5G移動與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1、5G移動與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展1/36全球5G研發(fā)節(jié)奏不停加緊，標準化已經(jīng)開始2ITU-R：6月將公布愿景提議書，是定義5G愿景和關(guān)鍵能力官方文件，是5G研究基礎(chǔ)性文檔3GPP：SA1于2015.02立項研究5G業(yè)務需求，RAN與SA1于2015.09召開研討會，3月開始標準化NGMN：3月完成并公布5G白皮書，說明運行商5G需求；后續(xù)將細化需求與網(wǎng)絡架構(gòu)IMT-2020(5G)推進組：已公布5G需求白皮書和概念白皮書，計劃5月底公布技術(shù)白皮書5GPPP/METIS愛立信三星中國IMT-推進組華為中國移動CATR行業(yè)、國家組織國際組織企業(yè)/研究機構(gòu)5G愿景,指標需求和標準征集5G需求和技術(shù)研究，產(chǎn)業(yè)共識

2、企業(yè)白皮書/技術(shù)研究NGMNWWRF韓國5G forum諾西DCM日本20B AdhocIEEE？2/36ITU 5G時間表33/365G需求研究整體思緒市場趨勢5G目標和能力5G業(yè)務分類和挑戰(zhàn)5G經(jīng)典場景篩選關(guān)鍵能力指標測算用戶需求業(yè)務與應用我國5G工作布局提議(2) 5G關(guān)鍵能力指標(1) 5G需求總體趨勢5G總體定位和社會角色技術(shù)趨勢頻譜情況技術(shù)、頻譜、標準、產(chǎn)業(yè)鏈需求、時間計劃、與其它接入系統(tǒng)關(guān)系(3) 5G工作布局提議4G能力范圍界定技術(shù)組/頻譜組輸入運行需求面向及未來發(fā)展驅(qū)動力44/36移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是5G發(fā)展主要驅(qū)動力55/36未來移動通信市場趨勢預測6預測目標預測-2030

3、年中國和全球用戶/終端及業(yè)務增加情況預測終端滲透率和業(yè)務占比等為后續(xù)能力測算提供支撐為5G頻譜需求預測提供數(shù)據(jù)支撐運行商調(diào)研咨詢匯報統(tǒng)計年鑒冪函數(shù)擬合S曲線多項式擬合ITU匯報獲取歷史數(shù)據(jù)選擇預測算法Gompertz曲線聯(lián)合國匯報發(fā)展規(guī)劃預測增加趨勢結(jié)果比對移動終端數(shù)移動數(shù)據(jù)流量物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)終端流量占比用戶月均流量業(yè)務流量占比ITU愛立信Machina諾西市場預測方法6/36移動數(shù)據(jù)流量增加趨勢7面向年及未來，移動數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式增加。到年全球增加將超出200倍，到2030年將增加近2萬倍；中國增速高于全球，到年將增加300倍以上，到2030年將增加超4萬倍。發(fā)達城市及熱點地域增速更加快，

4、到年上海增加率可達600倍；北京熱點區(qū)域（如西單）增加率可達1000倍，十年千倍。7/36移動用戶數(shù)和物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)增加趨勢8未來全球移動通信網(wǎng)絡連接設備總量將到達千億規(guī)模。到，全球移動終端（不含物聯(lián)網(wǎng)設備）數(shù)量將超出100億，其中中國超出20億。全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數(shù)也將快速增加，到將靠近70億，中國靠近15億。到2030年，全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數(shù)將靠近1千億，中國超出200億。移動終端連接數(shù)（億部）物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)（億個）8/36未來移動通信主要業(yè)務5G主要業(yè)務移動互聯(lián)網(wǎng)流類會話類交互類傳輸類消息類物聯(lián)網(wǎng)采集類控制類音頻播放視頻播放增強現(xiàn)實交易類瀏覽類搜索類位置類游戲類語音類視頻通話郵件類上傳類下載

5、類SMS類MMS類OTT消息低速采集高速采集時延敏感時延非敏感基于3GPP業(yè)務分類，將背景類擴展成為傳輸類和消息類，并增加物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務（含采集類和控制類）9虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實9/36流類和會話類業(yè)務趨勢及挑戰(zhàn)流類與會話類業(yè)務將不停向超高清、3D、身臨其境顯示方向發(fā)展8K(3D)無壓縮視頻傳輸速率達96Gbps經(jīng)過百倍壓縮后，其傳輸速率也需要960Mbps用戶體驗速率流量密度時延3D身臨其境業(yè)務特征及挑戰(zhàn)極高流量密度時延要求50-100ms1010/36交互類業(yè)務趨勢及挑戰(zhàn)到達用戶對時延基本無感知使用體驗（5-10ms）增強現(xiàn)實在線游戲云桌面Juniper：將擁有2億增強現(xiàn)實用戶，年超出1億部汽車具

6、備增強現(xiàn)實功效11虛擬現(xiàn)實交互類挑戰(zhàn)業(yè)務快速響應增強現(xiàn)實、在線游戲等需要進行實時高清視頻交互，對上下行用戶傳輸速率提出挑戰(zhàn)大量數(shù)據(jù)交互主要挑戰(zhàn)11/36傳輸類和消息類業(yè)務趨勢及挑戰(zhàn)IDC：年全球30%數(shù)字信息將存放在云端；Markets and Markets：云存放市場將到達468億美元；到達媲美光纖速率體驗（1Gbps）密集場景中所產(chǎn)生流量極大，對網(wǎng)絡容量提出極高要求云存放將成為主流應用之一OTT消息將成為主流應用之一RADICATI GROUP預測，到即時通信市場用戶數(shù)量將達44億12高速數(shù)據(jù)傳輸高流量密度主要挑戰(zhàn)信令開銷大量數(shù)據(jù)包頻發(fā)消耗信令資源主要挑戰(zhàn)傳輸類消息類12/36物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務

7、與用戶需求13海量設備連接大量小數(shù)據(jù)包頻發(fā)覆蓋低成本電池壽命智能交通毫秒級時延靠近100%可靠性智能電網(wǎng)工業(yè)控制傳輸速率智能家居智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測視頻監(jiān)控更多層次安全機制移動金融13/36物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務特征分析連接數(shù)極大年，總連接數(shù)將到達500億 1相當百分比經(jīng)過非蜂窩網(wǎng)連接，直接接入蜂窩網(wǎng)設備僅占15% 2流量占比極少大多業(yè)務傳輸信息量極少，視頻類物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務占比極少Machina預測，2022年，M2M業(yè)務流量僅占蜂窩網(wǎng)總流量 1% 3單設備ARPU值極低對每個連接設備而言，運行商可取得收費非常低2022年，M2M網(wǎng)絡連接收入約占M2M市場總額20% 2141 Ericsson white pap

8、er: more than 50 billion connected devices. Feb. .2 Ericsson report. M2M and IoT Market insights. 3 Machina Research. “The Global M2M Market in .” Jan. .物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)收入增加預測2M2M不一樣連接方式和業(yè)務百分比預測214/36據(jù)Machina Research預測1，到，全球M2M總連接數(shù)將到達150億。其中，可經(jīng)過蜂窩網(wǎng)連接：20億蜂窩網(wǎng)可滲透原來經(jīng)過LAN/PAN接入M2M連接：55億2 預測，假如蜂窩網(wǎng)能夠提供愈加低廉可靠連接，則可開發(fā)5

9、7億新市場空間：57億經(jīng)過LAN/PAN連接（不適合蜂窩網(wǎng)接入）：74億Machina 預測1，到2022年，中國將成為最大M2M市場，其中20%連接數(shù)和17%收入來自中國。物聯(lián)網(wǎng)市場分析1 Machina Research. “The Global M2M Market in .” Jan. .2 ALU, Ericsson, Huawei, etc. A Choice of Future m2m Access Technologies for Mobile Network Operators, Mar. .全球物聯(lián)網(wǎng)連接預測215/36物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典業(yè)務需求經(jīng)典應用應用描述覆蓋連接密度吞吐率時

