1.概述

5G技术演进方式与前几代移动通信截然不同。首先，2G/3G/4G时代是技术领先应用，先有移动通信技术不断发展，待成熟之后再推广到不同应用，其应用主要侧重于“改变生活”。5G却恰恰相反，是应用牵引技术。先要确定应用的需求和场景，包括 “生活”和“社会”两方面内容，然后再去探索发现相对应的具体技术，例如：5G 新空口(New Radio, NR)设计标准就是来源于全新应用场景，其中包括：新波形、新调制方式、新帧结构、新多址技术、新编码技术和大规模多天线技术等一系列新无线空口技术。未来移动通信技术演进（6G及以后）也会按照这种“应用引领、技术跟随”的方式出现。

5G网络是广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。根据5G白皮书中的技术愿景，5G网络将满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求，为用户提供高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。5G将渗透到物联网领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，全面实现“万物互联”。

2. 5G性能指标（5G之花）

面向2020年及未来，5G将解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都可能成为不同场景的挑战性指标。

5G在速率、容量、覆盖、时延、安全、用户体验等方面的飞跃，将为人类开启全新的发展时代。而我国为迎接5G的到来，提出“5G之花”，如下图所示，性能和效率需求共同定义了5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花。红花与绿叶相辅相成，其中花瓣代表了5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，而花瓣顶点代表了相应指标的最大值；绿叶则代表三个效率指标，是实现5G可持续发展的基本保障。

其中包含的5G性能指标如下：
（1）移动性移动性历代移动通信系统重要的性能指标，指在满足一定系统性能的前提下，通信双方最大相对移动速度。5G移动通信系统需要支持飞机、高速公路、城市地铁等超高速移动场景，同时也需要支持数据采集、工业控制低速移动或非移动场景。因此，5G移动通信系统的设计需要支持更广泛的移动性。
（2）时延时延采用OTT或RTT来衡量，前者是指发送端到接收端接收数据之间的间隔，后者是指发送端到发送端数据从发送到确认的时间间隔。在4G时代，网络架构扁平化设计大大提升了系统时延性能。在5G时代，车辆通信、工业控制、增强现实等业务应用场景，对时延提出了更高的要求，最低空口时延要求达到了1ms。在网络架构设计中，时延与网络拓扑结构、网络负荷、业务模型、传输资源等因素密切相关。
（3）用户感知速率5G时代将构建以用户为中心的移动生态信息系统，首次将用户感知速率作为网络性能指标。用户感知速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量。实际网络应用中，用户感知速率受到众多因素的影响，包括网络覆盖环境、网络负荷、用户规模和分布范围、用户位置、业务应用等因素，一般采用期望平均值和统计方法进行评估分析。
（4）峰值速率峰值速率是指用户可以获得的最大业务速率，相比4G网络，5G移动通信系统将进一步提升峰值速率，可以达到数十Gbps。
（5）连接数密度在5G时代存在大量物联网应用需求，网络要求具备超千亿设备连接能力。连接数密度是指单位面积内可以支持的在线设备总和，是衡量5G移动网络对海量规模终端设备的支持能力的重要指标，一般不低于十万/平方公里。
（6）流量密度流量密度是单位面积内的总流量数，是衡量移动网络在一定区域范围内数据传输能力。在5G时代需要支持一定局部区域的超高数据传输，网络架构应该支持每平方公里能提供数十Tbps的流量。在实际网络中，流量密度与多个因素相关，包括网络拓扑结构、用户分布、业务模型等因素。
（7）能源效率能源效率是指每消耗单位能量可以传送的数据量。在移动通信系统中，能源消耗主要指基站和移动终端的发送功率，以及整个移动通信系统设备所消耗的功率。在5G移动通信系统架构设计中，为了降低功率消耗，采取了一系列新型接入技术，如低功率基站、D2D技术、流量均衡技术、移动中继等。

3. ITU三大应用场景

国际电信联盟 ITU 召开的 ITU-RWP5D 第 22 次会议上确定了未来的5G具有以下三大主要的应用场景：
1）增强型移动宽带（enhanced mobile broad band， eMBB）
2）大规模机器类型通信（massive machine type communications，mMTC）
3）超可靠和低延迟通信（ultra-reliable and low latency communications，URLLC）

具体包括：Gbps移动宽带数据接入、智慧家庭、智能建筑、语音通话、智慧城市、三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实、行业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车等。

3.1 增强型移动宽带eMBB

增强型移动宽带是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对用户体验等性能的进一步提升，以人为中心的应用情景，集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证。主要包括车站、体育场等超密集区域的巨大数据流量的热点高容量场景。该类场景下性能需求包括1 Gbit/s用户体验速率、数十Gbit/s峰值速率和数十Tbit/（s·平方公里）的流量密度。此外，eMBB还包括需要保证用户在高移动性情况下的业务连续性的连续广域覆盖场景，挑战在于随时随地为用户提供100 Mbit/s以上的用户体验速率，保证业务的连续性与网络的基本服务能力。5G在这方面带来的最直观的感受就是网速的大幅提升，即便是观看4K高清视频，峰值速率也能够达到10Gbps。增强型移动宽带eMBB场景应用有增强现实（AR）、虚拟现实（VR），以及4K、8K超高清视频等多种高速率应用。

