1.概述

5G技術(shù)演進(jìn)方式與前幾代移動通信截然不同。首先，2G/3G/4G時代是技術(shù)領(lǐng)先應(yīng)用，先有移動通信技術(shù)不斷發(fā)展，待成熟之后再推廣到不同應(yīng)用， 其應(yīng)用主要側(cè)重于“改變生活”。5G卻恰恰相反，是應(yīng)用牽引技術(shù)。先要確定應(yīng)用的需求和場景，包括 “生活”和“社會”兩方面內(nèi)容，然后再去探索發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)的具體技術(shù)，例如：5G 新空口(New Radio, NR)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)就是來源于全新應(yīng)用場景，其中包括： 新波形、新調(diào)制方式、新幀結(jié)構(gòu)、新多址技術(shù)、新編碼 技術(shù)和大規(guī)模多天線技術(shù)等一系列新無線空口技 術(shù)。未來移動通信技術(shù)演進(jìn)（6G及以后）也會按照這種“應(yīng)用引領(lǐng)、技術(shù)跟隨”的方式出現(xiàn)。

5G網(wǎng)絡(luò)是廣帶化、泛在化、智能化、融合化、綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)5G白皮書中的技術(shù)愿景，5G網(wǎng)絡(luò)將滿足人們超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動性的需求，為用戶提供高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云桌面、在線游戲等極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)。5G將滲透到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，全面實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。

2. 5G性能指標(biāo)（5G之花）

面向2020年及未來，5G將解決多樣化應(yīng)用場景下差異化性能指標(biāo)帶來的挑戰(zhàn)，不同應(yīng)用場景面臨的性能挑戰(zhàn)有所不同，用戶體驗(yàn)速率、流量密度、時延、能效和連接數(shù)都可能成為不同場景的挑戰(zhàn)性指標(biāo)。

5G在速率、容量、覆蓋、時延、安全、用戶體驗(yàn)等方面的飛躍，將為人類開啟全新的發(fā)展時代。而我國為迎接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(guān)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(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，而花瓣頂點(diǎn)代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉則代表三個效率指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。

其中包含的5G性能指標(biāo)如下：
（1）移動性移動性歷代移動通信系統(tǒng)重要的性能指標(biāo)，指在滿足一定系統(tǒng)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(tǒng)需要支持飛機(jī)、高速公路、城市地鐵等超高速移動場景，同時也需要支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、工業(yè)控制低速移動或非移動場景。因此，5G移動通信系統(tǒng)的設(shè)計需要支持更廣泛的移動性。
（2）時延時延采用OTT或RTT來衡量，前者是指發(fā)送端到接收端接收數(shù)據(jù)之間的間隔，后者是指發(fā)送端到發(fā)送端數(shù)據(jù)從發(fā)送到確認(rèn)的時間間隔。在4G時代，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化設(shè)計大大提升了系統(tǒng)時延性能。在5G時代，車輛通信、工業(yè)控制、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，對時延提出了更高的要求，最低空口時延要求達(dá)到了1ms。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中，時延與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、業(yè)務(wù)模型、傳輸資源等因素密切相關(guān)。
（3）用戶感知速率5G時代將構(gòu)建以用戶為中心的移動生態(tài)信息系統(tǒng)，首次將用戶感知速率作為網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。用戶感知速率是指單位時間內(nèi)用戶獲得MAC層用戶面數(shù)據(jù)傳送量。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，用戶感知速率受到眾多因素的影響，包括網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、用戶規(guī)模和分布范圍、用戶位置、業(yè)務(wù)應(yīng)用等因素，一般采用期望平均值和統(tǒng)計方法進(jìn)行評估分析。
（4）峰值速率峰值速率是指用戶可以獲得的最大業(yè)務(wù)速率，相比4G網(wǎng)絡(luò)，5G移動通信系統(tǒng)將進(jìn)一步提升峰值速率，可以達(dá)到數(shù)十Gbps。
（5）連接數(shù)密度在5G時代存在大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，網(wǎng)絡(luò)要求具備超千億設(shè)備連接能力。連接數(shù)密度是指單位面積內(nèi)可以支持的在線設(shè)備總和，是衡量5G移動網(wǎng)絡(luò)對海量規(guī)模終端設(shè)備的支持能力的重要指標(biāo)，一般不低于十萬/平方公里。
（6）流量密度流量密度是單位面積內(nèi)的總流量數(shù)，是衡量移動網(wǎng)絡(luò)在一定區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸能力。在5G時代需要支持一定局部區(qū)域的超高數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)該支持每平方公里能提供數(shù)十Tbps的流量。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，流量密度與多個因素相關(guān)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、用戶分布、業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)量。在移動通信系統(tǒng)中，能源消耗主要指基站和移動終端的發(fā)送功率，以及整個移動通信系統(tǒng)設(shè)備所消耗的功率。在5G移動通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中，為了降低功率消耗，采取了一系列新型接入技術(shù)，如低功率基站、D2D技術(shù)、流量均衡技術(shù)、移動中繼等。

