1.概述
5G技術演進方式與前幾代移動通信截然不同。首先，2G/3G/4G時代是技術領先應用，先有移動通信技術不斷髮展，待成熟之後再推廣到不同應用， 其應用主要側重於“改變生活”。5G卻恰恰相反，是應用牽引技術。先要確定應用的需求和場景，包括 “生活”和“社會”兩方面內容，然後再去探索發現相對應的具體技術，例如：5G 新空口(New Radio, NR)設計標準就是來源於全新應用場景，其中包括： 新波形、新調製方式、新幀結構、新多址技術、新編碼 技術和大規模多天線技術等一系列新無線空口技 術。未來移動通信技術演進（6G及以後）也會按照這種“應用引領、技術跟隨”的方式出現。
5G網絡是廣帶化、泛在化、智能化、融合化、綠色節能的網絡。根據5G白皮書中的技術願景，5G網絡將滿足人們超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性的需求，爲用戶提供高清視頻、虛擬現實、增強現實、雲桌面、在線遊戲等極致業務體驗。5G將滲透到物聯網領域，與工業設施、醫療儀器、交通工具等深度融合，全面實現“萬物互聯”。
2. 5G性能指標（5G之花）
面向2020年及未來，5G將解決多樣化應用場景下差異化性能指標帶來的挑戰，不同應用場景面臨的性能挑戰有所不同，用戶體驗速率、流量密度、時延、能效和連接數都可能成爲不同場景的挑戰性指標。
5G在速率、容量、覆蓋、時延、安全、用戶體驗等方面的飛躍，將爲人類開啓全新的發展時代。而我國爲迎接5G的到來，提出“5G之花”，如下圖所示，性能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。紅花與綠葉相輔相成，其中花瓣代表了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，而花瓣頂點代表了相應指標的最大值；綠葉則代表三個效率指標，是實現5G可持續發展的基本保障。
其中包含的5G性能指標如下：
（1）移動性移動性歷代移動通信系統重要的性能指標，指在滿足一定系統性能的前提下，通信雙方最大相對移動速度。5G移動通信系統需要支持飛機、高速公路、城市地鐵等超高速移動場景，同時也需要支持數據採集、工業控制低速移動或非移動場景。因此，5G移動通信系統的設計需要支持更廣泛的移動性。
（2）時延時延採用OTT或RTT來衡量，前者是指發送端到接收端接收數據之間的間隔，後者是指發送端到發送端數據從發送到確認的時間間隔。在4G時代，網絡架構扁平化設計大大提升了系統時延性能。在5G時代，車輛通信、工業控制、增強現實等業務應用場景，對時延提出了更高的要求，最低空口時延要求達到了1ms。在網絡架構設計中，時延與網絡拓撲結構、網絡負荷、業務模型、傳輸資源等因素密切相關。
（3）用戶感知速率5G時代將構建以用戶爲中心的移動生態信息系統，首次將用戶感知速率作爲網絡性能指標。用戶感知速率是指單位時間內用戶獲得MAC層用戶面數據傳送量。實際網絡應用中，用戶感知速率受到衆多因素的影響，包括網絡覆蓋環境、網絡負荷、用戶規模和分佈範圍、用戶位置、業務應用等因素，一般採用期望平均值和統計方法進行評估分析。
（4）峯值速率峯值速率是指用戶可以獲得的最大業務速率，相比4G網絡，5G移動通信系統將進一步提升峯值速率，可以達到數十Gbps。
（5）連接數密度在5G時代存在大量物聯網應用需求，網絡要求具備超千億設備連接能力。連接數密度是指單位面積內可以支持的在線設備總和，是衡量5G移動網絡對海量規模終端設備的支持能力的重要指標，一般不低於十萬/平方公里。
（6）流量密度流量密度是單位面積內的總流量數，是衡量移動網絡在一定區域範圍內數據傳輸能力。在5G時代需要支持一定局部區域的超高數據傳輸，網絡架構應該支持每平方公里能提供數十Tbps的流量。在實際網絡中，流量密度與多個因素相關，包括網絡拓撲結構、用戶分佈、業務模型等因素。
（7）能源效率能源效率是指每消耗單位能量可以傳送的數據量。在移動通信系統中，能源消耗主要指基站和移動終端的發送功率，以及整個移動通信系統設備所消耗的功率。在5G移動通信系統架構設計中，爲了降低功率消耗，採取了一系列新型接入技術，如低功率基站、D2D技術、流量均衡技術、移動中繼等。
3. ITU三大應用場景
國際電信聯盟 ITU 召開的 ITU-RWP5D 第 22 次會議上確定了未來的5G具有以下三大主要的應用場景：
1）增強型移動寬帶（enhanced mobile broad band， eMBB）