3.2 大规模机器类型通信mMTC

海量终端连接场景则主要针对诸如MTC（Machine Type Communication）设备以及传感器等设备大量连接和业务特征差异化的场景。5G低功耗、大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，作为5G新拓展出的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用的问题。主要应用于机器间通信，以传感器为主，包括智慧城市、物流管理、智能农业、远程监测、旅游管理、智慧家庭、智慧社区、共享设备、穿戴设备、环境监测、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，满足接入设备数量巨大且功耗极低的需求，预期达到100万/平方公里的连接数密度的性能指标，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。

3.3 超可靠和低延迟通信URLLC

超可靠和低延迟通信URLLC特点是高可靠、低时延、极高的可用性。在此情景下，连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动（500km/h）情况下的高可靠性（99.999%）连接。URLLC在无人驾驶业务方面拥有很大潜力。主要面向对时延和可靠性具有极高指标需求的应用，例如车联网、工业控制等低时延高可靠场景，需要网络为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证，这与4G网络百毫秒级的端到端时延和业务中断时间相距甚远，要求5G网络针对更高的可靠性与更低的时延要求提出关键的使能技术。此外，这对于安全防护行业也十分重要。

高可靠和低时延通信场景应用主要有三个类别：第一种是能够节省时间、提高效率、节约资源；第二种有可能是能够让人们远离危险，安全运营；第三种有可能是让生活更加丰富多彩。它包括以下各类场景及应用：人工智能、自动驾驶、交通控制、远程施工、远程培训、远程医疗、同声传译、工业自动化等，均有低时延要求。

4. IMT-2020四个主要技术场景

4.1 四大技术场景介绍

后来，IMT-2020（5G）从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，将5G主要应用场景纳出为：连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个主要技术场景，与ITU的三大应用场景基本一致。

（1）连续广域覆盖场景，是移动通信最基本的覆盖方式，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。该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。
（2）热点高容量场景，主要面向局部热点区域，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。1Gbps用户体验速率、数10Gbps峰值速率和数10Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。
（3）低功耗大连接场景，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，具有小数据包、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100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
（4）低时延高可靠场景，主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求，也是传统的4G主要技术场景。低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用。

4.2 5G技术场景和关键技术的关系

连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接等四个5G典型技术场景具有不同的挑战性指标需求，在考虑不同技术共存可能性的前提下，需要合理选择关键技术的组合来满足这些需求。

在连续广域覆盖场景，受限于站址和频谱资源，为了满足100Mbps用户体验速率需求，除了需要尽可能多的低频段资源外，还要大幅提升系统频谱效率。大规模天线阵列是其中最主要的关键技术之一，新型多址技术可与大规模天线阵列相结合，进一步提升系统频谱效率和多用户接入能力。在网络架构方面，综合多种无线接入能力以及集中的网络资源协同与QoS控制技术，为用户提供稳定的体验速率保证。
在热点高容量场景，极高的用户体验速率和极高的流量密度是该场景面临的主要挑战，超密集组网能够更有效地复用频率资源，极大提升单位面积内的频率复用效率；全频谱接入能够充分利用低频和高频的频率资源，实现更高的传输速率；大规模天线、新型多址等技术与前两种技术相结合，可实现频谱效率的进一步提升。
在低功耗大连接场景，海量的设备连接、超低的终端功耗与成本是该场景面临的主要挑战。新型多址技术通过多用户信息的叠加传输可成倍提升系统的设备连接能力，还可通过免调度传输有效降低信令开销和终端功耗；F-OFDM和FBMC等新型多载波技术在灵活使用碎片频谱、支持窄带和小数据包、降低功耗与成本方面具有显著优势；此外，终端*直接通信（D2D）*可避免基站与终端间的长距离传输，可实现功耗的有效降低。
在低时延高可靠场景，应尽可能降低空口传输时延、网络转发时延及重传概率，以满足极高的时延和可靠性要求。为此，需采用更短的帧结构和更优化的信令流程，引入支持免调度的新型多址和D2D等技术以减少信令交互和数据中转，并运用更先进的调制编码和重传机制以提升传输可靠性。此外，在网络架构方面，控制云通过优化数据传输路径，控制业务数据靠近转发云和接入云边缘，可有效降低网络传输时延。

5. 5G时代十大应用场景

根据华为公司提出的“5G时代十大应用场景白皮书”，可以总结出5G时代最可能且最切题的应用场景，主要包括：
云VR/AR(实时计算机图像渲染和建模)、车联网（远控驾驶、编队行驶、自动驾驶）、智能制造（无线机器人云端控制）、智慧能源（馈线自动化）、无线医疗（具备力反馈的远程诊断）、无线家庭娱乐（超高清8K视频和云游戏）、联网无人机（专业巡检和安防）、社交网络（超高清、全景直播）、个人AI辅助（AI辅助智能头盔）、智慧城市（AI使能视频监控）。

参考链接：
https://www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband/insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities