5G移动与物联网的发展

1、5G移动与物联网发展1/36全球5G研发节奏不停加紧，标准化已经开始2ITU-R：6月将公布愿景提议书，是定义5G愿景和关键能力官方文件，是5G研究基础性文档3GPP：SA1于2015.02立项研究5G业务需求，RAN与SA1于2015.09召开研讨会，3月开始标准化NGMN：3月完成并公布5G白皮书，说明运行商5G需求；后续将细化需求与网络架构IMT-2020(5G)推进组：已公布5G需求白皮书和概念白皮书，计划5月底公布技术白皮书5GPPP/METIS爱立信三星中国IMT-推进组华为中国移动CATR行业、国家组织国际组织企业/研究机构5G愿景,指标需求和标准征集5G需求和技术研究，产业共识

2、企业白皮书/技术研究NGMNWWRF韩国5G forum诺西DCM日本20B AdhocIEEE？2/36ITU 5G时间表33/365G需求研究整体思绪市场趋势5G目标和能力5G业务分类和挑战5G经典场景筛选关键能力指标测算用户需求业务与应用我国5G工作布局提议(2) 5G关键能力指标(1) 5G需求总体趋势5G总体定位和社会角色技术趋势频谱情况技术、频谱、标准、产业链需求、时间计划、与其它接入系统关系(3) 5G工作布局提议4G能力范围界定技术组/频谱组输入运行需求面向及未来发展驱动力44/36移动互联网和物联网是5G发展主要驱动力55/36未来移动通信市场趋势预测6预测目标预测-2030

3、年中国和全球用户/终端及业务增加情况预测终端渗透率和业务占比等为后续能力测算提供支撑为5G频谱需求预测提供数据支撑运行商调研咨询汇报统计年鉴幂函数拟合S曲线多项式拟合ITU汇报获取历史数据选择预测算法Gompertz曲线联合国汇报发展规划预测增加趋势结果比对移动终端数移动数据流量物联网连接数终端流量占比用户月均流量业务流量占比ITU爱立信Machina诺西市场预测方法6/36移动数据流量增加趋势7面向年及未来，移动数据流量将出现爆炸式增加。到年全球增加将超出200倍，到2030年将增加近2万倍；中国增速高于全球，到年将增加300倍以上，到2030年将增加超4万倍。发达城市及热点地域增速更加快，

4、到年上海增加率可达600倍；北京热点区域（如西单）增加率可达1000倍，十年千倍。7/36移动用户数和物联网连接数增加趋势8未来全球移动通信网络连接设备总量将到达千亿规模。到，全球移动终端（不含物联网设备）数量将超出100亿，其中中国超出20亿。全球物联网设备连接数也将快速增加，到将靠近70亿，中国靠近15亿。到2030年，全球物联网设备连接数将靠近1千亿，中国超出200亿。移动终端连接数（亿部）物联网连接数（亿个）8/36未来移动通信主要业务5G主要业务移动互联网流类会话类交互类传输类消息类物联网采集类控制类音频播放视频播放增强现实交易类浏览类搜索类位置类游戏类语音类视频通话邮件类上传类下载

5、类SMS类MMS类OTT消息低速采集高速采集时延敏感时延非敏感基于3GPP业务分类，将背景类扩展成为传输类和消息类，并增加物联网业务（含采集类和控制类）9虚拟现实虚拟现实9/36流类和会话类业务趋势及挑战流类与会话类业务将不停向超高清、3D、身临其境显示方向发展8K(3D)无压缩视频传输速率达96Gbps经过百倍压缩后，其传输速率也需要960Mbps用户体验速率流量密度时延3D身临其境业务特征及挑战极高流量密度时延要求50-100ms1010/36交互类业务趋势及挑战到达用户对时延基本无感知使用体验（5-10ms）增强现实在线游戏云桌面Juniper：将拥有2亿增强现实用户，年超出1亿部汽车具

6、备增强现实功效11虚拟现实交互类挑战业务快速响应增强现实、在线游戏等需要进行实时高清视频交互，对上下行用户传输速率提出挑战大量数据交互主要挑战11/36传输类和消息类业务趋势及挑战IDC：年全球30%数字信息将存放在云端；Markets and Markets：云存放市场将到达468亿美元；到达媲美光纤速率体验（1Gbps）密集场景中所产生流量极大，对网络容量提出极高要求云存放将成为主流应用之一OTT消息将成为主流应用之一RADICATI GROUP预测，到即时通信市场用户数量将达44亿12高速数据传输高流量密度主要挑战信令开销大量数据包频发消耗信令资源主要挑战传输类消息类12/36物联网业务