2）大規模機器類型通信（massive machine type communications，mMTC）
3）超可靠和低延遲通信（ultra-reliable and low latency communications，URLLC）
具體包括：Gbps移動寬帶數據接入、智慧家庭、智能建築、語音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、雲工作、雲娛樂、增強現實、行業自動化、緊急任務應用、自動駕駛汽車等。
3.1 增強型移動寬帶eMBB
增強型移動寬帶是指在現有移動寬帶業務場景的基礎上，對用戶體驗等性能的進一步提升，以人爲中心的應用情景，集中表現爲超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的移動性保證。主要包括車站、體育場等超密集區域的巨大數據流量的熱點高容量場景。該類場景下性能需求包括1 Gbit/s用戶體驗速率、數十Gbit/s峯值速率和數十Tbit/（s·平方公里）的流量密度。此外，eMBB還包括需要保證用戶在高移動性情況下的業務連續性的連續廣域覆蓋場景，挑戰在於隨時隨地爲用戶提供100 Mbit/s以上的用戶體驗速率，保證業務的連續性與網絡的基本服務能力。5G在這方面帶來的最直觀的感受就是網速的大幅提升，即便是觀看4K高清視頻，峯值速率也能夠達到10Gbps。增強型移動寬帶eMBB場景應用有增強現實（AR）、虛擬現實（VR），以及4K、8K超高清視頻等多種高速率應用。
3.2 大規模機器類型通信mMTC
海量終端連接場景則主要針對諸如MTC（Machine Type Communication）設備以及傳感器等設備大量連接和業務特徵差異化的場景。5G低功耗、大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯網業務，作爲5G新拓展出的場景，重點解決傳統移動通信無法很好支持地物聯網及垂直行業應用的問題。主要應用於機器間通信，以傳感器爲主，包括智慧城市、物流管理、智能農業、遠程監測、旅遊管理、智慧家庭、智慧社區、共享設備、穿戴設備、環境監測、森林防火等以傳感和數據採集爲目標的應用場景，滿足接入設備數量巨大且功耗極低的需求，預期達到100萬/平方公里的連接數密度的性能指標，具有小數據包、低功耗、海量連接等特點。
3.3 超可靠和低延遲通信URLLC
超可靠和低延遲通信URLLC特點是高可靠、低時延、極高的可用性。在此情景下，連接時延要達到1ms級別，而且要支持高速移動（500km/h）情況下的高可靠性（99.999%）連接。URLLC在無人駕駛業務方面擁有很大潛力。主要面向對時延和可靠性具有極高指標需求的應用，例如車聯網、工業控制等低時延高可靠場景，需要網絡爲用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證，這與4G網絡百毫秒級的端到端時延和業務中斷時間相距甚遠，要求5G網絡針對更高的可靠性與更低的時延要求提出關鍵的使能技術。此外，這對於安全防護行業也十分重要。
高可靠和低時延通信場景應用主要有三個類別：第一種是能夠節省時間、提高效率、節約資源；第二種有可能是能夠讓人們遠離危險，安全運營；第三種有可能是讓生活更加豐富多彩。它包括以下各類場景及應用：人工智能、自動駕駛、交通控制、遠程施工、遠程培訓、遠程醫療、同聲傳譯、工業自動化等，均有低時延要求。
4. IMT-2020四個主要技術場景
4.1 四大技術場景介紹
後來，IMT-2020（5G）從移動互聯網和物聯網主要應用場景、業務需求及挑戰出發，將5G主要應用場景納出爲：連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個主要技術場景，與ITU的三大應用場景基本一致。
（1）連續廣域覆蓋場景，是移動通信最基本的覆蓋方式，以保證用戶的移動性和業務連續性爲目標，爲用戶提供無縫的高速業務體驗。該場景的主要挑戰在於隨時隨地（包括小區邊緣、高速移動等惡劣環境）爲用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率。
（2）熱點高容量場景，主要面向局部熱點區域，爲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。1Gbps用戶體驗速率、數10Gbps峯值速率和數10Tbps/km2的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰。
