1、 “5G+人工智能”融合发展与应 用白皮书 （2019） 中国联通研究院 中兴通讯股份有限公司 2019 年 11 月 版权说明 版权说明 本白皮书版权属于中国联通研究院和中兴通讯股份有 限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本 白皮书文字或者观点的，应注明“来源：中国联通研究院、中 兴通讯股份有限公司”。 违反上述声明者， 版权方将追究其相 关法律责任。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 前 言 前 言 5G 和人工智能是目前科技界两大热点研究领域，两者都是能够 改变时代的颠覆性技术。作为通用基础技术， 5G 将从线上到线下、从 消费到生产、从平台到生态，推动我国数字经济发

2、展迈上新台阶。目 前，5G 正在阔步前行，它将以全新的网络架构，提供至少 10 倍于 4G 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛 互联、人机深度交互的新时代。 人工智能是第四次工业革命的重要推动技术， 是经济发展新引擎。 近几年，人工智能发展迅速,各科技强国纷纷制定相关发展政策，科 技、制造等业界巨头公司深入布局，人工智能产业规模逐渐扩大。 5G 和人工智能互相促进、互相作用、互相影响。5G 作为新型通 信基础设施，如同“信息高速公路”一样，它为庞大数据量和信息量 的高效、可靠传递提供了基础。人工智能，不仅仅是云端大脑，也是 能够完成学习和演化的神经网络。人工智能将赋予

3、机器人类的智慧， 5G 将使万物互联变成可能。 二者相互融合， 将促进整个社会生产方式 的改进和生产力的发展。 中国联通研究院和中兴通迅股份有限公司联合编制“5G+人工 智能”融合发展与应用白皮书，参与编写的专家主要有（按名字的 拼音字母排序） ：加雄伟、 黄峥、 穆晓君、 孙进芳、 王亮、 杨开敏、 严斌峰。本白皮书系统地分析了 5G 和人工智能相互促进、协同发展 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 2 现状，着重介绍了人工智能如何赋能 5G 网络、5G 人工智能终端、5G 人工智能典型应用场景等方面的现状、问题以及趋势。最后对 5G 与 人工智能融合的发展趋势进行了展望， 希望与业界分

4、享， 切实提升 5G 与人工智能融合发展与应用水平。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 3 目 录 目 录 一、5G 和人工智能相互促进、协同发展一、5G 和人工智能相互促进、协同发展 .1 1.11.1 第五代移动通信（5G）第五代移动通信（5G） . 1 1.21.2 人工智能人工智能 . 3 1.31.3 5G 网络为人工智能的引入提供基础5G 网络为人工智能的引入提供基础 . 5 1.41.4 人工智能融合 SDN/NFV 赋能 5G 网络人工智能融合 SDN/NFV 赋能 5G 网络 . 6 1.51.5 人工智能融合边缘计算赋能 5G 网络人工智能融合边缘计算赋能 5G 网络

5、 . 7 二、“5G+人工智能”促进 5G 网络发展二、“5G+人工智能”促进 5G 网络发展 .8 2.12.1 人工智能提升 5G 网络关键能力人工智能提升 5G 网络关键能力 . 8 2.1.1 资源分配技术 .8 2.1.2 流量分类技术 .8 2.1.3 业务预测技术 .9 2.22.2 人工智能在 5G 网络架构中的应用人工智能在 5G 网络架构中的应用 . 9 2.2.1 人工智能赋能 5G 接入网 . 10 2.2.2 人工智能赋能 5G 核心网 . 13 2.2.3 人工智能赋能 5G 网络切片 . 14 2.2.4 人工智能赋能 SDN 网络 . 16 2.2.5 人工智能

6、赋能 5G 网络虚拟化. 17 2.2.6 人工智能赋能 5G 边缘计算 . 18 2.2.7 人工智能赋能 5G 网络运维 . 20 2.2.8 人工智能赋能 5G 安全 . 21 三、“5G+人工智能”赋能智能终端三、“5G+人工智能”赋能智能终端 . 22 3.13.1 5G 芯片5G 芯片 . 23 3.23.2 人工智能芯片人工智能芯片 . 23 3.33.3 人工智能应用框架人工智能应用框架 . 25 3.43.4 人工智能终端应用人工智能终端应用 . 25 3.53.5 人工智能终端人工智能终端 . 26 3.5.1 个人终端 . 27 3.5.2 家庭终端 . 27 3.5.3

