5G助力智慧城建設(shè)

5G助力智慧城市建設(shè)5G助力智慧城市建設(shè)Impactof5GTechnologiesonSmartCity

Implementation5G助力智慧城市建設(shè)1概述及背景智慧城市離不開ICT技術(shù)，ICT技術(shù)是智慧城市的基礎(chǔ)，不管從智慧感知技術(shù)到通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)再到智能的處理和運(yùn)用技術(shù)，這都是發(fā)展智慧城市的基礎(chǔ)。5G作為建設(shè)新型智慧城市的技術(shù)利器，將是支持新型智慧城市生存和運(yùn)轉(zhuǎn)的類似水、空氣的必備要素，以及支撐社會(huì)態(tài)勢(shì)感知能力的基礎(chǔ)設(shè)施，它以技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新城市應(yīng)用，豐富智慧城市內(nèi)涵，是實(shí)現(xiàn)暢通化溝通渠道的技術(shù)途徑。在5G時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)更多的以物聯(lián)網(wǎng)的形式存在，將城市融為一體。如今智慧城市的建設(shè)在國(guó)內(nèi)外許多地區(qū)已經(jīng)展開，并取得了一系列成果，國(guó)內(nèi)的如智慧上海、智慧雙流，國(guó)外如新加坡的"智慧國(guó)計(jì)劃”、韓國(guó)的“U—City計(jì)劃”等。2智慧城市簡(jiǎn)介智慧城市（英語(yǔ)：SmartCity）是指利用各種信息技術(shù)或創(chuàng)新意念，集成城市的組成系統(tǒng)和服務(wù)，以提升資源運(yùn)用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，以及改善市民生活質(zhì)量。智慧城市把新一代信息技術(shù)充分運(yùn)用在城市的各行各業(yè)之中的基于知識(shí)社會(huì)下一代創(chuàng)新（創(chuàng)新2.0）的城市信息化高級(jí)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息化、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化深度融合，有助于緩解“大城市病”，提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和動(dòng)態(tài)管理，并提升城市管理成效和改善市民生活質(zhì)量。關(guān)于智慧城市的具體定義比較廣泛，目前在國(guó)際上被廣泛認(rèn)同的定義是，智慧城市是新一代信息技術(shù)支撐、知識(shí)社會(huì)下一代創(chuàng)新（創(chuàng)新2.0）環(huán)境下的城市形態(tài)，強(qiáng)調(diào)智慧城市不僅僅是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，更重要的是通過(guò)面向知識(shí)社會(huì)的創(chuàng)新2.0的方法論應(yīng)用，構(gòu)建用戶創(chuàng)新、開放創(chuàng)新、大眾創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新為特征的城市可持續(xù)創(chuàng)新生態(tài)。由此不難看出建設(shè)智慧城市，技術(shù)是基礎(chǔ)，而5G起著鏈接所有技術(shù)的作用。5G助力智慧城市建設(shè)圖2-1智慧城市示意圖5G關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用場(chǎng)景簡(jiǎn)介5G作為第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，也是4G之后的延伸。作為新一代信息通訊發(fā)展的主要方向，5G將滲透到未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G關(guān)鍵能力回顧移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都可以通過(guò)標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來(lái)定義，其中，1G采用頻分多址（FDMA），只能提供模擬語(yǔ)音業(yè)務(wù)；2G主要采用時(shí)分多址（TDMA），可提供數(shù)字語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；3G以碼分多址（CDMA）為技術(shù)特征，用戶峰值速率達(dá)到2Mbps至數(shù)10Mbps，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4G以正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達(dá)100Mbps至lGbps,能夠支持各種移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。5G需要具備比4G更高的性能，支持0.1?1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬(wàn)的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每平方公里數(shù)10Tbps的流量密度，每小時(shí)500Km以上的移動(dòng)性和數(shù)10Gbps的峰值速率。其中，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時(shí)延為5G最基本的三個(gè)性能指標(biāo)。