5G超高清视频能达到什么级别的清晰度?

虽然现在的4G移动网络速率已经够快,资费相比之前也大幅下降了,但是2020年商用5G依然是电信运营商的一个重要目标,而且5G技术不只是智能手机有关,也不只是速率提升10倍那么简单,而是会影响很多行业,是未来科技行业的基石之一。日前中国移动5G联合创新中心北京实验室联合华为、海信实现了首个基于3GPP标准R15版本的5G端到端8K超高清视频业务演示,单用户下行峰值速率可达1Gbps,5G+ 8K高清视频单路用户峰值速率160Mbps。

中国移动5G联合创新中心成立于2016年,首批合作伙伴有11家,包括爱立信、华为、诺基亚、高通、中兴、大唐、英特尔、是德科技、海尔、海信和北京首钢自动化信息技术有限公司,它们以合作共赢为核心,旨在4G向5G演进过程中,聚焦基础通信能力、物联网、车联网、工业互联网、云端机器人、虚拟/增强现实等领域,联合通信企业、互联网企业及垂直应用行业合作伙伴,推动基础通信能力的成熟,促进5G创新应用发展,并构建跨行业融合生态系统。

中国移动5G联合创新中心将下设开放实验室,依托开放实验室提供的端到端互通能力、外场测试环境,开展5G创新产品的设计、开发,关键技术验证、优化,以及商业模式探索、孵化,其中位于北京的是中央市实验室,这次端对端8K视频超高清视频业务演示就是在北京实验室完成的。

在这次的试验中,移动提供了5G网络,华为提供端到端网络解决方案,海信提供8K ULED高清视频电视,现场的演示中实测5G单用户下行速率可达1Gbps,5G+8K视频单路用户速率160Mbps,测试显示单小区可承载多路8K高清视频业务。

对普通用户来说,移动这个8K高清视频业务演示其实没什么意义,即便是5G网络覆盖不是问题了,8K视频片源都是个问题,不过这件事显示出了5G网络的能力,未来某一天家里的电视、手机、平板都可以不用WiFi直接用5G网络传输高清视频了,当然了,这个前提得是流量费降到随便用的程度,可能还需要很长时间。

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这是两台不一样的手术。今天上午10点多,位于大虹桥地区的华山医院西院,由王镛斐教授主刀的内镜经鼻蝶垂体瘤切除术和由陈亮教授主刀的枕下乙状窦后入路治疗桥脑海绵状血管瘤,正在紧张地进行中。

而在20公里外的联通大厦,通过联通5G网络和华为公司5G无线设备传输,这两台手术的超高清图像几乎无时延地呈现在一块4K屏幕上,华山医院西院常务副院长、华山医院神经外科常务副主任毛颖教授对手术做着详细讲解,近60位神经外科专科医师培训基地学员“零距离”观摩了手术,还有更多医生通过手机、电脑等终端观看着手术。

在场者共同见证华山医院5G智慧医疗应用示范基地揭幕,以及华山医院神经外科5G超高清手术成功实现直播、实时远程讲解。这是上海首家5G智慧医疗应用示范基地。

2019年被称为5G商用元年,在医疗界,5G应用已拉开大幕,华山医院5G智慧医疗应用示范基地的落地,也意味着中国电信、中国移动、中国联通这三大运营商在“5G+医疗应用”领域已经“到齐”。上海的岳阳医院、第一人民医院、第十人民医院等三甲医院已相继试水5G医疗应用探索。

5G是第五代移动通信技术的简称,它不仅是4G的简单延伸,还是真正意义上的融合网络。相比4G,5G远超10倍的用户体验速率、仅1毫秒的传输时延、10倍连接数密度等性能,让业界专家对其赋能医疗充满期待。

以华山医院为例,2018年11月28日,上海联通在5G发布会上率先与华山医院签订战略合作协议。近半年来,双方就“5G+医疗”应用场景进行了创造性探索,目前已在多个国家重点学科探索搭建医教研一体化平台,华山医院西院的手术室、办公室及会议室也已基本覆盖5G网络。此次4K高清手术直播和远程指导的顺利完成,宣告着沪上首个5G+智慧医疗场景正式落地。

手术直播场景仅是华山医院和上海联通在5G智慧医疗领域合作的第一站,双方已在AR远程医疗、院前急救、远程手术等多方面开展了深入研究,未来将会有更多场景落地。

华山医院副院长毛颖表示,5G技术为像华山医院神经外科这样国家级重点学科提供了巨大的可能,未来不仅可以通过像这样的手术直播实现远程的教学及手术指导,还能实现3D手术直播及远程手术,充分发挥华山医院神经外科国家临床医学中心的辐射及带动作用。

