1.2 5G系統需求與性能指標

1.2.1 5G面臨的需求和挑戰

移動互聯網和物聯網是未來5G發展的最主要的驅動力。移動互聯網主要面向以人為主體的通信，注重提供更好的用戶體驗。物聯網主要面向物與物、人與物的通信，不僅涉及普通個人用戶，也涵蓋大量不同類型的行業用戶。為了滿足面向2020年之后的移動互聯網和物聯網業務的快速發展，5G系統將面臨巨大挑戰。

（1）移動數據業務的爆炸性增長

面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行將會驅動數據速率大幅提升，例如8K（3D）視頻經過百倍壓縮之后，其傳輸速率仍需要大約1Gbit/s。增強現實、云桌面、在線游戲等業務，不僅對上下行數據傳輸速率提出了挑戰，同時也對時延提出了“無感知”的苛刻要求。未來大量的個人和辦公數據將會存儲在云端，海量實時的數據交互需要可媲美光纖的傳輸速率，并且會在熱點區域對移動通信網絡造成流量壓力。未來人們對各種應用場景下的通信體驗要求越來越高，用戶希望在體育場、露天集會、演唱會等超密集場景，以及高鐵、車載、地鐵等高速移動環境下也能獲得一致的業務體驗。

隨著移動互聯網業務的快速發展和智能終端的快速增長，從2009年開始，移動數據業務以每年翻一番的速度遞增。據中國IMT-2020（5G）推進組研究預測，與2010年相比，2020年，全球移動數據業務將增長200倍；中國將增長300倍以上，其中典型大城市的數據增長將達到600倍，局部熱點地區（如北京的西單等）的業務增長可能會達到1000倍。

為了應對移動數據業務的爆炸性增長，5G系統需要能夠提供更大的容量和更高的傳輸速率。

（2）海量終端連接到移動網絡

早期的移動通信系統主要解決人與人之間的通信，而未來的5G系統將會通過移動網絡，實現人與物、物與物之間的互聯。物聯網業務類型豐富多樣，業務特征也差異巨大。智能家居、智能電網、環境監測、智能農業和智能抄表等業務，需要網絡支持海量設備連接和大量小數據分組頻發；視頻監控和移動醫療等業務對傳輸速率提出了很高的要求；車聯網和工業控制等業務則要求ms級的時延和接近100%的可靠性。另外，大量物聯網設備會部署在山區、森林、水域等偏遠地區以及室內角落、地下室、隧道等信號難以到達的區域，因此要求移動通信網絡的覆蓋能力進一步增強。為了滲透到更多的物聯網業務中，5G應具備更強的靈活性和可擴展性，以適應海量的設備連接和多樣化的用戶需求。未來的智能終端和各種機器類型終端的大量出現，將需要5G提供100～1000倍的網絡連接能力。

（3）節能通信的需求

現有的移動通信網絡設備和終端需要消耗大量的電力，造成環境污染。隨著移動數據業務和終端數量的爆發式增長，如果仍然沿襲原有的發展方式，移動通信系統的耗電量將增加上百倍，這樣將無以為繼。

另外，為了提升用戶感受，終端的電池續航時間需要更大提升；在物聯網應用方面，也提出了支持超低功耗的終端等需求，這就要求5G系統實現百倍數量級的能耗效率提升。

（4）支持業務多樣性網絡部署

隨著移動互聯網和物聯網業務的快速發展，未來5G網絡將面臨更加多樣化和個性化的用戶體驗需求。為了滿足業務變化，5G網絡的部署形態也將隨之具有多樣性。從覆蓋范圍和應用場景來看，5G網絡將會出現多種形態的部署方式：既有傳統蜂窩系統的宏蜂窩和微蜂窩部署，也將出現大量熱點覆蓋和室內覆蓋部署，同時還有針對高速移動和短距離通信方式的部署。

另外，5G系統還將面臨與現有的2G/3G/4G系統共存以及聯合組網、協作通信等部署難題，這些都將給對未來5G多樣性網絡部署方式帶來巨大挑戰。

1.2.2 5G系統的性能指標

ITU-R制定了5G系統的性能指標，其為5G系統定義了8個性能指標和3種應用場景，8個性能指標見表1-6。

ITU-R將5G的應用場景劃分為三大類，包括應用于移動互聯網的增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、應用于物聯網的海量機器類通信（massive Machine Type Communications，mMTC）和超可靠低時延通信（ultra Reliable and Low Latency Communications，uRLLC），如圖1-4所示。其中，移動寬帶又可以進一步分為廣域連續覆蓋和局部熱點覆蓋兩種場景。

圖1-5給出了4G與5G的性能對比，可以看到，5G的性能指標遠高于4G系統。

廣域連續覆蓋場景是移動通信最基本的應用場景，該場景以保證用戶的移動性和業務連續性為目標，為用戶提供無縫的高速業務體驗。結合5G整體目標，該場景的主要挑戰在于要能夠隨時隨地（包括小區邊緣、高速移動等惡劣環境）為用戶提供100Mbit/s以上的用戶體驗速率。

局部熱點覆蓋場景主要面向局部熱點區域覆蓋，為用戶提供極高的數據傳輸速率，滿足網絡極高的流量密度需求。結合5G整體目標，1Gbit/s的用戶體驗速率、數十Gbit/s的峰值速率和數十Tbit/（s·km2）的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰。

大容量物聯網場景主要面向智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景，具有小數據分組、低功耗、海量連接等特點。這類終端分布范圍廣、數量眾多，不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足106/km2的連接數密度指標要求，而且還要求終端成本和功耗極低。

高性能物聯網場景主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求，這類應用對端到端時延和可靠性具有極高的要求，需要為用戶提供ms級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。

5G系統的應用場景與關鍵性能指標挑戰見表1-7。