多元化的5G：既要演进也要革命

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5G将是一个全球的标准，这点与4G类似。与前4代不同的是，5G的应用十分多样化。峰值速率和平均小区频谱效率不再是唯一的要求。除此之外，体验速率、连接数、低延时、高可靠、高能效都将成为系统设计的重要考量因素。应用场景也不只是广域覆盖，还包括密集热点、机器间通信、车联网、大型露天集会、地铁等。这也决定了5G中的技术是多元的，不会像前几代的每一代都有唯一一个标志性的技术。

5G应用和关键性能指标

面向移动互联网用户，未来5G的目标是达到类似光纤网速的用户体验。而对于物联网，5G系统应该支持多种应用，如交通、医疗、农业、金融、建筑、电网、环境保护等，特点都是海量接入。

数据流业务的特点是高速率，延迟可以为50ms～100ms；交互业务的延时为5ms～10ms；现实增强和在线游戏需要高清视频与几十毫秒的延时。到2020年，云存储将会汇集30%的数字信息量，意味着云与终端的无线互联网速率达到光纤级别。

在物联网中，有关数据采集的服务包括低速率业务，如读表，还有高速率应用，如视频监控。读表业务的特点是海量连接、低成本终端、低功耗和小数据包；而视频监控不仅要求高速率，其部署密度也会很大。控制类的服务有时延敏感和不敏感的，前者如车联网，后者包括家居生活中的各种应用。

除了用户体验速率、流量密度、连接数密度、时延（端到端）和移动性等KPI定义，5G需求还包含了3种效率：小区平均频谱效率，单位是比特/秒/赫兹/小区，或是比特/秒/赫兹/平方公里；能效，单位是比特/焦耳；成本效率，单位是货币单位/比特。

5G的需求列举了如下几大应用场景：密集居住区、办公室、商场、体育馆、大型露天集会、地铁系统、火车站、高速公路和高速铁路。对于每一种应用场景，又有不同的业务类型组合。

四大典型部署场景

5G中比较重要也更好量化的性能指标有三个：一是室外100Mbps和热点地区1Gbps的用户体验速率；二是相比4G要有10~100倍的连接数和连接密度的提升；三是空口时延在1毫秒以内，端到端时延在毫秒级。

从部署角度看，5G可分出4大典型部署场景，能够与技术更紧密地挂钩。这四个场景分别是：宏覆盖增强、超密集部署、物联网和低时延/高可靠。

——宏覆盖增强场景

在这个场景，所用的频段多半是低频的，宏小区的覆盖半径可达数公里。实现100Mbps的用户体验速率的性能指标较有挑战性。在这个场景中，不同用户到基站的路损差异很大，使得信噪比差别也很大。宏站上一般允许布置许多天线。连接数，即使是人与人之间的通信用户数也十分大。因此比较适合的技术包括：大规模天线、非正交传输，以及新型调制编码。这些技术一般情况下可以较好地共存，即复合使用，总的增益近似等于各个技术所带来增益的叠加。

——超密集部署

5G的应用场景许多是与密集部署相关的，如办公室、密集城市公寓、商场、露天集会、体育场馆。这种场景下的用户体验速率要求是1Gbps。很明显，用户的密度在典型面积下相当高，可以在室外或是室内。小区的拓扑形状呈现高度的异构性和多样性，有宏小区、微小区（Micro cell）、毫微小区（Pico cell）、微微小区（Femto cell）。它们的发射功率、天线增益、天线高度也大相径庭。适合的潜在技术有高级的干扰协调管理、虚拟小区、无线回传、新型调制编码、增强的自组织网络等。对于室内部署，还可采用高频通信来增强用户体验，降低小区间干扰。高频的短波长性质使得大规模天线阵列更容易部署。

——机器间通信场景

这个场景的最大挑战是支持海量的终端。这也意味着每一个机器终端的成本要远低于一般的手机终端。功耗方面也得足够低，以保证电池几年不耗尽。覆盖还应该十分鲁棒，能够到达地下室。潜在的技术包括窄带传输、控制信令优化、非正交传输。窄带传输能有效降低设备费用并增强覆盖。

——低时延和高可靠场景

低时延和高可靠是几种应用共同的要求。例如在某些制造工业中的机器间通信，毫秒级的延时会严重影响产品质量。在智能交通系统，毫秒级延时和近乎为0的检测率是硬性要求，否则无法避免交通事故。此种场景的潜在技术有物理帧的新设计、高级的链路自适应。终端直通技术也可降低端到端的时延。