▲ 毛颖讲解手术

“5G+医疗”,带来的不止是“更快”,由于技术进步的“加持”,给予医疗新格局的孕育巨大的想象空间:凭借5G高速传输,急救车还在疾驰,患者体征数据、预先救助情况就能视频实时传回医院,这为争分夺秒的急救“铺路”;4G网络时代难以开展手术直播,因为传输速度有时延、视野清晰度不够,5G环境下,高清画面几乎无延时传输,医生人在北京、上海,病人远在新疆、云南,也有望实现重症疑难疾病实时会诊、5G查房,甚至可以借助操纵杆控制机器人移动到病床前开展远程手术,被业内誉为医生的“千里手”时代。

这对于改变优质医疗资源紧缺、分布不均的客观现状,推进分级诊疗、精准健康扶贫、医联体建设、放大优质医疗资源等都具有深远意义。

“这样的手术直播对基层医院的医生太实用了,今后只需要通过手机终端就可以看到顶尖专家超高清的手术直播,对提升基层医院手术技术、学习前沿知识非常有帮助。”今天,来自广西百色的华山医院神经外科进修医生黄礼德说。

值得一提的是,今天也正是李克强总理视察华山医院一周年之际。

一年前,总理在华山医院远程会诊中心视察时曾仔细询问青海、云南、新疆等边区医生远程医疗有什么困难。几位医生说,当地医学影像设备等条件较差、网速较慢都会影响远程医疗的实际效果。

总理指示说,远程医疗事关人民群众的生命健康,中央财政要对中西部等贫困地区加大硬件投入,电信企业要优先提速远程医疗。

此次华山医院神经外科手术直播画面均达到4K画质,端到端的时延不到20毫秒,很好地解决了目前4G网络经常产生卡顿、音画不同步、设备清晰度等影响体验的问题。5G技术使得远程观看的效果已可以取代、甚至超越手术现场亲眼所见。

这令人兴奋的场景昭示着移动医疗时代已来临,新一代5G技术在医疗领域的应用赋能医疗无限可能,总理视察华山医院时所指示的“用互联网+医疗让优质医疗资源普惠更多群众”正在加速度实现。随着未来扩大5G网络覆盖,就能打破地域限制,优质医疗资源将触手可及。

当然,由于2019年我国5G技术刚进入商用期,真正达到毫秒级时延、100%高可靠性的5G场景通信标准尚未最终确定。并且,5G也好、AI(人工智能)也罢,都不是“一招鲜”的灵丹妙药,要从根本上改善就医体验、提高大众就医获得感,需加强部门协作、产学研用融合,让更多好技术、好产品、好服务落地。

华山医院副院长邵建华表示,5G为医院带来的不仅仅是网速的提升,更是医院管理理念和思维方式的转变和飞跃,华山医院将紧跟时代,充分利用新技术的发展,围绕分级诊疗、远程医疗及患者体验等医疗卫生的重点工作进行前沿规划,打造基于5G的智慧医院平台。

上海联通副总经理沈可也谈到,上海联通已在智慧城市、智能制造、智慧医疗、车联网、无人机、AR/VR等领域全面开展5G部署工作,现阶段5G在医疗行业更多的是现有服务的升级,随着5G网络的覆盖、产业链的成熟、对医疗服务的深入理解,5G环境下,一定会带来全新的医疗服务、全新的商业模式以及全新的生态。

作者:首席记者 唐闻佳

图片:除题图外均由华山医院提供编辑:金婉霞

*文汇独家稿件,转载请注明出处。

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【流媒体网】摘要:5.5G其实就是 5G 和 6G 之间的过渡阶段。


  大家好,我是小枣君。前段时间是 6 月 6 日国内 5G 发牌纪念日,加上 6 月 9 日又是 R17 标准冻结,所以行业里特别热闹,活动特别多。这些密集的商业活动,催生了大量的新闻报道,引起了全社会对 5G、5.5G、5G-Advanced、R17、R18 的关注热潮。

  对外行人来说,会比较迷茫 —— 什么是 5G-Advanced?什么是 5.5G?为什么不是 6G?5.5G 和 5G,到底有什么不同?… 今天,我就试着用“说人话”的方式,把 5.5G 的来龙去脉给大家唠清楚。

  到底什么是 5.5G

  5.5G,大家应该都知道了,其实就是 5G 和 6G 之间的过渡阶段

  众所周知,移动通信技术差不多是每十年一代。但是,因为技术发展得实在太快,所以,整数代与整数代之间,技术差异太大。这时,就需要对中间阶段的技术进行一个命名,以显示和前代、后代的区别。