10、延可靠性功耗成本傳統(tǒng)蜂窩應用環(huán)境監(jiān)測安裝傳感器，對溫度、濕度等指標進行監(jiān)控森林、平原、山區(qū)、水域，地域廣低小100ms高很低很低視頻監(jiān)控在不易安裝線纜區(qū)域，經(jīng)過無線方式實現(xiàn)監(jiān)控偏僻廠房、樓道角落等低高100ms高普通普通移動支付經(jīng)過無線方式支付無特殊要求低小普通高較低較低遠程遙控經(jīng)過無線方式實現(xiàn)遠程操作無特殊要求低小100ms高較低較低智能醫(yī)療移動搶救車無特殊要求低高100ms極高普通普通可滲透應用健康檢測設備，比如心臟、血壓檢測低100ms極高很低很低智能家居各種家電、傳感器經(jīng)過藍牙/Zigbee等方式連接到家庭網(wǎng)關(guān)中，家庭網(wǎng)關(guān)直接接入到移動蜂窩網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)通常放置在室內(nèi)墻角低小100ms高普

11、通普通智能電網(wǎng)對使用電量進行實時統(tǒng)計，方便控制生產(chǎn)電量無特殊要求低低5ms高普通很低物流監(jiān)控經(jīng)過無線方式對貨物行蹤進行監(jiān)控無特殊要求較高小普通高很低很低可穿戴設備經(jīng)過藍牙等方式連接到手機上，再經(jīng)過手機接入到蜂窩中，少數(shù)設備需要直接接入蜂窩網(wǎng)和手機一致低小100ms高低低智能交通車與車、車與路邊設施進行通信近距離通信在擁堵區(qū)域較高小5ms極高普通普通未來新增應用其它新應用？總結(jié)需增強無大挑戰(zhàn)無大挑戰(zhàn)需降低需提升需降低需降低16/36物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務存在三個主要特征：連接數(shù)極大，約15%經(jīng)過非蜂窩網(wǎng)連接流量占比極少單設備ARPU值極小物聯(lián)網(wǎng)（M2M）業(yè)務可細分為：1）傳統(tǒng)蜂窩連接M2M連接

12、2）蜂窩網(wǎng)可滲透原來經(jīng)過LAN/PAN接入M2M連接3）蜂窩增強造成未來新增M2M連接其中第2）點和第3）點是5G重點方向蜂窩網(wǎng)經(jīng)過深入增強，能夠爭取到更大市場份額，主要增強包含：增強覆蓋、降低成本、降低功耗、降低時延、提升可靠性1717/36場景N場景與業(yè)務選擇標準場景選擇業(yè)務選擇居住工作休閑交通高流量密度高人口密度高移動速度挑戰(zhàn)從環(huán)境出發(fā)移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務高速率低時延連接數(shù)挑戰(zhàn)從業(yè)務分類出發(fā)場景2場景1業(yè)務N業(yè)務2業(yè)務11818/365G有挑戰(zhàn)八大場景19超高移動性超高連接數(shù)密度超高流量密度廣域覆蓋場景辦公室密集住宅區(qū)快速路高鐵體育場露天集會地鐵19/365G經(jīng)典業(yè)務視頻會話視頻播放