7、 物联网终端 . 28 3.63.6 5G 人工智能终端5G 人工智能终端 . 29 四、“5G+人工智能”典型应用场景四、“5G+人工智能”典型应用场景 . 29 4.14.1 自动驾驶自动驾驶 . 31 4.24.2 智慧新媒体智慧新媒体 . 33 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 4 4.34.3 工业互联网工业互联网 . 34 4.44.4 智慧医疗智慧医疗 . 35 4.54.5 智慧环保智慧环保 . 35 4.64.6 智慧港口智慧港口 . 36 4.74.7 物联网物联网 . 37 4.84.8 智慧物流智慧物流 . 38 4.94.9 智慧能源智慧能源 . 38 4.10

8、4.10 智能安防智能安防 . 39 五、“5G+人工智能”融合发展建议 . 39 5.15.1 人工智能与 5G 网络融合发展人工智能与 5G 网络融合发展 . 40 5.25.2 人工智能与 5G 业务融合发展人工智能与 5G 业务融合发展 . 41 5.35.3 利用“人工智能+SDN/NFV”赋能 5G 网络利用“人工智能+SDN/NFV”赋能 5G 网络 . 42 5.45.4 利用“人工智能+边缘计算”赋能 5G 网络利用“人工智能+边缘计算”赋能 5G 网络 . 43 图 表 图 表 图 1 5G 网络特性 . 1 图 2 4G 与 5G 网络指标对比 . 2 图 3 5G 和人

9、工智能相互赋能 . 4 图 4 5G 为引入人工智能提供基础 . 5 图 5 人工智能赋能 5G 网络 . 7 图 6 5G 边缘计算 . 7 图 7 人工智能赋能 5G 网络 . 10 图 8 人工智能赋能 5G 频谱利用 . 11 图 9 人工智能赋能 5G 网络覆盖 . 12 图 10 人工智能赋能 5G 网络虚拟化 . 13 图 11 人工智能赋能 5G 核心网 . 14 图 12 人工智能赋能 5G 网络切片的管理和运营 . 15 图 13 人工智能赋能 SDN 网络 . 17 图 14 人工智能赋能网络虚拟化 . 18 图 15 人工智能赋能 5G 边缘计算 . 19 图 16 人

10、工智能赋能 5G 网络运维 . 21 图 17 人工智能赋能 5G 安全 . 22 图 18 5G 典型应用场景 . 31 图 19 利用“人工智能+SDN/NFV”赋能 5G 网络 . 43 图 20 利用“人工智能+边缘计算”赋能 5G 网络 . 44 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 一、5G 和人工智能相互促进、协同发展 一、5G 和人工智能相互促进、协同发展 1.1 第五代移动通信（5G） 1.1 第五代移动通信（5G） 第五代移动通信技术（5G）是继第四代移动通信技术（4G）之后 开创性技术，具备诸多 4G 所没有的特性（图 1），特别的，其峰值理 论传输速度可达每秒数十 G

11、b， 这比 4G 网络的传输速率要快上数百倍。 图 1 5G 网络特性 4G 改变人们生活，5G 将改变社会。5G 不仅是移动通信的一次升 级换代， 更是一次重大的技术变革。 5G提供更高的速率、 更低的时延、 更多的连接数、更快的移动速率、更高的安全性以及更灵活的业务部 署能力（图 2）。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 2 图 2 4G 与 5G 网络指标对比 全球主要国家的通讯运营商都在加速进行 5G 网络的建设和商用 进度。在世界范围内中国属于 5G 的领跑者，自 2013 年成立“IMT- 2020 推进组”以来，国内 5G 持续快速推进。2019 年，中国工信部正 式向中国

12、电信、中国移动、中国联通、中国广电发放 5G 商用牌照， 我国正式进入 5G 商用元年。 这意味着中国的 5G 建设和商用进程将会 大大提速，不仅将对中国经济格局影响巨大，也将会很大程度上影响 全球 5G 发展格局，世界 5G 发展从此将进入快车道。 中国联通在 2019 年 4 月发布了全新的 5G 品牌标识“5G”及主 题口号“让未来生长”，并同期发布了“7+33+n”5G 试验网络部署规 划，积极建设 5G 网络和试点 5G 应用。2019 年 8 月，中国电信和中 国联通达成在 5G 接入网、传输网方面共建共享，双方协同在各自负 责区域内的 5G 网络建设工作， 以期加快 5G 网络建