  LTE 出现的时候,因为技术指标没有达到 ITU 国际电联对于 4G 的要求,所以也被称为 3.9G。后来,基于 LTE,搞出了 LTE-Advanced,才是真正的 4G。

  在 5G 还没诞生之前,行业里也搞过 4.5G、pre5G 这样的叫法,但是时间很短,昙花一现。这次,基于 5G 的演进,人们沿用了以往的习惯,所以命名为 5.5G。其实,5.5G 的本质,就是 5G-Advanced

  熟悉通信行业的同学都知道,国际标准组织 3GPP,是通过不停发布 Release(版本),来推动技术演进研究的。每个 Release 包括一堆技术,大家拼命开会,讨论敲定了技术细节,然后投票通过,就算是 Release 的冻结。

  这个 Release 呢,差不多是每两年出一个。但是通信网络制式,又是每十年左右出一代。那就意味着,每一个整数代,大约要经历 5-6 个 Release

  这次出现 5.5G,其实就是把 R15-R17 作为 5G 标准的第一阶段,而 R18-R20 作为 5G 标准的第二阶段,进行细分。等到 R20 结束后,差不多 6G 就该登场了( 年左右)。

  所以说,5.5G(5G-Advanced)就是 5G 和 6G 之间的过渡和衔接,大概会持续 5 年以上。

  小枣君掐指一算,R18 冻结应该是在 2023 年的年底,甚至 2024 年的上半年(考虑到疫情的不确定性)。再加上版本冻结后,产业起码要一年时间才能成熟。

  所以,等到大家真正见到 5G-Advanced 落地,那也是 2025 年上半年的事。距今还有三年,大家不用太着急。

  5.5G 包括了什么内容?

  说完了 5.5G 的时间线,再来具体看看 5.5G 到底有什么新内容。

  其实,5.5G 作为过渡,想要有什么颠覆性的变化,那是不可能的。即便是 6G,目前也看不出什么“惊世骇俗”黑科技的影子。

  5.5G 的主要使命,有两个:

  一是查漏补缺,把 5G 不足的地方修正一下、加强一下。二是新开副本,根据行业的发展变化,蹭一下热点,给 6G 提前踩踩雷。

  5G 目前的发展情况,坦率地说,属于有喜有忧,各占一半。

  商用三年,钱砸了不少,网络也基本建起来了。160 多万个站,4 亿多的用户,地级市 100% 的覆盖率,成绩可谓亮眼,放眼全球,都是无法超越的存在。

  但是,在 C 端用户体验方面,用户并没有反馈明显的感知差异。5G 没有获得所期望的好评,反而还背了 4G 限速的锅。

  在 B 端用户这边,5G 目前仍处于落地焦灼状态,虽然行业应用案例达到 2 万以上,但仍以集中资源重点保障的头部用户为主。很多建设资金,也是来自政府投资。说白了,5G 还是“王谢堂前燕”,没有飞入“寻常百姓家”。

  5G 的问题涉及到芯片成本、外部宏观环境、企业自身管理等诸多因素,我之前专门说过,今天就不再哔哔了。

  5.5G 作为 5G 的技术演进,也无法解决困扰 5G 发展的非技术性问题。所以,它只能选择视而不见,解决技术上的问题,做点能做的事情。

  技术上能做的是哪些呢?说白了,还是速度、时延、连接规模、能耗等老一套。在技术指标上继续挖潜,继续挤牙膏。

  在 5G 泛在千兆体验、百亿连接的基础上,5.5G 将指标进一步升级,提升为:泛在万兆体验,千亿连接

  具体来说,5G-Advanced 将必须实现下行万兆(10Gbps)、上行千兆(1Gbps)的峰值速率,以及毫秒级时延、低成本千亿物联。

  为了迎合现在越来越热的定位需求(尤其是室内定位),5G-Advanced 还重点强调了自己将具备更强的终端感知能力,以及高精定位能力。这些能力,意味着 5G 已经不再仅限于连接技术了,超过了通信的范畴。

  专家和厂商们为了体现 5.5G 和 5G 的差异,还在 5G 传统场景三角的基础上,又升级了一把,变成了六角。新增的是 UCBC(上行超宽带)、RTBC(宽带实时交互)和 HCS(通信感知融合)。