同時(shí)，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)的效率，相比4G,頻譜效率提升5?15倍，能效和成本效率提升百倍以上。5G助力智慧城市建設(shè)用戶也^通不（Gbps） 15推酸雷用V/病舊5G關(guān)鍵能力圖3-15G關(guān)鍵能力性能需求和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力，猶如一株綻放的鮮花。紅花綠葉，相輔相成，花瓣代表了5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來(lái)多樣化業(yè)務(wù)與場(chǎng)景需求的能力，其中花瓣頂點(diǎn)代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉代表了三個(gè)效率指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。5G關(guān)鍵技術(shù)面對(duì)多樣化場(chǎng)景的極端差異化性能需求，5G很難像以往一樣以某種單一技術(shù)為基礎(chǔ)形成針對(duì)所有場(chǎng)景的解決方案，5G技術(shù)創(chuàng)新主要來(lái)源于無(wú)線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面。在無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜接入等技術(shù)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已取得廣泛共識(shí)。止匕外，基于濾波的正交頻分復(fù)用（F-OFDM）、濾波器組多載波小3乂0、全雙工、靈活雙工、終端直通（D2D）、多元低密度奇偶檢驗(yàn)（Q-aryLDPC）碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、極化碼等也被認(rèn)為是5G重要的潛在無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。5G助力智慧城市建設(shè)圖3-25G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G應(yīng)用場(chǎng)景面向2020年及未來(lái)，5G將解決多樣化應(yīng)用場(chǎng)景下差異化性能指標(biāo)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，不同應(yīng)用場(chǎng)景面臨的性能挑戰(zhàn)有所不同，用戶體驗(yàn)速率、流量密度、時(shí)延、能效和連接數(shù)都可能成為不同場(chǎng)景的挑戰(zhàn)性指標(biāo)。國(guó)際電信聯(lián)盟ITU召開的ITU-RWP5D第22次會(huì)議上確定了未來(lái)的5G具有以下三大主要的應(yīng)用場(chǎng)景：1）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶；2）超高可靠與低延遲的通信；3）大規(guī)模機(jī)器類通信。具體包括：Gbps移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語(yǔ)音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂(lè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動(dòng)化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛汽車等。理駕型移動(dòng)寬帶G比拈抄傳跖qcliyEcnri心q!idpltrfiri|BeHq.d云端和盛樂(lè)G比拈抄傳跖qcliyEcnri心q!idpltrfiri|BeHq.d云端和盛樂(lè)語(yǔ)音智君城市g(shù)■Emirt智能家居,?樓宇口口加舌"f打心 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)lrdu:-:ri--EiutGH'in工業(yè)自承）化-：nnc-lnpplrinor里 應(yīng).用FutureIMTMassiveMachineType

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Cornmunicfftioiris高可群低時(shí)延通信圖3-35G三大主要應(yīng)用場(chǎng)景

5G助力智慧城市建設(shè)IMT-2020(5G)從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，將5G主要應(yīng)用場(chǎng)景納出為：連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時(shí)延高可靠四個(gè)主要技術(shù)場(chǎng)景，與ITU的三大應(yīng)用場(chǎng)景基本一致。低時(shí)延高可靠低時(shí)延高可靠圖3-45G主要技術(shù)場(chǎng)景連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景，是移動(dòng)通信最基本的覆蓋方式，以保證用戶的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性為目標(biāo)，為用戶提供無(wú)縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。該場(chǎng)景的主要挑戰(zhàn)在于隨時(shí)隨地(包括小區(qū)邊緣、高速移動(dòng)等惡劣環(huán)境)為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗(yàn)速率。熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景，主要面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度需求。1Gbps用戶體驗(yàn)速率、數(shù)10Gbps峰值速率和數(shù)10Tbps/km2的流量密度需求是該場(chǎng)景面臨的主要挑戰(zhàn)。低功耗大連接場(chǎng)景，主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超千億連接的支持能力，滿足100萬(wàn)/km2連接數(shù)密度指標(biāo)要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。低時(shí)延高可靠場(chǎng)景，主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，這類應(yīng)用對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。連續(xù)廣域覆蓋和熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景主要滿足2020年及未來(lái)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，也是傳統(tǒng)的4G主要技術(shù)場(chǎng)景。低功耗大連接和低時(shí)延高可靠場(chǎng)景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是5G5G助力智慧城市建設(shè)新拓展的場(chǎng)景，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)移動(dòng)通信無(wú)法很好支持地物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用。5G技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用5G被認(rèn)為是萬(wàn)物互聯(lián)的開始，其本質(zhì)是更廣、更快、更強(qiáng)的依據(jù)無(wú)線傳感器的信息技術(shù)，指向了更高效、更及時(shí)的資源運(yùn)用。5G將不僅僅帶來(lái)網(wǎng)速的提高，更意味著可靠的低延時(shí)海量物聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，2020年前后，5G的應(yīng)用將趨于成熟，智慧城市建設(shè)也將步入一個(gè)嶄新階段。5G為智能城市的電網(wǎng)/動(dòng)力、交通、安防等方面供給了直接的處理計(jì)劃，帶來(lái)多方面社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，5G技術(shù)在智慧城市建設(shè)中主要應(yīng)用在以下5個(gè)領(lǐng)域：智慧家居智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的控制管理，實(shí)際上是通過(guò)信息的傳輸和連接實(shí)現(xiàn)的，目前所有的智能家居設(shè)備都在低功率下運(yùn)行，并且通過(guò)不同的方式相互交換信息，這樣一來(lái)就增加了設(shè)備傳輸間的延時(shí)問(wèn)題，這直接影響了整個(gè)智能家居生活的體驗(yàn)。而5G網(wǎng)絡(luò)每秒傳輸速度達(dá)10Gb,將有助于信息的檢測(cè)和管理，使得整個(gè)系統(tǒng)更為穩(wěn)定，傳輸速率更快。這樣一來(lái)，智能設(shè)備之間的“感知”將更精確更迅速，有利于提高整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)的智慧化程度。智慧家居應(yīng)用如下圖所示。圖4-1智慧家居應(yīng)用示意圖5G時(shí)代到來(lái)后，智能家居產(chǎn)品將更靈敏，其它傳統(tǒng)家電設(shè)備的響應(yīng)速度也會(huì)大幅提升，5G助力智慧城市建設(shè)智能家居系統(tǒng)能承載更多的設(shè)備連接、傳輸更大的流量。智慧交通5G和云計(jì)算等技術(shù)聯(lián)合，可以實(shí)現(xiàn)車與車、車與路之間的實(shí)時(shí)信息交互，傳輸彼此的位置、速度、行事路徑，避免交通擁堵，還可以為城市交通規(guī)劃者提供預(yù)測(cè)模型。依據(jù)5G的智能交通體系將更為聯(lián)動(dòng)，能夠進(jìn)步社區(qū)交通功率，削減阻塞的發(fā)作。對(duì)于公共交通，5G可以幫助減少乘客等待時(shí)間，優(yōu)化公交車庫(kù)存，提供實(shí)時(shí)更新的乘客信息、車輛信息，甚至支持動(dòng)態(tài)公交路線；車輛、路燈等設(shè)備的信息互通還能幫助智能泊車，避免停車位的擁堵和閑置，提高27%的停車收入。圖4-2智慧交通車聯(lián)網(wǎng)示意圖此外，5G智慧交通將幫助實(shí)現(xiàn)車型分類，根據(jù)路段運(yùn)載能力安排車輛形式路線，支持智能交通管理，每年為中型城市的司機(jī)和相關(guān)人員節(jié)省約1億美元，減少40%的交通阻塞事件，從而帶來(lái)額外的生產(chǎn)力，改善居民生活質(zhì)量。同時(shí)，智能駕駛也為網(wǎng)絡(luò)提出了大容量、低時(shí)延、高可靠的更高要求。