摄像机业务产生的视频码率在200M以上甚至1Gbps+，要求5G网络在广域场景下具备上行超宽带和稳定联接的能力，上行网络总需求为800~2.5Gbps。对于监看场景，通常上 行 码 率 为10Mbps， 上 行 超 带 宽 带 的 速 率 总 需 求为400~600Mbps。一个典型的服务机器人将具备高级AI环境识别能力和自主导航能力，配备6-8个高清摄像头，并将视频回传至云端，对上行超宽带提出了更高的速率需求，到2025年单小区对上行超带宽带的速率要求为216~288Mbps。视频监控业务的网络需求归纳如表1所示。 5、ToB视频类—高密机器视觉 机器视觉是通过计算机模拟和理解人类视觉系统，实现高密度、高速率的图像和视频传输及处理的技术，推动了质检等行业应用的变革和升级。随着工业产品的复杂性增加，传统依赖人工和图片匹配的质检方式变得越发困难，机器视觉质检从传统的机器视觉技术向基于深度学习人工智能的机器视觉技术过渡，视觉对象从2D图像视觉向3D立体视觉过渡。如图4所示，机器视觉的AI算法从本地处理逐渐向边缘计算（MEC）演进，推动了机器视觉能力的不断提升，对现场数据采集的上行传输能力提出了更高的要求。根据高工产业研究院的预测数据显示，2022年中国机器视觉市场规模为1706.5亿元，预计到2027年，中国机器视觉市场规模 将超过560亿元。通过对图片和视频的自动分析和识别，机器视觉可以提高质检工作的效率和准确性，开拓了数百亿的行业应用新蓝海，3D机器视觉技术将全感官交互和沉浸式体验带入现实，推动了科技创新和社会进步。 高密度机器视觉应用可以分为2D机器视觉和3D机器视觉，对网络的需求包括广域大上行传输和边缘计算能力。机器视觉应用的速率取决于像素和帧率，像素方面从500万、1000万向2000万以及更高像素发展，单摄像头速率从几十Mbps到几百Mbps，采用压缩模式也可以达到100Mbps。在典型的汽车制造和3C制造工厂的一个5000平方米的车间中，机 器 视 觉 应 用 的 速 率 超 过6Gbps， 整 个 工 厂 的 速 率 超过10Gbps。然而，运营商在工业ToB领域可应用的频谱是有限的，而且传统的eMBB业务以下行配比为主（如8:2）。因此，如何大幅度提升频谱效率，从而提供上行超宽带的能力，是主要的挑战。 6、ToB控制类—工业核心控制 工业核心控制通过实时监控、控制和优化工业设备和生产流程，为智能制造和跨地协同控制等行业应用提供高质量的支持。工业自动化转型升级逐步将信息技术（IT）下沉到现场操作技术（OT），提供网络实时和运动控制同步实时的服务能力，推动工业控制实现网络化和智能化。工业核心控制从传统的分层架构向柔性生产演进，推动工业控制网络扁 平化、工控业务少人化甚至无人化，促进信息技术和现场操作技术的融合。根据工控网的数据，2022年中国工业自动化市场份额已突破2600亿，并且近年来一直保持强劲的增长趋势。通过自动化和智能化的方式，工业核心控制可以减少人工干预，提高生产效率、降低成本、确保质量，并具备灵活性、节能环保、预测维护、数据分析和决策支持等优势。 工业控制是5G技术赋能行业的核心场景之一，包括工业现场控制、远程实时控制和运动控制等应用，对于高可靠性、低时延、准确定位和精确授时等特性有较高的需求。 在电力行业中，工业核心控制主要应用于配网实现配电自动化，其中包括三遥（遥控、遥信、遥测）、精准负荷控制、差动保护和智能配电站等核心业务，需要10ms@99.99%以下的确定性低时延能力以及1us以下的高精度授时能力，在 差 动 保 护 、 配 电 自 动 化 等 场 景 中 网 络 需 达到10ms@99.9999%的极致性能。 在智能工厂领域，工业核心控制主要解决PLC控制的可靠性问题。在广域控制应用中，如AGV和无人集卡等，网络需达到20ms@99.99%低时延高可靠能力。在局域工业控制应用，如PLC南向网络控制等，需实现4ms@99.9999%确定性网络低时延能力。考虑到一个车间中MasterPLC、SlavePLC、I/O等设备的数量，单个小区的用户数可达到1000个。因此，在传统eMBB帧结构的情况下，如何实现4ms@99.9999%的确 定性低时延能力，并同时保证频谱效率以提供一定容量的能力，是工业核心控制最大的挑战。 7、ToB物联类—低成本中高速物联 工业传感和可穿戴设备等领域对于低成本中高速物联提出了新的需求，但也成为推动5G应用产业规模化落地的关键。RedCap是一种针对可穿戴设备和工业传感等应用场景的解决方案，通过实现更低的复杂度和成本，探索了终端高集成度和低成本之间的最佳平衡点。除了满足基本通信需求外，RedCap还考虑了结合切片、5G专网、5G LAN、授时和定位等技术能力，以满足不同垂直行业应用的差异化部署需求。根据ABIResearch的数据预测，到2024年，5G模组的出货量有望突破2400万片，市场规模可达10.7亿美元。RedCap填补了中高速物联行业应用的空白，以高性价比满足大规模物联场景的需求。同时，RedCap具有巨大的市场潜力，有望推