13、移動在線游戲增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實云桌面實時視頻分享無線數(shù)據(jù)下載云存放高清圖片上傳智能家居控制OTT消息視頻監(jiān)控車聯(lián)網(wǎng)安全駕駛2020/365G六大關(guān)鍵性能指標定義名稱定義用戶體驗速率（bps）真實網(wǎng)絡環(huán)境下用戶可取得最低傳輸速率連接數(shù)密度（/Km2）單位面積上支持在線設備總和端到端時延（ms）數(shù)據(jù)包從源節(jié)點開始傳輸?shù)奖荒繕斯?jié)點正確接收時間移動性（Km/h）滿足一定性能要求時，收發(fā)雙方間最大相對移動速度流量密度（bps/Km2）單位面積區(qū)域內(nèi)總流量用戶峰值速率（bps）單用戶可取得最高傳輸速率2121/36每種場景下經(jīng)典業(yè)務業(yè)務分類場景分類會話類流類交互類傳輸類消息類低速采集類高速采集類控制類 業(yè)務

14、 場景視頻會話視頻播放移動在線游戲增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實實時視頻分享云桌面數(shù)據(jù)下載云存放高清圖片上傳OTT消息智能家居視頻監(jiān)控車聯(lián)網(wǎng)居住密集住宅區(qū)視頻會話視頻播放（IPTV）虛擬現(xiàn)實應用在線游戲數(shù)據(jù)下載云存放OTT消息智能家居工作辦公室（雙方、多方）視頻會話云桌面數(shù)據(jù)下載云存放OTT消息休閑大型體育場視頻播放增強現(xiàn)實實時視頻分享高清圖片上傳OTT消息大型露天集會視頻播放增強現(xiàn)實實時視頻分享高清圖片上傳OTT消息交通地鐵視頻播放在線游戲OTT消息快速路視頻會話視頻播放增強現(xiàn)實OTT消息車聯(lián)網(wǎng)高鐵視頻會話視頻播放移動在線游戲云桌面OTT消息其它廣域覆蓋視頻播放增強現(xiàn)實實時視頻分享OTT消息視頻監(jiān)控222

15、2/36業(yè)務模型經(jīng)典應用基本假設傳輸速率要求 時延要求主要挑戰(zhàn)視頻會話支持上行1080P視頻傳輸影響原因分辨率每像素點比特數(shù)幀率壓縮比測算結(jié)論：依據(jù)高清視頻幀格式和慣用百倍壓縮率1080p, 12bits/pixel, 60fps視頻傳輸需要15Mbps 4K, 12bits/pixel, 60fps視頻傳輸需要約60Mbps8K, 12bits/pixel, 60fps視頻傳輸需要約240Mbps 8K(3D),24bits/pixel, 120fps, 普通壓縮視頻傳輸需要約960Mbps 50100ms15Mbps (UL&DL)高清視頻播放不一樣場景支持能力不一樣，如靜止場景支持8K視

16、頻傳輸，中速場景支持4K視頻傳輸，高速場景支持1080P視頻傳輸（均為下行）50-100ms能夠提供非常好業(yè)務體驗1080P:15Mbps (DL)4K:60Mbps (DL)8K:240Mbps (DL)增強現(xiàn)實支持上下行1080P視頻傳輸，用戶對時延無感知人眼視神經(jīng)最快反應時間去除攝像頭圖像采集和終端設備投影處理時間, 抵達用戶對圖像時延無感知時網(wǎng)絡需保障單向端到端時延約為5-10ms15Mbps(UL&DL)510ms虛擬現(xiàn)實支持下行8K(3D)高清視頻傳輸50100ms960Mbps (DL)實時視頻分享支持上行4K視頻傳輸50100ms60Mbps (UL)視頻監(jiān)控單位面積一個攝像頭

17、，支持上行4K視頻傳輸50100ms60Mbps (UL)2323/36業(yè)務模型（續(xù)）經(jīng)典應用基本假設傳輸速率要求 時延要求主要挑戰(zhàn)云桌面上下行數(shù)據(jù)傳輸上下行20Mbps人眼視神經(jīng)最快反應時間去除I/O信息處理，操作系統(tǒng)處理及顯示器處理時延，單向端到端10ms20Mbps (DL&UL)10ms無線數(shù)據(jù)下載云存放可比擬光纖傳輸下行傳輸速率約為1Gbps，上行0.5Gbps無挑戰(zhàn)1Gbps(DL)0.5Gbps(UL)高清圖片上傳上傳4000萬像素照片文件大小約為20MB(160Mb)，詳細測算結(jié)合場景分析無挑戰(zhàn)結(jié)合場景分析智能家居 每戶家庭連接設備為10至20個，主要影響連接數(shù)密度挑戰(zhàn)不大無挑

