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5G技术发展及对基础设施的影响

一、5G技术演进

15G的关键能力和关键技术

（1）5G的关键能力

回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键

技术来定义，其中，1G采用频分多址（FDMA），只能提供模拟语音业务；2G主要采用时分

多址（TDMA），可提供数字语音和低速数据业务；3G以码分多址（CDMA）为技术特征，用

户峰值速率达到2Mbps至数10Mbps，可以支持多媒体数据业务；4G以正交频分多址（OFDMA）

技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。

5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用户体验速率，每平方公里一百万

的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数10Tbps的流量密度，每小时500Km以

上的移动性和数10Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本

的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提

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义了5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花。红花绿叶，相

辅相成，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，

其中花瓣顶点代表了相应指标的最大值；绿叶代表了三个效率指标，是实现5G可持续发展

的基本保障。

（2）5G的关键技术

面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形

成针对所有场景的解决方案，5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。

在无线技术领域，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为

业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的

新型网络架构已取得广泛共识。

此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC)、全双工、灵活双

工、终端直通（D2D）、多元低密度奇偶检验（Q-aryLDPC）码、网络编码、极化码等也被认

为是5G重要的潜在无线关键技术。

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25G的应用场景

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。

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；2）超高可靠与低延迟的通信；3）大规模机器类通

信。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。

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）应用场景

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。

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。

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。

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。

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（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