  说实在,除了 HCS 通信感知融合还说得过去之外,UCBC 和 RTBC 实际上应该还是 eMBB(超大带宽)的范畴

  5.5G 的技术演进路线

  我们具体看看 5.5G 的关键技术。

  首先看看速率。速率是通信网络的第一指标,也是人们重点关注的对象。

  在目前电磁理论没有突破的情况下,5G 所有的速率优势,其实都是频谱带宽换来的。

  就跟种田一样,就这么大的一块田,你不管怎么精细照料,用农药化肥、用杂家水稻,它的产量都是有限的。

  调制方式已经 256QAM、1024QAM 了,再往上,对信道条件要求太高,对算力算法的消耗也很大。多址复用,信道编码,该用的也都用了,基本逼近了香农极限,实在没有多少提升空间了。

  剩下唯一能做的,只能是在频谱上做文章。

  要么,搞动态频谱共享,其实就是把已有的频谱“盘活”,把 3G / 4G 的频谱,灵活借用到 5G,增强带宽。

  要么,搞载波聚合,利用共建共享,把大家手上所有的频谱聚集起来,实现带宽提升。

  5.5G 的更大垂涎目标,是 6GHz 频段。这块大肥肉,谁都想要,Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 也想要,所以,争夺非常激烈。

  运营商想要实现 5.5G 下行万兆的峰值速率,必须将当前拥有的频谱资源,从百兆 Hz 级别提升到千兆 Hz 级别。

  从我们国家一向偏向蜂窝网络,主张国企主导的风格来看,运营商拿到国内 6GHz 频段的概率还是很大的。

  再加上,我们在这个范围(中频)的可用频段资源确实很少,运营商如果不抢 6GHz 频段,未来就没有出路。

  除了下行之外,关于速率的另外一个突出问题是上行。

  随着视频监控回传、高清影视直播回传、3D 建模上云渲染等大上行业务需求的出现和爆发,通信行业专家们突然发现,自己对 5G 上行的需求估计不足,预留的带宽不够。

  5G 的帧结构设计是可以变化的。但是,一般来说,下行和上行是 8:2 的关系。帧其实就是车厢,8 个车厢用于向下运货,2 个车厢用于向上运货。

  这是基于我们手机互联网的常用数据消费习惯决定的。大家想想就明白了,我们大部分时间都是在看视频,看网页,玩游戏,所以,下行数据量需求,明显大于上行(上传)。

  为了解决这个问题,有两个办法:一个是我以前介绍过的上下行解耦(链接),就是用覆盖能力更强的低频频段,做上行,然后高频用作下行。另一个,是在帧分配上做文章,将更多的帧用于上行,改变上下行比例。

  值得一提的是,解决时延问题,也是主要在帧和时隙上做文章。如果把帧变得更小、更灵活,相当于汽车变摩托,就可以减小空口的时延值。

  为了更灵活地实现上行、下行需求,3GPP 还在传统 FDD 和 TDD 的基础上,搞灵活双工,捣鼓了 XDD,也就是 FDD 和 TDD 混在一起用。例如“下行频分,上行时分”这种,把灵活性玩到极致,怎么高兴怎么来。

  “频谱换带宽”之后,不可避免要遇到覆盖问题。

  我之前文章反复提到过,频率越高的频段,波长越短,绕射能力差,覆盖距离短。2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz,一个比一个覆盖能力差,他们要抢的 6GHz,覆盖更差。

  所以,要解决覆盖问题,又要做很多文章。

  目前来看,主要的研发方向,就是天线技术

  华为的大佬说,6GHz 赫兹比 2.6GHz 频段,在空间传播损耗上多了 7 个 db 的损耗。想要弥补这个损耗,就必须搞比现在大规模天线阵列(Massive MIMO)更牛逼的超超超大规模天线阵列。