18、戰(zhàn)設備連接數(shù)每戶15個車聯(lián)網(wǎng)滿足車聯(lián)網(wǎng)時延要求挑戰(zhàn)不大考慮防碰撞所需要保障單向端到端時延5ms在線游戲主要考慮時延挑戰(zhàn)不大動作、射擊類游戲時延要求單向端到端約15-40ms15-40ms2424/36性能指標測算方法業(yè)務1終端密度激活率1速率要求1流量密度1業(yè)務N終端密度激活率N速率要求N流量密度N總流量密度業(yè)務1時延要求1業(yè)務N時延要求N最小時延業(yè)務1速率要求1業(yè)務N速率要求N最高用戶體驗速率終端密度連接數(shù)密度流量密度時延用戶體驗速率連接數(shù)密度2525/36性能指標測算結(jié)果 指標場景流量密度(bps/Km2,DL/UL)連接數(shù)密度(個/Km2)端到端時延(ms)用戶體驗速率(Mbps, DL

19、/UL)移動性(Km/h)經(jīng)典面積經(jīng)典面積總流量(bps,DL/UL)經(jīng)典面積總連接數(shù)(個)居住密集住宅區(qū)3.2T/130G100萬15401024/5121-1Km23.2T/130G100萬工作辦公室15T/2T375萬101024/512-5001000m2714G/12G375750休閑大型體育場1.3T/2T72萬51060/60-0.2Km2260G/400G14萬大型露天集會1.3G/2T72萬51060/60-0.44Km2570G/880G31.7萬交通地鐵10T/-600萬2154060/-110410m26.2G/-0.25萬快速路-560/15180-高鐵2.3T/1.

20、2T70萬1020/205001500m23.4G/1.7G0.1萬其它廣域覆蓋4G/4G0.1萬51060/60-【1】標紅數(shù)字為各KPI在全部場景中最大值；【2】地鐵用戶密度較大但經(jīng)典面積較小，最終5G能力選取了100萬/Km2，對應場景為大型體育場和露天集會【3】辦公室場景考慮每層獨立布署，不一樣層流量不累加。2626/36測算示例-最大挑戰(zhàn)指標測算過程27終端密度視頻會話終端密度激活率速率激活率速率云存放終端密度連接數(shù)密度OTT消息需要保持長連接流量密度連接數(shù)密度辦公室15T/2T bps/Km2(DL/UL)大型露天集會/體育場100萬個/Km2指標名稱/最具挑戰(zhàn)場景測算方法測算結(jié)果

21、用戶體驗速率1Gbps(靜止或低速)密集住宅區(qū)視頻會話15Mbps960Mbps虛擬現(xiàn)實選擇多個激活業(yè)務中傳輸速率要求最高27/36測算示例-最大挑戰(zhàn)指標測算過程（續(xù)）指標名稱/最具挑戰(zhàn)場景測算方法測算結(jié)果移動性用戶峰值速率高鐵500Km/h時延快速路5ms當前最高營運速度為380KM/h高速列車科技發(fā)展“十二五”專題規(guī)劃提出繼續(xù)“提升列車速度”目標幾十Gbps用戶峰值速率比體驗速率高一個數(shù)量級增強現(xiàn)實510ms5ms車聯(lián)網(wǎng)選擇多個激活業(yè)務中時延要求最短 28/36測算示例辦公室測算結(jié)果29視頻會話云存放（下載和上傳）云桌面累計指標要求UL：15Mbps DL：15x41=60Mbps1Gbp