7、与用户需求13海量设备连接大量小数据包频发覆盖低成本电池寿命智能交通毫秒级时延靠近100%可靠性智能电网工业控制传输速率智能家居智能农业环境监测视频监控更多层次安全机制移动金融13/36物联网业务特征分析连接数极大年，总连接数将到达500亿 1相当百分比经过非蜂窝网连接，直接接入蜂窝网设备仅占15% 2流量占比极少大多业务传输信息量极少，视频类物联网业务占比极少Machina预测，2022年，M2M业务流量仅占蜂窝网总流量 1% 3单设备ARPU值极低对每个连接设备而言，运行商可取得收费非常低2022年，M2M网络连接收入约占M2M市场总额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. .物联网产业收入增加预测2M2M不一样连接方式和业务百分比预测214/36据Machina Research预测1，到，全球M2M总连接数将到达150亿。其中，可经过蜂窝网连接：20亿蜂窝网可渗透原来经过LAN/PAN接入M2M连接：55亿2 预测，假如蜂窝网能够提供愈加低廉可靠连接，则可开发5

9、7亿新市场空间：57亿经过LAN/PAN连接（不适合蜂窝网接入）：74亿Machina 预测1，到2022年，中国将成为最大M2M市场，其中20%连接数和17%收入来自中国。物联网市场分析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. .全球物联网连接预测215/36物联网经典业务需求经典应用应用描述覆盖连接密度吞吐率时

10、延可靠性功耗成本传统蜂窝应用环境监测安装传感器，对温度、湿度等指标进行监控森林、平原、山区、水域，地域广低小100ms高很低很低视频监控在不易安装线缆区域，经过无线方式实现监控偏僻厂房、楼道角落等低高100ms高普通普通移动支付经过无线方式支付无特殊要求低小普通高较低较低远程遥控经过无线方式实现远程操作无特殊要求低小100ms高较低较低智能医疗移动抢救车无特殊要求低高100ms极高普通普通可渗透应用健康检测设备，比如心脏、血压检测低100ms极高很低很低智能家居各种家电、传感器经过蓝牙/Zigbee等方式连接到家庭网关中，家庭网关直接接入到移动蜂窝网家庭网关通常放置在室内墙角低小100ms高普

11、通普通智能电网对使用电量进行实时统计，方便控制生产电量无特殊要求低低5ms高普通很低物流监控经过无线方式对货物行踪进行监控无特殊要求较高小普通高很低很低可穿戴设备经过蓝牙等方式连接到手机上，再经过手机接入到蜂窝中，少数设备需要直接接入蜂窝网和手机一致低小100ms高低低智能交通车与车、车与路边设施进行通信近距离通信在拥堵区域较高小5ms极高普通普通未来新增应用其它新应用？总结需增强无大挑战无大挑战需降低需提升需降低需降低16/36物联网业务总结物联网业务存在三个主要特征：连接数极大，约15%经过非蜂窝网连接流量占比极少单设备ARPU值极小物联网（M2M）业务可细分为：1）传统蜂窝连接M2M连接

12、2）蜂窝网可渗透原来经过LAN/PAN接入M2M连接3）蜂窝增强造成未来新增M2M连接其中第2）点和第3）点是5G重点方向蜂窝网经过深入增强，能够争取到更大市场份额，主要增强包含：增强覆盖、降低成本、降低功耗、降低时延、提升可靠性1717/36场景N场景与业务选择标准场景选择业务选择居住工作休闲交通高流量密度高人口密度高移动速度挑战从环境出发移动互联网业务物联网业务高速率低时延连接数挑战从业务分类出发场景2场景1业务N业务2业务11818/365G有挑战八大场景19超高移动性超高连接数密度超高流量密度广域覆盖场景办公室密集住宅区快速路高铁体育场露天集会地铁19/365G经典业务视频会话视频播放

13、移动在线游戏增强现实虚拟现实云桌面实时视频分享无线数据下载云存放高清图片上传智能家居控制OTT消息视频监控车联网安全驾驶2020/365G六大关键性能指标定义名称定义用户体验速率（bps）真实网络环境下用户可取得最低传输速率连接数密度（/Km2）单位面积上支持在线设备总和端到端时延（ms）数据包从源节点开始传输到被目标节点正确接收时间移动性（Km/h）满足一定性能要求时，收发双方间最大相对移动速度流量密度（bps/Km2）单位面积区域内总流量用户峰值速率（bps）单用户可取得最高传输速率2121/36每种场景下经典业务业务分类场景分类会话类流类交互类传输类消息类低速采集类高速采集类控制类 业务