3. ITU三大應(yīng)用場景

國際電信聯(lián)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(yīng)用場景：
1）增強(qiáng)型移動寬帶（enhanced mobile broad band， eMBB）
2）大規(guī)模機(jī)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(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動駕駛汽車等。

3.1 增強(qiáng)型移動寬帶eMBB

增強(qiáng)型移動寬帶是指在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)場景的基礎(chǔ)上，對用戶體驗(yàn)等性能的進(jìn)一步提升，以人為中心的應(yīng)用情景，集中表現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)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(qū)域的巨大數(shù)據(jù)流量的熱點(diǎn)高容量場景。該類場景下性能需求包括1 Gbit/s用戶體驗(yàn)速率、數(shù)十Gbit/s峰值速率和數(shù)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(yè)務(wù)連續(xù)性的連續(xù)廣域覆蓋場景，挑戰(zhàn)在于隨時隨地為用戶提供100 Mbit/s以上的用戶體驗(yàn)速率，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性與網(wǎng)絡(luò)的基本服務(wù)能力。5G在這方面帶來的最直觀的感受就是網(wǎng)速的大幅提升，即便是觀看4K高清視頻，峰值速率也能夠達(dá)到10Gbps。增強(qiáng)型移動寬帶eMBB場景應(yīng)用有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR），以及4K、8K超高清視頻等多種高速率應(yīng)用。

3.2 大規(guī)模機(jī)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(shè)備以及傳感器等設(shè)備大量連接和業(yè)務(wù)特征差異化的場景。5G低功耗、大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，作為5G新拓展出的場景，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)移動通信無法很好支持地物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用的問題。主要應(yīng)用于機(jī)器間通信，以傳感器為主，包括智慧城市、物流管理、智能農(nóng)業(yè)、遠(yuǎn)程監(jiān)測、旅游管理、智慧家庭、智慧社區(qū)、共享設(shè)備、穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，滿足接入設(shè)備數(shù)量巨大且功耗極低的需求，預(yù)期達(dá)到100萬/平方公里的連接數(shù)密度的性能指標(biāo)，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。

3.3 超可靠和低延遲通信URLLC

超可靠和低延遲通信URLLC特點(diǎn)是高可靠、低時延、極高的可用性。在此情景下，連接時延要達(dá)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(yè)務(wù)方面擁有很大潛力。主要面向?qū)r延和可靠性具有極高指標(biāo)需求的應(yīng)用，例如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等低時延高可靠場景，需要網(wǎng)絡(luò)為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證，這與4G網(wǎng)絡(luò)百毫秒級的端到端時延和業(yè)務(wù)中斷時間相距甚遠(yuǎn)，要求5G網(wǎng)絡(luò)針對更高的可靠性與更低的時延要求提出關(guān)鍵的使能技術(shù)。此外，這對于安全防護(hù)行業(yè)也十分重要。

高可靠和低時延通信場景應(yīng)用主要有三個類別：第一種是能夠節(jié)省時間、提高效率、節(jié)約資源；第二種有可能是能夠讓人們遠(yuǎn)離危險，安全運(yùn)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(yīng)用：人工智能、自動駕駛、交通控制、遠(yuǎn)程施工、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、同聲傳譯、工業(yè)自動化等，均有低時延要求。