22、s DL0.5Gbps UL20Mbps (DL&UL)1Gbps DL0.5Gbps UL業(yè)務百分比5%25% (DL 20%， UL 5%)30% (DL 25%, UL 5%)-忙時激活率30%x5%=1.5%DL 30%x20%=6%UL 30%x5%=1.5%DL 30%x25%=7.5% UL 30%x5%=1.5%-下行流量密度計算Tbps/Km2（單層）60Mx5%x2.5x105x30%2/10242=0.211024Mx20%x2.5x105x 30%/10242=14.6520Mx25%x2.5x105x30%/10242=0.3615.22上行流量密度計算Tbps/Km

23、2（單層）15Mx5%x2.5x105x30%/ 10242=0.05512Mx5%x2.5x105x30%/10242=1.8320Mx5%x2.5x105x30%/10242=0.071.95時延(ms)-1010KPI測算結(jié)果說明流量密度:下行15Tbps/Km2，上行2Tbps/Km2用戶體驗速率：下行1Gbps，上行0.5Gbps連接數(shù)密度(單層)： 2.5x105人/Km2x3個/人=75萬個/Km2時延：云桌面端到端單向時延10ms1假設辦公室場景為5方電話會議，需要下行傳輸4方視頻，上行傳輸本方視頻。2用戶激活率假設30%激活率和業(yè)務百分比已排除了非IMT網(wǎng)絡部分。經(jīng)典面積：5

24、001000平方米，考慮工位區(qū)29/36現(xiàn)網(wǎng)應對移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)暴發(fā)式發(fā)展面臨問題能耗、每比特綜合成本、部署和維護的復雜度難以高效應對未來千倍業(yè)務流量增長和海量設備連接多制式網(wǎng)絡共存造成了復雜度的增長和用戶體驗下降現(xiàn)網(wǎng)在精確監(jiān)控網(wǎng)絡資源和有效感知業(yè)務特性方面的能力不足，無法智能地滿足未來用戶和業(yè)務需求多樣化的趨勢無線頻譜從低頻到高頻跨度很大，且分布碎片化，干擾復雜。30123430/36可連續(xù)發(fā)展方面需求提供更高網(wǎng)絡容量和更加好覆蓋，同時降低網(wǎng)絡布署、尤其是超密集網(wǎng)絡布署復雜度和成本具備靈活可擴展網(wǎng)絡架構(gòu)以適應用戶和業(yè)務多樣化需求靈活高效地利用各類頻譜，包含對稱和非對稱頻段、重用頻譜和新頻譜

25、、低頻段和高頻段、授權(quán)和非授權(quán)頻段等更強設備連接能力來應對海量物聯(lián)網(wǎng)設備接入31改進網(wǎng)絡能效和比特運維成本，以應對未來數(shù)據(jù)迅猛增加和各類業(yè)務應用多樣化需求要降低多制式共存、網(wǎng)絡升級以及新功效引入等帶來復雜度支持網(wǎng)絡對用戶行為和業(yè)務內(nèi)容智能感知并作出智能優(yōu)化提供多樣化網(wǎng)絡安全處理方案，以滿足各類移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設備及業(yè)務需求網(wǎng)絡建設和布署運行維護31/365G三大關(guān)鍵效率指標32名稱定義頻譜效率（bps/Hz/cell或bps/Hz/Km2）每小區(qū)或單位面積內(nèi)，單位頻譜資源提供吞吐量能源效率（bit/J）每焦耳能量所能傳輸比特數(shù)成本效率（bit/Y）每單位成本所能傳輸比特數(shù)5G系統(tǒng)相比4G系統(tǒng)在頻譜效率、能源效率和成本效率方面需要得到顯著提升：頻譜效率需提升515倍能源效率有百倍以上提升成本效率有百倍以上提升32/36平均頻譜效率需求估算最具挑戰(zhàn)場景單位面積頻譜效率單小區(qū)頻譜效率辦