从移动互联网和物联网应用对移动通信的需求
谈5G的愿景
摘要 文章分析了移动互联网和物联网对未来移动通信的需求，基于需求，从数据流量、用户体验、频谱利用、低能功耗等方面对5G提出了一系列愿景：高流量、低时延、高智能、低能耗
关键词： 移动互联网；物联网；5G愿景；需求分析
一、 引言
移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力。移动互联网颠覆了传统移动通信业务模式，为用户提供前所未有的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，发展第五代移动通信（5G）技术已成为一个必然趋势。而5G技术的提出也将推动物联网更进一步的发展。
二、 移动互联网与物联网的需求分析
1. 激增的移动数据流量需求
面向2020年以及未来，智能终端的普及、移动应用的蓬勃发展，促使移动互联网呈现出爆炸式发展。而物联网面向多种行业应用，呈现出多样化发展趋势，其泛在化特征日益显现。根据工业和信息化部电信研究院的预测，全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100亿，其中中国将超过20亿。全球物联网设备连接数也将快速增长，2020年将达到70亿，其中中国将接近15亿。同时，预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010年到2030年将增长近2万倍；中国的移动数据流量增速高于全球平均水平，预计2010年到2020年将增长300倍以上，2010年到2030年将增长超4万倍。
2. 高性能、高安全、低成本的用户体验需求
5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。移动互联网领域，超高清视频、海量实时的数据交互需要可媲美光纤的传输速率，增强现实、云桌面、在线游戏等业务需要“无感知”的时延，此外，用户也希望在不同的场景（比如体育场、露天集会、演唱会等超密集场景，高铁、车载、地铁等高速移动环境）下得到一致业务体验；物联网领域，其不仅涉及普通个人用户，也涵盖了大量不同类型的行业用户，业务特征也差异巨大。这使得5G应具备更强的灵活性、可扩展性以及和安全可靠性，以适应海量的设备连接和多样化的用户需求。
此外，网络与信息安全的保障，低功耗、低辐射，实现性能价格比的提升成为所有用户的诉求。
3. 提高频谱资源使用效率的需求
移动通信的频谱资源是有限的。移动通信系统的频率由ITU-R进行业务划分。目前，ITU-R划分了450MHz、700MHz、800MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz、2500MHz、3500MHz和4400MHz等频段给IMT系统使用。LTE网络部署初期主要集中在2.6G H z、1.8GHz和700MHz，然而由于各国家和地区使用情况存在差异，这给产业链和用户带来困难。例如New iPad只支持700MHz及2100MHz频率，这两个频段在很多国家不能使用。对我国来说，上述频段存在多种业务（如铁路调度系统、广播电视系统、集群系统、雷达系统以及固定卫星系统等），因此给LTE频率规划和网络部署带来巨大的挑战。按照ITU-R的预计，10年后移动流量将是现在的1000倍。如此巨大的数据流量亟需提升频谱的使用效率，改变目前碎片化的使用方式。因此，针对频谱资源稀缺问题，未来5G需要使用合适的频谱使用方式和新技术来提高频谱使用效率。
三、 5G的愿景
为了满足未来用户、业务、网络的新需求，必然要求5G具有更多更先进的功能，实现无时不在、无所不在的信息传递。
1. 光纤般的传输速率，超容量的带宽
提及网络，一般首先提到的最基本的指标就是传输速率。面对未来移动智能终端的普及、移动应用的蓬勃发展，由此而带来的激增的移动数据流量，为了满足用户的需求，5G必须具有光纤般的传输速率，超高容量的带宽。经过上文的需求分析，我认为5G与4G相比较，传输速率与带宽应满足如下指标：
传输速率提高10～100 倍，用户体验速率0.1～1 Gb/s，用户峰值速率可达10 Gb/s。
2. 泛在的网络覆盖，“无感知”的端对端时延
未来移动通信将满足各种类型互联网业务的个性化需求，提供无所不在的智能信息服务，无所不在的连接，这要求5G要有更好的覆盖、更大的连接数密度及更好的移动适应性，以保证用户在不同的环境下都能得到一致的服务体验。同时，物联网的控制类业务中，如车联网、自动控制等业务，对时延要求敏感，要求时延低至毫秒量级，且需要保证高可靠性。因此，我认为5G在连接数密度指标及时延指标应满足：
连接设备密度提升10～100倍，达到每平方公里数百万个；流量密度100～1 000 倍提升，达到每平方公里每秒数十太比特；时延降低5～10 倍，达到毫秒量级；移动性达到500 km/h 以上，实现高铁环境下的良好用户体验。
3. 智能的网络管理，高效的频谱利用
未来移动通信网络数据流量和信令流量将呈现爆炸式增长，而频谱资源又十分有限，面对挑战，5G
需要能够网络智能化，以最大化每比特收益，实现网络资源、用户体验和收益的和谐发展。网络的智能化要求包括：
(1). 网络架构智能化：5G需要具备灵活可扩展的网络架构以适应用户和业务的多样化需求； (2). 频谱利用智能化：5G需要灵活高效地利用各类频谱，包括对称和非对称频段、重用频谱和新频谱、低频段和高频段、授权和非授权频段等；
(3). 网络业务智能化：5G需要支持网络对用户行为和业务内容的智能感知并作出智能优化； (4). 网络安全智能化：5G需要能提供多样化的网络安全解决方案，以满足各类移动互联网和物联网设备及业务的需求。
4. 有效的功耗节能，可持续的网络发展
频谱利用、能耗和成本是移动通信网络可持续发展的三个关键因素。为了实现可持续发展，5G系统相比4G系统在频谱效率、能源效率和成本效率方面需要得到显著提升。具体来说，频谱效率需提高5～15倍，能源效率和成本效率均要求有百倍以上提升。
四、 总结及展望
在移动互联网和物联网的强劲推动力驱动下，移动通信的产业能力快速提升，面向2020 年及未来的5G 时代正向我们走近，高流量、低时延、高智能、低能耗的5G 无线技术及新型网络成为技术研究方向。5G将以可持续发展的方式，满足未来超千倍的移动数据增长需求，将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，并最终实现“信息随心至，万物触手及”的5G愿景。
五、 参考文献：
[1]窦笠,孙震强,李艳芬. 5G愿景和需求[J]. 电信技术,2013,12:8-11.
[2]王志勤,罗振东,魏克军.5G业务需求分析及技术标准进程[J].中兴通讯技术,2014,02:2-4+25. [3]白鹭,揭摄.移动通信网络对物联网承载需求分析[J].电信工程技术与标准化,2010,12:31-34. [4]IMT-2020(5G)推进组.5G的愿景与需求白皮书.[C] IMT-2020(5G)峰会-5G目标及能力，2014.05.
从移动互联网和物联网谈5G的需求与愿景