4. IMT-2020四個主要技術(shù)場景

4.1 四大技術(shù)場景介紹

后來，IMT-2020（5G）從移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，將5G主要應(yīng)用場景納出為：連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個主要技術(shù)場景，與ITU的三大應(yīng)用場景基本一致。

（1）連續(xù)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(yè)務(wù)連續(xù)性為目標(biāo)，為用戶提供無縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。該場景的主要挑戰(zhàn)在于隨時隨地（包括小區(qū)邊緣、高速移動等惡劣環(huán)境）為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗(yàn)速率。
（2）熱點(diǎn)高容量場景，主要面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度需求。1Gbps用戶體驗(yàn)速率、數(shù)10Gbps峰值速率和數(shù)10Tbps/km2的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)。
（3）低功耗大連接場景，主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數(shù)密度指標(biāo)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(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，這類應(yīng)用對時延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。

連續(xù)廣域覆蓋和熱點(diǎn)高容量場景主要滿足2020年及未來的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，也是傳統(tǒng)的4G主要技術(shù)場景。低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是5G新拓展的場景，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)移動通信無法很好支持地物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用。

4.2 5G技術(shù)場景和關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)系

連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低時延高可靠和低功耗大連接等四個5G典型技術(shù)場景具有不同的挑戰(zhàn)性指標(biāo)需求，在考慮不同技術(shù)共存可能性的前提下，需要合理選擇關(guān)鍵技術(shù)的組合來滿足這些需求。

• 在連續(xù)廣域覆蓋場景，受限于站址和頻譜資源，為了滿足100Mbps用戶體驗(yàn)速率需求，除了需要盡可能多的低頻段資源外，還要大幅提升系統(tǒng)頻譜效率。大規(guī)模天線陣列是其中最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，新型多址技術(shù)可與大規(guī)模天線陣列相結(jié)合，進(jìn)一步提升系統(tǒng)頻譜效率和多用戶接入能力。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，綜合多種無線接入能力以及集中的網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同與QoS控制技術(shù)，為用戶提供穩(wěn)定的體驗(yàn)速率保證。
• 在熱點(diǎn)高容量場景，極高的用戶體驗(yàn)速率和極高的流量密度是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)，超密集組網(wǎng)能夠更有效地復(fù)用頻率資源，極大提升單位面積內(nèi)的頻率復(fù)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(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率；大規(guī)模天線、新型多址等技術(shù)與前兩種技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)頻譜效率的進(jìn)一步提升。
• 在低功耗大連接場景，海量的設(shè)備連接、超低的終端功耗與成本是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)。新型多址技術(shù)通過多用戶信息的疊加傳輸可成倍提升系統(tǒng)的設(shè)備連接能力，還可通過免調(diào)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(shù)在靈活使用碎片頻譜、支持窄帶和小數(shù)據(jù)包、降低功耗與成本方面具有顯著優(yōu)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(shí)現(xiàn)功耗的有效降低。
• 在低時延高可靠場景，應(yīng)盡可能降低空口傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)時延及重傳概率，以滿足極高的時延和可靠性要求。為此，需采用更短的幀結(jié)構(gòu)和更優(yōu)化的信令流程，引入支持免調(diào)度的新型多址和D2D等技術(shù)以減少信令交互和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，并運(yùn)用更先進(jìn)的調(diào)制編碼和重傳機(jī)制以提升傳輸可靠性。此外，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，控制云通過優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑，控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)靠近轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云邊緣，可有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。

5. 5G時代十大應(yīng)用場景

根據(jù)華為公司提出的“5G時代十大應(yīng)用場景白皮書”，可以總結(jié)出5G時代最可能且最切題的應(yīng)用場景，主要包括：
云VR/AR(實(shí)時計算機(jī)圖像渲染和建模)、車聯(lián)網(wǎng)（遠(yuǎn)控駕駛、編隊(duì)行駛、自動駕駛）、智能制造（無線機(jī)器人云端控制）、智慧能源（饋線自動化）、無線醫(yī)療（具備力反饋的遠(yuǎn)程診斷）、無線家庭娛樂（超高清8K視頻和云游戲）、聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)（專業(yè)巡檢和安防）、社交網(wǎng)絡(luò)（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(jiān)控）。

參考鏈接：
https://www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband/insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的5G 应用及应用场景总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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