14、 场景视频会话视频播放移动在线游戏增强现实虚拟现实实时视频分享云桌面数据下载云存放高清图片上传OTT消息智能家居视频监控车联网居住密集住宅区视频会话视频播放（IPTV）虚拟现实应用在线游戏数据下载云存放OTT消息智能家居工作办公室（双方、多方）视频会话云桌面数据下载云存放OTT消息休闲大型体育场视频播放增强现实实时视频分享高清图片上传OTT消息大型露天集会视频播放增强现实实时视频分享高清图片上传OTT消息交通地铁视频播放在线游戏OTT消息快速路视频会话视频播放增强现实OTT消息车联网高铁视频会话视频播放移动在线游戏云桌面OTT消息其它广域覆盖视频播放增强现实实时视频分享OTT消息视频监控222

15、2/36业务模型经典应用基本假设传输速率要求 时延要求主要挑战视频会话支持上行1080P视频传输影响原因分辨率每像素点比特数帧率压缩比测算结论：依据高清视频帧格式和惯用百倍压缩率1080p, 12bits/pixel, 60fps视频传输需要15Mbps 4K, 12bits/pixel, 60fps视频传输需要约60Mbps8K, 12bits/pixel, 60fps视频传输需要约240Mbps 8K(3D),24bits/pixel, 120fps, 普通压缩视频传输需要约960Mbps 50100ms15Mbps (UL&DL)高清视频播放不一样场景支持能力不一样，如静止场景支持8K视

16、频传输，中速场景支持4K视频传输，高速场景支持1080P视频传输（均为下行）50-100ms能够提供非常好业务体验1080P:15Mbps (DL)4K:60Mbps (DL)8K:240Mbps (DL)增强现实支持上下行1080P视频传输，用户对时延无感知人眼视神经最快反应时间去除摄像头图像采集和终端设备投影处理时间, 抵达用户对图像时延无感知时网络需保障单向端到端时延约为5-10ms15Mbps(UL&DL)510ms虚拟现实支持下行8K(3D)高清视频传输50100ms960Mbps (DL)实时视频分享支持上行4K视频传输50100ms60Mbps (UL)视频监控单位面积一个摄像头

17、，支持上行4K视频传输50100ms60Mbps (UL)2323/36业务模型（续）经典应用基本假设传输速率要求 时延要求主要挑战云桌面上下行数据传输上下行20Mbps人眼视神经最快反应时间去除I/O信息处理，操作系统处理及显示器处理时延，单向端到端10ms20Mbps (DL&UL)10ms无线数据下载云存放可比拟光纤传输下行传输速率约为1Gbps，上行0.5Gbps无挑战1Gbps(DL)0.5Gbps(UL)高清图片上传上传4000万像素照片文件大小约为20MB(160Mb)，详细测算结合场景分析无挑战结合场景分析智能家居 每户家庭连接设备为10至20个，主要影响连接数密度挑战不大无挑

18、战设备连接数每户15个车联网满足车联网时延要求挑战不大考虑防碰撞所需要保障单向端到端时延5ms在线游戏主要考虑时延挑战不大动作、射击类游戏时延要求单向端到端约15-40ms15-40ms2424/36性能指标测算方法业务1终端密度激活率1速率要求1流量密度1业务N终端密度激活率N速率要求N流量密度N总流量密度业务1时延要求1业务N时延要求N最小时延业务1速率要求1业务N速率要求N最高用户体验速率终端密度连接数密度流量密度时延用户体验速率连接数密度2525/36性能指标测算结果 指标场景流量密度(bps/Km2,DL/UL)连接数密度(个/Km2)端到端时延(ms)用户体验速率(Mbps, DL

19、/UL)移动性(Km/h)经典面积经典面积总流量(bps,DL/UL)经典面积总连接数(个)居住密集住宅区3.2T/130G100万15401024/5121-1Km23.2T/130G100万工作办公室15T/2T375万101024/512-5001000m2714G/12G375750休闲大型体育场1.3T/2T72万51060/60-0.2Km2260G/400G14万大型露天集会1.3G/2T72万51060/60-0.44Km2570G/880G31.7万交通地铁10T/-600万2154060/-110410m26.2G/-0.25万快速路-560/15180-高铁2.3T/1.