13、设和商用的进度与 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 3 质量。中国移动也在全国 52 个重点城市建成超过 2 万个 5G 基站，并 在全国 300 多个城市开展 5G 网络建设。 5G 渐行渐近，其灵活、高效、融合、开放的特性将能够满足不同 行业的快速部署和应用需求。中国信息通信研究院5G 产业经济贡 献认为，预计 2020 至 2025 年，我国 5G 商用直接带动的经济总产 出达 10.6 万亿元，5G 将直接创造超过 300 万个就业岗位。 1.2 人工智能 1.2 人工智能 人工智能（人工智能）是指利用计算机模拟人类智能行为科学的 统称，它涵盖了训练计算机使其能够完成自主学习、判

14、断、决策等人 类行为的范畴。人工智能领域处理的问题主要包括感知、挖掘、预测 以及推理等。 作为新一轮产业变革的核心驱动力， 人工智能已经催生了大量新 的技术、产品及服务模式，构筑了一个全新的智能产业。人工智能产 业是智能产业发展的核心，是其他智能科技产品发展的基础，国内外 的高科技公司以及风险投资机构纷纷布局人工智能产业链。 社会资本、 智力和数据资源的汇集驱动着人工智能技术研究不断向前推进， 从学 术研究到实际开发,从家庭到社会,人工智能已经走入人们生活的方 方面面。2015-2019 年是中国人工智能发展最为迅速的时期，技术研 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 4 究不断突破、产业应

15、用层出不穷，人工智能已经渗入社会经济生产和 人类生活的多个方面。 5G 和人工智能技术建立起庞大的产业链，带来经济和社会的巨 大变革。5G 和人工智能互相促进、互相作用、互相影响。5G 作为通 信基础设施，可以为人工智能应用提供高效、可靠、海量的数据传送 服务。同时，人工智能作为新型智能化技术，可以有效促进 5G 网络 的演进，提升 5G 网络和应用的能力。 5G 网络、5G 业务和人工智能相互赋能（图 3）。5G 网络具备三 大特性，增强移动宽带（eMBB）、海量机器通信（mMTC）和超高可靠 低时延（URLLC）。5G 网络的这些特性，再加上边缘计算等技术，将 可以有效促进人工智能的发展。

16、5G 业务可为人工智能提供落地应用 并向人工智能提供大数据，同时，人工智能也可赋能 5G 网络和 5G 业 务。 图 3 5G 和人工智能相互赋能 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 5 1.3 5G 网络为人工智能的引入提供基础 1.3 5G 网络为人工智能的引入提供基础 通信网络（3G/4G/5G）提供三种基本服务能力：设备连接（设备 与设备之间、设备与业务平台之间）、数据传送（设备与设备之间， 设备与业务平台之间）和服务能力递送（业务平台与设备之间）。在 5G 时代，人与人、人与物、以及物与物之间建立万物互联，这些连接 都将产生海量数据。在 3G/4G 时代，设备连接服务和数据传送服

17、务的 处理都需要经过核心网协调和处理， 服务能力通常都部署在外部云平 台中，这三种基本服务通常都需要远距离访问，容易造成核心网压力 大，灵活性不足和服务效率不高等问题。 图 4 5G 为引入人工智能提供基础 通过引入软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV），5G 支 持控制面与用户面分离（图 4）。5G 核心网主要专注处理 5G 控制面 的访问控制请求，5G 用户面的数据传送服务主要由接入网和承载网 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 6 直接提供，从而有效减轻核心网的压力；再结合边缘计算，5G 网络支 持服务能力就近部署和就近服务， 从而使得支持上述三种基本服务的 服务能力、服务

18、灵活性和服务效率都得以大幅度的提升，为在 5G 网 络中引入人工智能能力和通过 5G 网络提供人工智能能力提供坚实的 基础。 1.4 人工智能融合 SDN/NFV 赋能 5G 网络 1.4 人工智能融合 SDN/NFV 赋能 5G 网络 SDN 和 NFV 解耦 5G 网络的软件与硬件，分离控制面与用户面， 提升控制面集中化能力，为 5G 网络的智能化（自修复、自优化等） 提供重要基础。边缘计算的引入也为 5G 网络的云网一体化演进提供 可能， 从而使得人工智能计算和赋能无处不在。 人工智能、 SDN/NFV、 边缘计算等技术融合，提升 5G 网络的智能化水平（例如，智能化的 网络切片服务等）