智能照明5G(NB-IoT)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的照明系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)路段有無(wú)行人、車輛自動(dòng)調(diào)光，既能節(jié)約能源，又能保護(hù)社區(qū)安全，結(jié)合空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備還能節(jié)約設(shè)備運(yùn)營(yíng)、保護(hù)本錢。目前，圣地亞哥和巴塞羅那已經(jīng)采用智能照明系統(tǒng)。因?yàn)檫@些路燈，圣地亞哥每年節(jié)省約190萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)該系統(tǒng)有潛力每年為全美節(jié)約10億美元。國(guó)內(nèi)江西鷹潭市智能路燈方案，由中國(guó)電信、泰華智慧、華為聯(lián)合建設(shè)的全球首個(gè)NB-IoT智慧路燈規(guī)?；逃庙?xiàng)目，

5G助力智慧城市建設(shè)落地江西省鷹潭市。此項(xiàng)目基于運(yùn)營(yíng)商N(yùn)B-IoT網(wǎng)絡(luò)，使用授權(quán)頻譜，網(wǎng)絡(luò)覆蓋好，可靠性高；可實(shí)現(xiàn)單燈精確控制和維護(hù)，并根據(jù)季節(jié)、天氣、場(chǎng)景變化靈活設(shè)置路燈開/關(guān)/亮度，3率猊NBdoTgT平白期管理，降低運(yùn)維成本50%節(jié)省電耗10-20%；無(wú)需人工巡檢，遠(yuǎn)程檢測(cè)并定位故障，并結(jié)合路燈運(yùn)行歷史開展生命周3率猊NBdoTgT平白期管理，降低運(yùn)維成本50%圖4-3智能路燈解決方案未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)將面向多樣化、差異化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，需要滿足超高速率、超低時(shí)延、超高流量與連接數(shù)密度等更高要求，推動(dòng)基站硬件架構(gòu)進(jìn)一步演進(jìn)。首先，隨著站點(diǎn)加密、站4.4智慧安防公共安全是智能城市很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其背面的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力在于可控的廣泛的無(wú)線連接。美國(guó)芝加哥市正在運(yùn)用依據(jù)4G的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，協(xié)助急救人員在到達(dá)場(chǎng)景之前進(jìn)行情況評(píng)價(jià)。而依據(jù)5G的智能城市安防體系，將不只供給高清、實(shí)時(shí)的視頻信息，乃至還能夠完成主動(dòng)的面部辨認(rèn)。舊金山運(yùn)用無(wú)線傳感器，生成詳細(xì)的實(shí)時(shí)的火器/槍支探測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有人使用槍支，傳感器可以對(duì)其進(jìn)行三角定位，有時(shí)甚至能識(shí)別強(qiáng)制型號(hào)，并將信息發(fā)送給警局，從而加快響應(yīng)時(shí)間和部署時(shí)間，最終減少了部署該系統(tǒng)的社區(qū)近50%的槍支犯罪事件。此外，還有很多社區(qū)運(yùn)用無(wú)線傳感器進(jìn)行氣象系統(tǒng)部署，發(fā)出氣候預(yù)警，在龍卷風(fēng)、洪水等氣候事件中為司機(jī)提供路線導(dǎo)航，避免極端氣候造成的死亡。目前AI使能的視頻監(jiān)控將會(huì)在智慧城市建設(shè)中扮演核心角色，城市監(jiān)控是一個(gè)非常有價(jià)值的工具，它不僅提高了安全性，也大大提高了企業(yè)和機(jī)構(gòu)的工作效率，視頻系統(tǒng)對(duì)以下監(jiān)控場(chǎng)景非常有用：繁忙的公共場(chǎng)所（廣場(chǎng)、活動(dòng)中心、學(xué)校、醫(yī)院）商業(yè)領(lǐng)域（銀行、購(gòu)物中心、廣場(chǎng)）交通中心（車站、碼頭）主要十字路口5G助力智慧城市建設(shè)高犯罪率地區(qū)機(jī)構(gòu)和居住區(qū)防洪（運(yùn)河、河流）關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（能源網(wǎng)、電信數(shù)據(jù)中心、泵站）圖4-4AI使能的視頻監(jiān)控應(yīng)用4.5智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)作為城市智能化發(fā)展的客觀需要，是智慧城市的重要基礎(chǔ)，也是智能城市建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，估計(jì)未來(lái)20年相關(guān)整體效益達(dá)2萬(wàn)億美元。智能電網(wǎng)是電力傳輸網(wǎng)絡(luò)體系，又稱電網(wǎng)2.0,體現(xiàn)出電力流、信息流和事務(wù)流高度交融的明顯特點(diǎn)，能夠協(xié)助更好的檢測(cè)動(dòng)力消耗，猜測(cè)運(yùn)用需求，支撐負(fù)載平衡，削減用電高峰和停電、修理時(shí)刻，然后下降動(dòng)力本錢，進(jìn)步動(dòng)力運(yùn)送和運(yùn)用功率，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、牢靠性和靈活性，完成電網(wǎng)與用戶的雙向互動(dòng)。經(jīng)過(guò)裝置智能電網(wǎng)，美國(guó)查特怒加市在一場(chǎng)嚴(yán)峻風(fēng)暴中削減了50%的停機(jī)時(shí)刻，節(jié)約了140萬(wàn)美元的風(fēng)暴