2017年中国5G通信发展历程、移动互联网流量发展情况及移动物联网连接数分析预测

　　5G 是第五代通信技术，是 4G 之后的延伸，是对现有的无线通信技术的演进。其最大的变化在于 5G 技术是一套技 术标准，其服务的对象从过去的人与人通信，增加了人与物、物与物的通信。

　　一、5G通信的发展历程

　　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 至数十 Mbps，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。

移动通信标准发展历程

数据来源：公开资料整理

　　5G 更强调用户体验速率，将达到 Gbps 量级。5G 关键能力比以前几代移动通信更加丰富，用户体验速率、连接数 密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为 5G 的关键性能指标。然而，与以往只强调峰值速率的情况不同， 业界普遍认为用户体验速率是 5G 最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受 最密切的性能指标。基于 5G 主要场景的技术需求，5G 用户体验速率应达到 Gbps 量级。

　　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。 此外，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除了新型多址技术之外，大规模天线阵列、超密集组网、全频谱 接入、新型网络架构等也被认为是 5G 主要技术方向，均能够在 5G 主要技术场景中发挥关键作用。

　　综合 5G 关键能力与核心技术，5G 概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能 力指标为“Gbps 用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型 网络架构。

5G 推进组定义的 5G 概念

数据来源：公开资料整理

　　二、移动互联网和物联网推动 5G 出现

　　过去几十年，移动通信得到了快速的普及，相应的通信技术也取得了飞速的发展。根据历史上的经验可以看出，我 国移动通信的每十年会推出下一代网络协议。随着用户需求的持续增长，未来 10 年移动通信网络将会面对：1000 倍的数据容量增长，10 至 100 倍的无线设备连接，10 到 100 倍的用户速率需求，10 倍长的电池续航时间需求等等， 4G 网络无法满足这些需求，所以 5G 技术应运而生。需求增加的最主要驱动力有两个：移动互联网和物联网。从 4G到5G的演进，其中重要的变化来自于过去的通信技术都是提供人与人之间的通讯，随着移动互联网的飞速发展、 以及越来越多智能设备的出现，在超高清视频、虚拟现实、增强现实、智能穿戴、智能家居、智能抄表、智能交通 等各个领域都会产生极大的通信需求。

Cisco VNI 全球互联网流量预测

数据来源：公开资料整理

中国 2010-2015 年移动互联网流量发展情况

数据来源：公开资料整理

　　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。面向 2020 年及未来，移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应 用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业，为移动通 信带来无限生机。同时，海量的设备连接和多样化的物联网业务也会给移动通信带来新的技术挑战。世界各大咨询 机构及厂商都发布了对未来物联网连接数的预测，其中，孙正义在软银的投资报告中认为 2040 年，每个人将拥有 1000 个连接设备，按照全球 100 亿人口估算，将会带来 10 万亿的连接数。

全球各大咨询机构对物联网连接数预测

数据来源：公开资料整理

中国移动物联网连接数

数据来源：公开资料整理

　　三、5G 的关键能力：提高容量、移动性、降低时延

　　目前 5G 技术已经确定了 8 大关键能力指标：峰值速率达到 20Gbps、用户体验数据率达到 100Mbps、频谱效率比 IMT-A 提升 3 倍、移动性达 500 公里/时、时延达到 1 毫秒、连接密度每平方公里达到 10Tbps、能效比 IMT-A 提升 100 倍、流量密度每平方米达到 10Mbps。

　　四、5G 主要应用场景

　　从具体网络功能要求上来说，IMT-2020(5G)推进组定义了 5G 的四个主要的应用场景：连续广覆盖、热点高容量、 低功耗大连接和低时延高可靠。

　　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。

　　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、数十 Gbps 峰值速率和数十 Tbps/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。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。

　　国际电信联盟 ITU 在 2015 年 6 月召开的 ITU-RWP5D 第 22 次会议上明确了 5G 的主要应用场景，ITU 定义了三个 主要应用场景：移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信