19、。例如，如图 5 所示，人工智能能力可以部署到 5G 终端、5G 网络（包括 5G 边缘计算节点）、或者人工智能中台；5G 网 络数据通过汇聚和清洗后可用于训练人工智能能力。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 7 图 5 人工智能赋能 5G 网络 利用人工智能可以有效地监控、预测和优化 5G 网络的各种服务 资源，提升 5G 网络的服务质量与效率。 1.5 人工智能融合边缘计算赋能 5G 网络 1.5 人工智能融合边缘计算赋能 5G 网络 5G 边缘计算为人工智能与 5G 网络、5G 业务融合提供天然的锚 点，借助 5G 边缘计算，服务提供商（消费互联网、产业互联网、家 庭互联网）可以方

20、便、快速和有效地向用户提供 5G 业务，并可实现 人工智能的就近部署和就近服务（图 6）。 图 6 5G 边缘计算 网络运营商根据业务类型（eMBB、eMTC、URLLC 等）来部署 5G 边 缘计算节点和设置 5G 网络切片，人工智能计算节点可以就近部署在 5G 边缘计算节点上， 也可以就近汇聚到附近的计算设施中， 从而使得 人工智能可以计算终端、计算在边缘云和计算在核心云。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 8 二、“5G+人工智能”促进 5G 网络发展 二、“5G+人工智能”促进 5G 网络发展 2.1 人工智能提升 5G 网络关键能力 2.1 人工智能提升 5G 网络关键能力 目

21、前，人工智能技术得到了快速发展，几乎在每一个领域都可以 找到人工智能的应用，在 5G 网络领域同样如此。这一部分主要分析 人工智能应用于 5G 网络的三大关键技术：资源分配技术、流量分类 技术和业务预测技术。 2.1.1 资源分配技术 2.1.1 资源分配技术 5G 网络切片机制帮助实现网络资源的合理分配， 目前， 为了实现 用户的动态资源分配，很多人工智能算法已经被应用到了 5G 资源管 理当中。例如，利用人工智能领域的遗传算法进行无线资源的分配。 遗传算法是利用全局搜索找到最优解，解决优化问题，具有较强的鲁 棒性，通过遗传算法找到资源分配的最优解，往往要优于传统的分配 算法。除了遗传算法，

22、神经网络学习、蚁群优化等算法都被广泛应用 于无线资源的动态规划、自动优化等。 2.1.2 流量分类技术 2.1.2 流量分类技术 人工智能技术提供了多种应用与服务，通过网络智能地、自主地 监控和管理。 基于深度学习的流量分类是利用深度学习技术对网络上 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 9 的大量流量进行智能分类的方法之一。 基于深度学习的流量分类可以 提供对通信网络上的海量流量数据进行模式学习， 构建流量分类模型， 从而实时提供更高效的网络性能，同时，流量分类技术对网络管理环 境的智能构建具有更高的效率和准确性。 2.1.3 业务预测技术 2.1.3 业务预测技术 业务预测是人工智能的重

23、要应用领域， 通过对数据的采集和处理， 利用人工智能算法，例如，神经网络、支持向量机算法等对结果进行 预测，从而判断决策的正确性和未来业务发展的规模。目前，利用人 工智能进行业务预测已经成为了 5G 网络监督和管理的重要组成部分。 由于 5G 业务量巨大，网络中受影响的因素较多，人工智能精准的业 务预测可以广泛应用在 5G 网络中。 及时有效的业务预测是 5G 网络调 度自动化和优化的核心基础。 2.2 人工智能在 5G 网络架构中的应用 2.2 人工智能在 5G 网络架构中的应用 5G 连接人与人，连接物与物。不同于过去 2G 到 4G 时代重点关 注移动性和传输速率， 5G 不仅要考虑增强

24、宽带， 还要考虑万物互联。 当前网络复杂度越来越高，数据的流量呈爆炸性的增长，现有的网络 设备难以满足用户的数据爆炸需求。并且，现有的网络维护和管理方 式还是人工干预的方式，已经无法适应 5G 时代网络的需求。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 10 因此，5G 网络需要“自能”化的管理。5G 网络需要支持自主的 进行连接路径选择、自动的进行网络连接健康状态分析，甚至要具有 对已知故障自己进行修复的能力。人工智能技术应用在 5G 网络架构 中，可以解决 5G 网络架构复杂，资源利用率较低的问题。利用人工 智能的自主学习、数据分析等特长，赋予 5G 网络自主、自能的自我 管理、优化和维护能