20、2T70万1020/205001500m23.4G/1.7G0.1万其它广域覆盖4G/4G0.1万51060/60-【1】标红数字为各KPI在全部场景中最大值；【2】地铁用户密度较大但经典面积较小，最终5G能力选取了100万/Km2，对应场景为大型体育场和露天集会【3】办公室场景考虑每层独立布署，不一样层流量不累加。2626/36测算示例-最大挑战指标测算过程27终端密度视频会话终端密度激活率速率激活率速率云存放终端密度连接数密度OTT消息需要保持长连接流量密度连接数密度办公室15T/2T bps/Km2(DL/UL)大型露天集会/体育场100万个/Km2指标名称/最具挑战场景测算方法测算结果

21、用户体验速率1Gbps(静止或低速)密集住宅区视频会话15Mbps960Mbps虚拟现实选择多个激活业务中传输速率要求最高27/36测算示例-最大挑战指标测算过程（续）指标名称/最具挑战场景测算方法测算结果移动性用户峰值速率高铁500Km/h时延快速路5ms当前最高营运速度为380KM/h高速列车科技发展“十二五”专题规划提出继续“提升列车速度”目标几十Gbps用户峰值速率比体验速率高一个数量级增强现实510ms5ms车联网选择多个激活业务中时延要求最短 28/36测算示例办公室测算结果29视频会话云存放（下载和上传）云桌面累计指标要求UL：15Mbps DL：15x41=60Mbps1Gbp

22、s DL0.5Gbps UL20Mbps (DL&UL)1Gbps DL0.5Gbps UL业务百分比5%25% (DL 20%， UL 5%)30% (DL 25%, UL 5%)-忙时激活率30%x5%=1.5%DL 30%x20%=6%UL 30%x5%=1.5%DL 30%x25%=7.5% UL 30%x5%=1.5%-下行流量密度计算Tbps/Km2（单层）60Mx5%x2.5x105x30%2/10242=0.211024Mx20%x2.5x105x 30%/10242=14.6520Mx25%x2.5x105x30%/10242=0.3615.22上行流量密度计算Tbps/Km

23、2（单层）15Mx5%x2.5x105x30%/ 10242=0.05512Mx5%x2.5x105x30%/10242=1.8320Mx5%x2.5x105x30%/10242=0.071.95时延(ms)-1010KPI测算结果说明流量密度:下行15Tbps/Km2，上行2Tbps/Km2用户体验速率：下行1Gbps，上行0.5Gbps连接数密度(单层)： 2.5x105人/Km2x3个/人=75万个/Km2时延：云桌面端到端单向时延10ms1假设办公室场景为5方电话会议，需要下行传输4方视频，上行传输本方视频。2用户激活率假设30%激活率和业务百分比已排除了非IMT网络部分。经典面积：5

24、001000平方米，考虑工位区29/36现网应对移动互联网和物联网暴发式发展面临问题能耗、每比特综合成本、部署和维护的复杂度难以高效应对未来千倍业务流量增长和海量设备连接多制式网络共存造成了复杂度的增长和用户体验下降现网在精确监控网络资源和有效感知业务特性方面的能力不足，无法智能地满足未来用户和业务需求多样化的趋势无线频谱从低频到高频跨度很大，且分布碎片化，干扰复杂。30123430/36可连续发展方面需求提供更高网络容量和更加好覆盖，同时降低网络布署、尤其是超密集网络布署复杂度和成本具备灵活可扩展网络架构以适应用户和业务多样化需求灵活高效地利用各类频谱，包含对称和非对称频段、重用频谱和新频谱

25、、低频段和高频段、授权和非授权频段等更强设备连接能力来应对海量物联网设备接入31改进网络能效和比特运维成本，以应对未来数据迅猛增加和各类业务应用多样化需求要降低多制式共存、网络升级以及新功效引入等带来复杂度支持网络对用户行为和业务内容智能感知并作出智能优化提供多样化网络安全处理方案，以满足各类移动互联网和物联网设备及业务需求网络建设和布署运行维护31/365G三大关键效率指标32名称定义频谱效率（bps/Hz/cell或bps/Hz/Km2）每小区或单位面积内，单位频谱资源提供吞吐量能源效率（bit/J）每焦耳能量所能传输比特数成本效率（bit/Y）每单位成本所能传输比特数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：频谱效率需提升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平均频谱效率需求估算最具挑战场景单位面积频谱效率单小区频谱效率办