2.1.3　5G主要应用场景

在未来，5G将解决各种应用场景中差异性能指标的挑战。不同应用场景面临的性能挑战是不同的。用户体验率、流量密度、时间延迟、能源效率和连接数量都是不同情景下具有挑战性的目标。

国际电联在国际电信联盟举行的第二十二届ITU-RWP5D会议上，对未来5G确定了三种主要应用场景：增强型移动宽带通信、高可靠低时延通信、大规模机器类通信，如图2-4所示。主要应用包括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、工业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车等。

图2-4　5G三大应用场景

后来，IMT-2020（5G）从移动互联网和物联网的主要应用场景出发，以及从业务需求和挑战入手，将5G应用归纳为四个主要技术场景：连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠场景（与ITU的三大应用场景基本一致）。

（1）5G主要技术场景

①连续广域覆盖场景　它是移动通信最基本的覆盖模式，旨在确保用户移动性和业务连续性，并为用户提供无缝的高速业务体验。这种情况的主要挑战是随时随地为用户提供超过100Mbps的用户体验速率，包括小区边缘、高速移动和其他恶劣环境。

②热点高容量场景　它主要聚焦于本地热点，为用户提供极高的数据速率并满足网络的高流量密度要求。1Gbps用户体验率、10Gbps峰值速率和10Tbps/km2流量密度需求是在这种情况下面临的主要挑战。

③低功耗大连接场景　主要以智能城市、环境监测、智能农业、森林防火等传感与数据采集为应用场景的目标，具有小包、低功耗、大容量连接等特点。这种终端范围广，数量众多，不仅要求网络具备数千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接的数量密度要求，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。这种应用对时间延迟和可靠性有极高的要求，需要提供毫秒级的端到端延迟，并为用户提供接近100%的服务可靠性保证。

连续广域覆盖和热量高容量场景主要满足2020年和未来移动互联网业务的需求，这也是传统4G的主要技术场景。低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网服务，这是5G的新发展景象，旨在解决传统移动通信不能支持物联网和垂直行业的应用问题。

（2）5G技术场景与关键技术的关系

4个典型的5G技术场景，如连续广域覆盖、热点容量、低功耗与大连接、低时延与高可靠性等，都有不同的挑战要求。考虑到不同技术共存的可能性，有必要选择关键技术的组合来满足这些要求。

①连续广域覆盖场景　由于有限的站点和频谱资源，为了满足100Mbps的用户体验速率要求，除了需要尽可能多的低频段外，还要大幅度提高系统的频谱效率。其中，大规模天线技术是最重要的关键技术之一。另外，新的多址技术也可以与大规模天线技术结合，进一步提高系统的频谱效率和多用户接入能力。

②热点高容量场景　集成了各种无线接入能力和集中式网络资源协作和QoS控制技术，为用户提供稳定的上网保证。在热点高容量的场景中，高用户体验率和高流量密度是这一场景的主要挑战。超密集网络可以更有效地重用频率资源，大大提高单位面积内的频率重用效率；全频谱接入可以充分利用低频和高频的频率资源达到更高的水平。另外，大规模天线和新多址技术与超密集网络、全频谱接入技术的结合可以进一步提高系统的频谱利用效率。

③低功耗大连接场景　大规模设备连接、超低终端功耗和低成本是这一场景下所面临的主要挑战。新多址接入技术可以通过多用户信息的叠加传输来提高系统的设备连接性，并且可以通过自由调度传输有效降低信令开销和终端功耗。F-OFDM和FBMC等新型多载波技术可灵活使用碎片化频谱，支持窄带和小数据包组，在降低功耗和成本方面具有显著优势。另外，终端直接通信（D2D）可以实现终端节点之间的直接互联互通，有效避免了基站的长距离传输，从而可以有效降低功耗。

④低时延高可靠场景　应尽可能减少传输时延、网络转发时间和重传概率，以满足极高的时延和可靠性要求。为此，需要采用更短的帧结构和更优化的信令交互过程，通过引入支持免调度的新型多址和D2D技术，以减少信令交互和数据传输，并使用更先进的调制编码和重传机制来提高传输可靠性。另外，在网络架构中，控制云可以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，有效降低网络传输时延。