1.2 5G系统需求与性能指标

1.2.1 5G面临的需求和挑战

移动互联网和物联网是未来5G发展的最主要的驱动力。移动互联网主要面向以人为主体的通信，注重提供更好的用户体验。物联网主要面向物与物、人与物的通信，不仅涉及普通个人用户，也涵盖大量不同类型的行业用户。为了满足面向2020年之后的移动互联网和物联网业务的快速发展，5G系统将面临巨大挑战。

（1）移动数据业务的爆炸性增长

面向2020年及未来，超高清、3D和浸入式视频的流行将会驱动数据速率大幅提升，例如8K（3D）视频经过百倍压缩之后，其传输速率仍需要大约1Gbit/s。增强现实、云桌面、在线游戏等业务，不仅对上下行数据传输速率提出了挑战，同时也对时延提出了“无感知”的苛刻要求。未来大量的个人和办公数据将会存储在云端，海量实时的数据交互需要可媲美光纤的传输速率，并且会在热点区域对移动通信网络造成流量压力。未来人们对各种应用场景下的通信体验要求越来越高，用户希望在体育场、露天集会、演唱会等超密集场景，以及高铁、车载、地铁等高速移动环境下也能获得一致的业务体验。

随着移动互联网业务的快速发展和智能终端的快速增长，从2009年开始，移动数据业务以每年翻一番的速度递增。据中国IMT-2020（5G）推进组研究预测，与2010年相比，2020年，全球移动数据业务将增长200倍；中国将增长300倍以上，其中典型大城市的数据增长将达到600倍，局部热点地区（如北京的西单等）的业务增长可能会达到1000倍。

为了应对移动数据业务的爆炸性增长，5G系统需要能够提供更大的容量和更高的传输速率。

（2）海量终端连接到移动网络

早期的移动通信系统主要解决人与人之间的通信，而未来的5G系统将会通过移动网络，实现人与物、物与物之间的互联。物联网业务类型丰富多样，业务特征也差异巨大。智能家居、智能电网、环境监测、智能农业和智能抄表等业务，需要网络支持海量设备连接和大量小数据分组频发；视频监控和移动医疗等业务对传输速率提出了很高的要求；车联网和工业控制等业务则要求ms级的时延和接近100%的可靠性。另外，大量物联网设备会部署在山区、森林、水域等偏远地区以及室内角落、地下室、隧道等信号难以到达的区域，因此要求移动通信网络的覆盖能力进一步增强。为了渗透到更多的物联网业务中，5G应具备更强的灵活性和可扩展性，以适应海量的设备连接和多样化的用户需求。未来的智能终端和各种机器类型终端的大量出现，将需要5G提供100～1000倍的网络连接能力。

（3）节能通信的需求

现有的移动通信网络设备和终端需要消耗大量的电力，造成环境污染。随着移动数据业务和终端数量的爆发式增长，如果仍然沿袭原有的发展方式，移动通信系统的耗电量将增加上百倍，这样将无以为继。

另外，为了提升用户感受，终端的电池续航时间需要更大提升；在物联网应用方面，也提出了支持超低功耗的终端等需求，这就要求5G系统实现百倍数量级的能耗效率提升。

（4）支持业务多样性网络部署

随着移动互联网和物联网业务的快速发展，未来5G网络将面临更加多样化和个性化的用户体验需求。为了满足业务变化，5G网络的部署形态也将随之具有多样性。从覆盖范围和应用场景来看，5G网络将会出现多种形态的部署方式：既有传统蜂窝系统的宏蜂窝和微蜂窝部署，也将出现大量热点覆盖和室内覆盖部署，同时还有针对高速移动和短距离通信方式的部署。

另外，5G系统还将面临与现有的2G/3G/4G系统共存以及联合组网、协作通信等部署难题，这些都将给对未来5G多样性网络部署方式带来巨大挑战。

1.2.2 5G系统的性能指标

ITU-R制定了5G系统的性能指标，其为5G系统定义了8个性能指标和3种应用场景，8个性能指标见表1-6。

ITU-R将5G的应用场景划分为三大类，包括应用于移动互联网的增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、应用于物联网的海量机器类通信（massive Machine Type Communications，mMTC）和超可靠低时延通信（ultra Reliable and Low Latency Communications，uRLLC），如图1-4所示。其中，移动宽带又可以进一步分为广域连续覆盖和局部热点覆盖两种场景。

图1-5给出了4G与5G的性能对比，可以看到，5G的性能指标远高于4G系统。

广域连续覆盖场景是移动通信最基本的应用场景，该场景以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。结合5G整体目标，该场景的主要挑战在于要能够随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbit/s以上的用户体验速率。

局部热点覆盖场景主要面向局部热点区域覆盖，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。结合5G整体目标，1Gbit/s的用户体验速率、数十Gbit/s的峰值速率和数十Tbit/（s·km2）的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

大容量物联网场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据分组、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足106/km2的连接数密度指标要求，而且还要求终端成本和功耗极低。

高性能物联网场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对端到端时延和可靠性具有极高的要求，需要为用户提供ms级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

5G系统的应用场景与关键性能指标挑战见表1-7。