ITU 发布的 5G 三大应用场景

数据来源：公开资料整理

5G 主要场景与关键性能挑战

数据来源：公开资料整理

5G 关键性能要求分类

数据来源：公开资料整理

　　为了实现更高网络容量，无线传输增加传输速率大体上有两种方法，其一是增加频谱利用率，其二是增加频谱带宽。 提高频谱利用率的主要的技术方式有增加基站和天线的数量，对应 5G 中的关键技术为大规模天线阵列 （MassiveMIMO）和超密集组网（UDN）；而提高频谱带宽则需要拓展 5G 使用频谱的范围，由于目前 4G 主要集 中在 2GHz 以下的频谱，未来 5G 将使用 2-6GHz，甚至 6-100GHz 的全频谱接入，来获取更大的频谱带宽。

　　整体而言，未来 MIMO 将对天线带来升级需求，同时射频模块（移相器、功率放大器、低噪放大器等）的需求将爆 发，此外数据的增加将利好功能更加强大的综合处理模块，如 FPGA。

　　目前国内主导大规模天线阵列（MIMO）研发工作的主要是 IMT-2020（5G）推进组、大唐电信、中兴通讯、华为、 中国移动等单位，目前主要的工作进展如下：

　　我国 5G 研究与标准化组织-IMT-2020（5G）推进组于 2013 年底专门成立了大规模天线技术专题组，同时 2012 年 国家重大专项启动了针对 64 天线的 3D-MIMO 技术的研究项目立项工作，2014 年 863 计划启动了针对 128~256 天 线的 Massive MIMO 技术（1 期）的立项工作，并将在后续的 2 期及 3 期阶段中持续推动该技术的研究、验证与标 准化工作。2016 年 9 月，IMT-2020(5G)推进组发布了中国 5G 技术研发试验的第一阶段测试结果。标志着我国 5G 技术试验第一阶段测试工作顺利完成。

　　2020 年全球小基站市场每年将超过 6 亿美金，国内小基站市场容量最终有望达到千亿级别。根据 Small Cell Forum 预测，全球小基站市场空间有望在 2020 年超过 6 亿美元。截止至 2016 年半年报，中国移动，中国联通，中国电信 披露今年要达到的的 4G 基站数分别为 140 万个、68 万个、85 万个。考虑联通中报披露了与电信共享的 6 万个基 站，假设年内共享基站达到 10 万个，则中国当前存量基站市场大约为 283 万个。假设未来小基站的数量能达到目 前基站数量的 10 倍以上，即未来小基站市场需求达到 2830 万个，假设小基站平均价格为 5000 元/个，则未来小基 站市场容量将达到千亿级别。

2016 年国内基站数量将超过 280 万个

数据来源：公开资料整理

2020 年全球小基站市场空间超过 60 亿美元

数据来源：公开资料整理

　　到 2020 年我国 5G 频谱缺口近 1GHz，低频段为首选，高频将成为补充。目前 4G-LTE 频段最高频率的载波在 2GHz 上下，可用频谱带宽只有 100MHz。因此，如果使用毫米波频段，频谱带宽能达到 1GHz-10GHz，传输速率也可得 到巨大提升。我国 5G 推进组已完成 2020 年我国移动通信频谱需求预测，届时移动通信频谱需求总量为 1350～ 1810MHz，我国已为 IMT 规划的 687MHz 频谱资源均属于 5G 可用频谱资源，因此还需要新增 663～1123MHz 频 谱。我国无线电管理“十三五”规划中明确为 IMT-2020（5G）储备不低于 500MHz 的频谱资源。

我国通信频谱分配情况

数据来源：公开资料整理

5G 网络架构图

数据来源：公开资料整理

基于 NFV/SDN 技术实现网络切片以及网络能力开放

数据来源：公开资料整理

传统网络架

数据来源：公开资料整理

SDN+NFV 下的网络架构

数据来源：公开资料整理