（3）低功耗大連接場景，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採集爲目標的應用場景，具有小數據包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分佈範圍廣、數量衆多，不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數密度指標要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。
（4）低時延高可靠場景，主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求，這類應用對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要爲用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。
連續廣域覆蓋和熱點高容量場景主要滿足2020年及未來的移動互聯網業務需求，也是傳統的4G主要技術場景。低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯網業務，是5G新拓展的場景，重點解決傳統移動通信無法很好支持地物聯網及垂直行業應用。
4.2 5G技術場景和關鍵技術的關係
連續廣域覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠和低功耗大連接等四個5G典型技術場景具有不同的挑戰性指標需求，在考慮不同技術共存可能性的前提下，需要合理選擇關鍵技術的組合來滿足這些需求。
- 在連續廣域覆蓋場景，受限於站址和頻譜資源，爲了滿足100Mbps用戶體驗速率需求，除了需要儘可能多的低頻段資源外，還要大幅提升系統頻譜效率。大規模天線陣列是其中最主要的關鍵技術之一，新型多址技術可與大規模天線陣列相結合，進一步提升系統頻譜效率和多用戶接入能力。在網絡架構方面，綜合多種無線接入能力以及集中的網絡資源協同與QoS控制技術，爲用戶提供穩定的體驗速率保證。
- 在熱點高容量場景，極高的用戶體驗速率和極高的流量密度是該場景面臨的主要挑戰，超密集組網能夠更有效地複用頻率資源，極大提升單位面積內的頻率複用效率；全頻譜接入能夠充分利用低頻和高頻的頻率資源，實現更高的傳輸速率；大規模天線、新型多址等技術與前兩種技術相結合，可實現頻譜效率的進一步提升。
- 在低功耗大連接場景，海量的設備連接、超低的終端功耗與成本是該場景面臨的主要挑戰。新型多址技術通過多用戶信息的疊加傳輸可成倍提升系統的設備連接能力，還可通過免調度傳輸有效降低信令開銷和終端功耗；F-OFDM和FBMC等新型多載波技術在靈活使用碎片頻譜、支持窄帶和小數據包、降低功耗與成本方面具有顯著優勢；此外，終端*直接通信（D2D）*可避免基站與終端間的長距離傳輸，可實現功耗的有效降低。
- 在低時延高可靠場景，應儘可能降低空口傳輸時延、網絡轉發時延及重傳概率，以滿足極高的時延和可靠性要求。爲此，需採用更短的幀結構和更優化的信令流程，引入支持免調度的新型多址和D2D等技術以減少信令交互和數據中轉，並運用更先進的調製編碼和重傳機制以提升傳輸可靠性。此外，在網絡架構方面，控制雲通過優化數據傳輸路徑，控制業務數據靠近轉發雲和接入雲邊緣，可有效降低網絡傳輸時延。
5. 5G時代十大應用場景
根據華爲公司提出的“5G時代十大應用場景白皮書”，可以總結出5G時代最可能且最切題的應用場景，主要包括：
雲VR/AR(實時計算機圖像渲染和建模)、車聯網（遠控駕駛、編隊行駛、自動駕駛）、智能製造（無線機器人云端控制）、智慧能源（饋線自動化）、無線醫療（具備力反饋的遠程診斷）、無線家庭娛樂（超高清8K視頻和雲遊戲）、聯網無人機（專業巡檢和安防）、社交網絡（超高清、全景直播）、個人AI輔助（AI輔助智能頭盔）、智慧城市（AI使能視頻監控）。
參考鏈接：
https://www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband/insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities