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面向2020年及未來的5G需求愿景

發布時間:2017/8/9 丨 文章來源:admin 丨 瀏覽次數:3455

移動通信已經深刻地改變了人們的生活,但人們對更高性能移動通信的追求從未停止。為了應對未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業務和應用場景,第五代移動通信(5G)系統將應運而生。當前,業界正處于研究和定義5G系統需求和總體愿景的關鍵時期,近期ITU已啟動了面向2020年未來無線移動通信技術的新一輪研究工作,目前的重點工作是進行IMT.Vision建議書的起草,該建議書將定義面向2020年及未來的IMT總體框架和目標,推動未來IMT技術發展。本文介紹了我國IMT-2020(5G)推進組在5G愿景及需求方面的主要研究結論,從業務、用戶和場景等多個方面對5G系統的總體愿景和所應具備的關鍵能力進行了分析。

一、移動互聯網和物聯網驅動移動通信快速發展,將為5G提供廣闊前景
??移動互聯網顛覆了傳統移動通信業務模式,為用戶提供前所未有的使用體驗,深刻影響著人們工作生活的方方面面。面向2020年及未來,移動互聯網將推動人類社會信息交互方式的進一步升級,為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清(3D)視頻、移動云等更加身臨其境的極致業務體驗。移動互聯網的進一步發展將帶來未來移動流量超千倍增長,推動移動通信技術和產業的新一輪變革。
??物聯網擴展了移動通信的服務范圍,從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯,使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業和領域。面向2020年及未來,移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境監測等將會推動物聯網應用爆發式增長,數以千億的設備將接入網絡,實現真正的“萬物互聯”,并締造出規模空前的新興產業,為移動通信帶來無限生機。同時,海量的設備連接和多樣化的物聯網業務也會給移動通信帶來新的技術挑戰。
二、移動互聯網業務持續挑戰5G系統性能,物聯網業務極大擴展移動通信應用領域
??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。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傳輸速率仍需要大約1Gbps。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。社交網絡等OTT(Over-The-Top)業務將會成為未來主導應用之一,小數據包頻發將造成信令資源的大量消耗。未來人們對各種應用場景下的通信體驗要求越來越高,用戶希望能在體育場、露天集會、演唱會等超密集場景,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。
??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,也涵蓋了大量不同類型的行業用戶。物聯網業務類型非常豐富多樣,業務特征也差異巨大。對于智能家居、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包頻發;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毫秒級的時延和接近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。
??無論是對于移動互聯網還是物聯網,用戶在不斷追求高質量業務體驗的同時也在期望成本的下降。同時,5G需要提供更高和更多層次的安全機制,不僅能夠滿足互聯網金融、安防監控、安全駕駛、移動醫療等的極高安全要求,也能夠為大量低成本物聯網業務提供安全解決方案。此外,5G應能夠支持更低功耗,以實現更加綠色環保的移動通信網絡,并大幅提升終端電池續航時間,尤其對于一些物聯網設備。
三、多類應用場景對5G系統提出性能挑戰,可持續發展要求顯著提升系統效率
??5G典型場景涉及未來人們居住、工作、休閑和交通等各種區域,特別是密集住宅區、辦公室、體育場、露天集會、地鐵、快速路、高鐵和廣域覆蓋等場景。這些場景具有超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性等特征,可能對5G系統形成挑戰。
??在這些場景中,考慮增強現實、虛擬現實、超高清視頻、云存儲、車聯網、智能家居、OTT消息等5G典型業務,并結合各場景未來可能的用戶分布、各類業務占比及對速率、時延等的要求,可以得到各個應用場景下的5G性能需求。5G關鍵性能指標主要包括用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、流量密度、移動性和用戶峰值速率。
??此外,目前的移動通信網絡在應對移動互聯網和物聯網爆發式發展時,可能會面臨以下問題:能耗、每比特綜合成本、部署和維護的復雜度難以高效應對未來千倍業務流量增長和海量設備連接;多制式網絡共存造成了復雜度的增長和用戶體驗下降;現網在精確監控網絡資源和有效感知業務特性方面的能力不足,無法智能地滿足未來用戶和業務需求多樣化的趨勢;無線頻譜從低頻到高頻跨度很大,且分布碎片化,干擾復雜。為了應對上述問題,頻譜利用、能耗和成本是移動通信網絡可持續發展的三個關鍵因素。為了實現可持續發展,5G系統相比4G系統在頻譜效率、能源效率和成本效率方面需要得到顯著提升。具體來說,頻譜效率需提高5~15倍,能源效率和成本效率均要求有百倍以上提升。
四、5G系統具備更高性能,性能需求和效率需求共同定義5G關鍵能力
??5G需要具備比4G更高的性能,支持0.1~1Gbps的用戶體驗速率,每平方公里一百萬的連接數密度,毫秒級的端到端時延,每平方公里數十Tbps的流量密度,每小時500Km以上的移動性和數十Gbps的峰值速率。其中,用戶體驗速率、連接數密度和時延為5G最基本的三個性能指標。同時,5G還需要大幅提高網絡部署和運營的效率,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。
??性能需求和效率需求共同定義了5G的關鍵能力,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,體現了5G滿足未來多樣化業務與場景需求的能力,其中花瓣頂點代表了相應指標的最大值;綠葉代表了三個效率指標,是實現5G可持續發展的基本保障。
??5G將以可持續發展的方式,滿足未來超千倍的移動數據增長需求,將為用戶提供光纖般的接入速率,“零”時延的使用體驗,千億設備的連接能力,超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務,業務及用戶感知的智能優化,同時將為網絡帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低,并最終實現“信息隨心至,萬物觸手及”的5G愿景。


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