25、力；人工智能在 5G 的终端、接入网、承载网、 核心网、边缘计算和网络安全与运维等方面，都可以发挥巨大的赋能 价值（图 7）。 图 7 人工智能赋能 5G 网络 2.2.1 人工智能赋能 5G 接入网 2.2.1 人工智能赋能 5G 接入网 （一）提升频谱利用率 （一）提升频谱利用率 5G 网络天线优化参数从数百种组合增长到上万种组合，纯靠人 工难以有效配置。通过汇聚和融合来自于设备、接入网和核心网等相 关数据，利用人工智能分析频谱利用策略，用于接入网/基站的实时 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 11 管理与动态优化，以及动态、实时和智能化的扇区优化配置，提升网 络覆盖率和频谱利用率。

26、 图 8 人工智能赋能 5G 频谱利用 通过对天线权值、接入设备分布统计与预测的智能分析，可以 动态预测和制定频谱使用策略，提升频谱资源利用率（图 8）。 （二）提升网络覆盖率 （二）提升网络覆盖率 不同于其他网络服务模式，单个 5G 基站的网络覆盖面较低，整 个 5G 网络需要建设大量的基站。5G 基站的选址、规划、建设和扇区 的配置工作量巨大且复杂。将人工智能预测技术引入 5G 基站建设可 以大大节省基站建设和维护成本， 提升基站利用率， 扩大网络覆盖率。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 12 图 9 人工智能赋能 5G 网络覆盖 通过汇聚和融合来自于设备、接入网和核心网等相关数据

27、，利用 人工智能技术生成 5G 基站建设策略以指导 5G 基站的选址、规划、建 设和配置，同时，动态实时地生成扇区利用策略以指导扇区的自动优 化与配置（图 9）。 （三）优化网络功能虚拟化能力 （三）优化网络功能虚拟化能力 NFV 是一种重要的网络技术，该技术可在物理网络上虚拟多个相 互隔离的虚拟网络， 从而使得不同用户或业务之间使用独立的网络资 源切片，提高网络资源利用率，实现弹性的网络。通过引入 NFV，可 以虚拟化 5G 接入网的计算和频谱等资源，使得特定区域的基站可以 协同工作。通过引入 SDN，可以在 5G 接入网层面或者在 5G 核心网层 面实现控制面与用户面的分离和控制面的集中化

28、管理（图 10）。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 13 图 10 人工智能赋能 5G 网络虚拟化 根据接入网的物理数据和用户数据，引入人工智能技术，可以监 测和优化接入网的虚拟化资源的使用情况。 人工智能赋能接入网的基 站可以实时监测网络状态、 实时预测和评估网络性能、 减少人为干预。 2.2.2 人工智能赋能 5G 核心网 2.2.2 人工智能赋能 5G 核心网 跟原有 4G 网络相比，5G 核心网建设面临网络部署、网络功能、 新业务开展、多种网络制式共存等诸多挑战。如何有效地融合和管理 5G 网络的用户面、策略面、控制面、数据面等，如何提供差异化的端 到端的高效节能的网络切片服务

29、， 都需网络运营商应对。 5G 业务差异 性增大，需要网络切片支持一网多用的同时，还得保障业务质量。通 过引入人工智能技术，可以提升 5G 核心网的自我管理能力，帮助核 心网实现运营、运维和运行自动化。 “5G+人工智能”融合发展与应用白皮书 14 图 11 人工智能赋能 5G 核心网 人工智能可以赋能 5G 核心网（图 11）： 传统网元拆分：提升网络功能服务独立升级和互通能力； 网络功能服务管理自动化： 提升自动注册、 自动发现和选择、 双向定期状态检测等能力； 网络通信路径优化：根据网络功能服务之间通信需求，动态 优化通讯路径。 2.2.3 人工智能赋能 5G 网络切片2.2.3 人工智能赋能 5G 网络切片 5G 之前的通信网络通常采用单一网络服务架构服务所有用户需 求， 这不利于提升网络资源利用率。 5G 提出了采用网络切片的方式， 可以根据用户的业务需求分配不同的网络资源， 从而有利于提升网络 资源的有效利用率。对于 5G 网络，传统的人工运维模式