  192/256 个振子不够,直接干到 700 甚至 1000 个振子以上。通道数也要跟着飙升,192 个以上。

  振子数量越多,波束赋形越厉害,把波压得扁扁的,覆盖距离就能增强。

  空口能玩的花样,真的不多。5.5G 乃至 6G 的网络核心指标,基本上就指望频谱和帧结构,前路渺茫。

  不过话说回来,泛在万兆下行的场景到底有多少,我还是非常怀疑的。去年云宇宙爆火,带动了 XR 产业。即便是 XR,也用不到万兆。

  万兆需求有可能存在的,我能想到的,只有全息通信。说实话,这玩意我觉得还很遥远。

  说完了无线空口,我们再来看看别的。

  承载网就不说了,传输技术一向都是自己玩的,和 3GPP 没啥关系,5.5G 也没怎么提及。想要了解这部分知识,可以看我之前单独分析过传输技术的演进走向。

  重点再看看核心网。

  在 5.5G 里,核心网的发展方向还是老调重弹的“云网融合”、“云网一体”。现在算力网络很火,也有带动 5G 云核心网发展趋势的一些微妙变化。

  5G 目前已经实现了核心网的云化、虚拟化。SBA 架构已经落地成型。从效果来看,好处并不是很明显。照我个人的看法,其实还是伪虚拟化,厂商强绑定。

  运营商正在做的是,是融合。也就是说,将 2/3/4G 核心网,全部融入到 5G 云核心网里面,简化网络架构,减小网络运维负担

  在云网融合的大趋势下,运营商很有将电信云彻底与互联网云合并的冲动,但是步子有点大,不是太敢这么干。毕竟电信业务是自己的根基,万一出问题,担不起这个责任。

  在现有云化的基础上,运营商也在考虑进一步推动云原生,希望让自己的云变得更灵活,更适合开发和测试。云原生还有一个好处,就是可以通过软件优化,进一步提升硬件资源的利用率,也就是提高投资回报率(还是为了省钱)。

  核心网深入云化,据说也是实现网络内生安全的一个前提条件。

  我对内生安全了解的不多,但是我一直觉得这个概念比较悬乎。我觉得所有的安全都应该是基于算力的,单纯从架构上进行设计改进,就能实现安全,是一件无法想象的事情。(改天专门聊一下这个话题。)

  提到云核心网,就不得不提到边缘计算。

  边缘计算是云计算算力的下沉,它给运营商打开了一个全新世界的大门。运营商们突然发现,原来自己网络的各个节点上,都可以部署算力。由此,孵化出了很多的应用场景。尤其是面对企业 toB 专网方向,边缘计算可以满足很多低时延、大带宽场景的要求,所以发展前景广阔。

  互联网厂商和运营商,都盯上了边缘计算这块大蛋糕,运营商手里有网,互联网厂商手里有云技术,所以互有攻守。

  有一个技术,在无线接入网、承载网、核心网都有落地,而且是现在通信行业研究的热门,那就是 AI 人工智能。

  AI 是个万金油。它是算力的一种表现形式。

  通信领域各个环节的技术,发展到最后,都是数学和计算。例如高阶调制(1024QAM 以上),例如无线网络优化、仿真,例如承载网 SDN 的路径规划,再例如核心网的切片编排、资源调度。

  5.5G 阶段,各个通信企业会继续加强 AI 的投入力度。有的是为了实现更强的算法,提升网络指标,改善用户体验。有的是为了搞模型,优化网络,实现网络自管理、自主故障恢复,减少网络运维成本。也有的是为了节能省电,判断负荷变化,动态调整功率。

  未来几年,相信会有大量的“AI + 通信”案例出现,网络的运维模式可能会发生颠覆性的变化。

  除了增强自身已有的能力之外,5.5G 还在试图探索更多的应用领域。

  其中,就包括高精度定位、测距和感知增强。这类的需求主要来自车辆定位管理、物流跟踪以及资产管理。主要应用的方向是卫星无法覆盖的室内场景,以及卫星和其它技术无法达到的高精度场景。

  在专家们的设想中,5G 不是仅仅用于通信的,还可以像雷达一样,对环境进行感知,捕捉和测算出目标对象的距离、速度和形状。这就是所谓的“通感一体化”。

  空天一体化,也是 5.5G 的研究重点。限于篇幅,改天专门再聊吧,先挖个坑。

  最后我想说一下无源物联网。

  前面我说过,5.5G 也是要蹭热点的,元宇宙要蹭,无源物联网也要蹭。

  我以前曾经详细介绍过无源物联网(链接)。其实说白了,就是终端不带电源、电池。通过网络,去“照射”终端,让终端像公交卡 RFID 技术一样,感知网络的“照射”,做出反应,从而反馈数据。

  它具备低成本、零功耗、易部署的优势,将来我们所有的零售商品,都可能搭配无源物联网技术,实现商家对商品的管理。

  这个技术也没有想象得那么简单,除了空口需要更简洁的协议之外,安全认证、网络架构优化,都有很多的工作要做。5.5G 潜在的竞争对手也很多,在无源物联网方面,自己不一定占优势。

  好了,洋洋洒洒说了那么多,大家应该对 5.5G 有所了解了。它的关键技术其实还有很多,但大致方向我基本上都已经提到了。

  5.5G 的发展思路,和前几年我们研判 6G 时的预测,基本是一致的。

  概括来说,就是能力强化、引入 AI、以及功能融合。让自己变得更强、更易于维护、更绿色环保、更省钱省人力,这样才能更好地发挥自己联接力的价值,为算力服务,为数字化转型服务。

  R18 目前已经上路,5.5G 究竟何去何从,让我们拭目以待吧。

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